Übersicht Objektorientierte System - Lab4Inf

Objektorientierte
Systeme
Einführung: Was ist Objektorientierung?
Prof. Dr. Nikolaus Wulff

Agenda
• Was ist Objektorientierung?
• Objektorientierte Modelbildung
• Komponenten
• Verteilte Systeme
• Ein Blick in die Zukunft
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Begriffsbestimmung
• Objektorientierung ist der Ansatz die
Abstraktionen und Begriffe des Problembereiches
direkt in entsprechende Konstrukte des
Lösungsbereiches zu überführen.
Aktenkoffer
Vorlagemappe
Terminplaner
Konto
Kurs
Brief
Stapel
Vertrag
Währung
Eingangskorb
Aktenordner
Notiz
Rechner
Kalkulation
Dokument
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Objektorientierung
• Alan Kay, einer der Väter der Objektorientierung,
formulierte Ende der sechziger Jahre
seine „biologische Analogie“:
»...the ideal computer would function like a living
organism; each „cell“ would behave in accord with
others to accomplish an end goal but would also be
able to function autonomously. „Cells“ could also
regroup themselves in order to attack another
problem or handle another function... «
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Alan Kay‘s fünf OO-Regeln
1. Alles ist ein Objekt.
2. Ein Programm ist eine Ansammlung von Objekten, die
sich gegenseitig Nachrichten senden, um zu sagen was zu
tun ist.
3. Jedes Objekt hat seinen eigenen Speicherbereich, der
wiederum aus anderen Objekten besteht.
4. Jedes Objekt hat einen Typ.
5. Alle Objekte des gleichen Typ können die selben
Nachrichten bekommen und verstehen.
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Definition der Objektorientierung
• Objektorientierte Programmierung ist eine Implementierungsmethode,
bei der Programme als kooperierende
Ansammlungen von Objekten angeordnet sind.
• Jedes Objekt stellt eine Instanz einer Klasse dar, alle
Klassen sind Elemente einer Klassenhierarchie, die
durch Vererbungsbeziehungen gekennzeichnet sind.
Grady Booch (1994)
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Gegenstand und Abstraktion
Typ Name
Schnittstelle
Light
on()
off()
dim()
brighten()
Light lt = new Light(); // Objekt Erzeugung
lt.on();
// Objekt verwenden
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Software und Modellbildung
• Wir bilden Modelle damit wir lernen das zu
entwickelnde System besser zu verstehen.
• Ein Modell ist eine Vereinfachung der Realität.
• Als Notation hat sich hierzu die Unified Modeling
Language (UML) etabliert.
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Modellierung, wozu?
• Wir können komplexen Systeme in ihrer
Gesamtheit nicht überschauen und verstehen,
daher bilden wir vereinfachende Modelle.
• Jedes komplexe System setzt sich aus kleineren
funktionalen Subsystemen zusammen, die wir evt.
getrennt modellieren und bauen können.
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Eigenschaften komplexer Systeme
1) Komplexität nimmt die Form einer Hierarchie an.
– Komplexe Systeme bestehen aus einem Verband von
Subsystemen, die ihrerseits aus eigene Subsystemen bestehen,
bis die unterste Ebene elementarer Komponenten erreicht ist.
– Häufig ist diese hierarchische Struktur zerlegbar in seine
einzelnen Subsysteme, die einzeln verstanden werden
können.
2) Die Wahl der elementaren Komponenten, die als
Primitive angesehen werden, ist relativ willkürlich und
hängt vom Ermessen des Beobachters ab.
– Was für den einen elementar ist, ist für den anderen bereits
eine hohe Abstraktionsebene.
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Komplexe Systeme (2)
3) Die Beziehungen innerhalb einer Komponente sind im
allgemeinen stärker als die Beziehungen zwischen den
Komponenten.
– Die hochfrequente Dynamik der Komponenten – dies betrifft
die innere Struktur der Komponente – lässt sich trennen von
der niederfrequenten Dynamik – dies betrifft die Beziehungen
zwischen den Komponenten.
4) Hierarchische Systeme setzen sich typischerweise aus
nur wenigen Arten von Subsystemen zusammen, in
zahlreichen Kombinationen und Anordnungen.
– Beispiel: DNA besteht aus nur vier Grundbausteinen.
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Komplexe Systeme (3)
5) Ein komplexes System, das funktioniert, hat sich mit
Sicherheit aus einem einfachen System entwickelt, das
funktionierte ...
– Evolutionäre Entwicklung von Systemen, komplexe Systeme
entwickeln sich aus schon vorher existierenden
Zwischenformen.
– Ein komplexes System lässt sich nicht in einem Wurf
komplett neu entwickeln ...
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Objektkomposition
Interne Details
Status des Objekts
Schnittstelle
Car
engine : V6Cylinder
wheel[4] : GoodYear
door[5] : Door
start()
drive()
stop()
• Objektkomposition: Erzeuge neue Objekte durch
Kombination bestehender Objekte.
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divede et impera
• Dieser Zusammenbau von OO-Systemen per
Komposition aus Subsystemen ermöglicht eine
„teile und herrsche“ Strategie.
• OO-System bilden zur Laufzeit eine komplexe
hierarchische Struktur von Objekten.
• Seine gegenwärtige Ausprägung findet dieser
Ansatz in den Komponententechnologien .Net und
J2EE.
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Programmiersprachen
Assembler
Cobol
Fortran
BCPL
PL/1
Simula
Algol
Pascal
Lisp
C
C++
beta
Eiffel
Smalltalk-72 CLU
Smalltalk-76
Smalltalk
Ada
Turbo-Pascal
Modula2
Oberon
Lisp
Flavors
Lisp
CLOS
C#
Java
Modula3
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Evolution der Programmierung
• Die Programmierung hat eine ähnliche
Entwicklung durchgemacht, wie der Fortschritt in
der Elektrotechnik:
• freie Verdrahtung
• Platinen
• Transistoren
• IC‘s
• Module
• Assembler
• Klassische Sprachen
• Klassen & Objekte
• Komponenten
• Services und Agenten
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UML als Beschreibung
• Die Unified Modelling Language (UML) ist das Analogon
zu den Schaltbildern.
• Softwaresysteme besitzen meist keine
mathematisch/physikalischen Gesetzmäßigkeiten, wie z.B.
das Ohmsches Gesetz, die Knoten- und Maschenregel, etc.
• Bei Softwaresystemen müssen diese daher immer künstlich
erschlossen und definiert werden.
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Beispiel: Analoge Subtraktion
Komponente
Mathe.
Beschreibung
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Das Innere der Komponente
Design Pattern
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Top Down OO-Modelbildung
• Ermittlung der Szenarien / Use Cases
• Ableiten der zentralen Schnittstellen und
Highlevel Abstraktionen.
• Überführung in Module und Komponenten
• Entwicklung der Komponenten mit Design
Mustern.
• Implementierung und Testen der Klassen.
• Bottom Up Zusammenbau der Komponenten.
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Use Case Diagramm
Systemgrenze
ext. System als
Akteur modelliert
Akteure
«include»
«uses»
«include»
«uses»
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Design Muster
• Mitte der 90er Jahre wurden einige erprobte
„Gesetzmäßigkeiten“ als Design Muster beschrieben.
• Sie stellen allgemeine immer wieder vorkommende
Lösungsmuster dar.
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Das Composite Pattern
• Ein Composite bildet
eine Teile-Ganzes
Hierarchie bestehend
aus Knoten und
Blättern.
• Der Client merkt dies
im Prinzip nicht.
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Anwendung des Composite Pattern
Der augenblickliche Wert des Depot wird rekursiv über
alle Konten ermittelt.
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Flexibilität des Composite Patterns
Die Erweiterung des Modells um eine neue Wertpapierart ist einfach.
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Muster und Komponenten
• Die nächst höhere Stufe der OO-Entwicklung sind
die Komponenten.
• Komponenten kommen in größeren
architektonischen Strukturen vor.
• Meistens sind sie ihrerseits aus kleineren
Subsystemen mit Hilfe von Design Mustern
gebaut.
• Das Zusammenspiel von Komponenten wird dann
mit Architektur Mustern beschrieben.
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Zusammenfassung
• Software ist inhärent komplex.
• Ihre Komplexität überschreitet oft die intellektuelle
Kapazität eines einzelnen Menschen.
• Die Aufgabe des Design(teams) ist es, die Illusion der
Einfachheit zu vermitteln.
• Komplexität nimmt oft die Form einer Hierarchie an.
• Komplexe Systeme entstehen aus stabileren, kleineren
Zwischenformen.
• Objektorientierung ist die Methode zur Strukturierung
derartiger Softwarelösungen.
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