Ablauf¶
Zielsetzung¶
Lernen der Grundidee der Objektorientierung
Ein grundsätzliches Verständnis der Programmierung mit Objekten
Datentypen vs. Klassen
Funktionen vs. Methoden
Einführung in erweiterte Konzepte wie z.B. Vererbung
Objektorientierte Programmierung¶
Objektorientierte Programmierung (OOP) ist ein Programmierparadigma das annimmt, dass ein Programm ausschließlich aus Objekten besteht, die miteinander kooperativ interagieren.
Jedes Objekt verfügt über:
- Attribute (Eigenschaften): Definiert den Wert über den Zustand eines Objektes.
- Methoden definieren die möglichen Zustandsänderungen (Handlungen) eines Objektes.
Warum Objekte – Das syntaktische Problem wiederholter Datenstrukturen¶
Objekte werden verwendet, um festzulegen wie sich wiederholen Datenstrukturen gespeichert werden.
Wächst das Programm an, so wächst auch die Menge der Variablen und Datenstrukturen
- zur Speicherung von Daten
- zur Kontrolle des Programmflusses
- zum Abspeichern von Zuständen
- zum Verarbeiten von Ein- und Ausgaben
Die zugrundeliegenden Elemente basieren meist auf sich wiederholenden Datenstrukturen.
Z.B. Punkt-Koordinaten in Baupläne oder Karten könnte man als Tupel oder Liste ausdrücken.
punkt_1 = (54.083336, 12.108811) # Was ist der richtige Syntax?
punkt_2 = [12.108811, 54.083336]
Warum Objekte – Das semantische Problem wiederholter Datenstrukturen¶
Objekte werden auch verwendet, um die Semantik von Werten einer Datenstruktur eindeutig zu definieren.
Haben wir uns z.B. darauf geeinigt, dass wir ein Punkt syntaktisch durch ein Tupel repräsentieren, so ist die Bedeutung der Werte dennoch nicht bekannt
punkt_1 = (54.083336, 12.108811) # Was ist die Semantik dieser Werte?
punkt_2 = (12.108811, 54.083336) # Also was ist Latitude, was Longitude?
Warum Objekte – Das Verhaltensproblem wiederholter Datenstrukturen¶
Objekte bündeln Funktionen und Datenstrukturen.
Eine Distanzfunktion kann auf falsche Datenstrukturen angewendet werden, z.B. auf Linien statt Punkte.
def distanz(a, b):
return math.sqrt((a[0]-b[0])**2 + (a[1]-b[1])**2)
punkt_1 = (54.083336, 12.108811)
punkt_2 = (12.108811, 54.083336)
distanz(punkt_1, punkt_2)
linie_1 = [(54.08, 12.11), (54.10, 12.11)]
linie_2 = [(12.11, 54.08), (12.20, 54.10)]
distanz(linie_1, linie_2)
Grundlagen der Objektorientierung¶
Anstatt unübersichtlich viele verstreute Datenstrukturen und Funktionen zu benutzen, gruppieren wir diese in Objekte.
Die Struktur dieser Objekte wird in Form von Klassen definiert, welche eine Art Bauplan darstellt. Eine Klasse definiert:
- welche Attribute (Variablen / Eigenschaften) ein Objekt dieser Klasse besitzt.
- welche Methoden (Funktionen) ein Objekt der Klasse bereit stellt
Klassen und Instanzen¶
- Objekte sind Instanzen einer Klasse (die Klasse ist ja nur ein Bauplan).
- Eine Klasse kann beliebig viele Instanzen haben.
- Alle Instanzen sind gleich aufgebaut
- Instanzen besitzen aber nicht unbedingt die gleichen Werte in den Attributen.
Objektorientierung in Python¶
Python ist von Grund auf objektorientiert – ein Fakt den wir bisher ignoriert haben
Alle Datentypen in Python sind Objekte (deshalb haben sie ja auch eigene Methoden)
Selbst definierte Klassen sind immer ein zusammengesetzter (komplexer) Datentyp
- Jeder Datentyp hat: Wert, Typ, Identität
- Variablen sind Referenzen
Klassen definieren¶
Der erste Schritt zu einem Objekt ist das Definieren einer neuen Klasse für den Typ des Objektes. Dies geschieht über das class-Kennwort:
class Klassenname:
# Klassendefinition
Konstruktoren mit der init-Methode¶
Der Konstruktor __init__() ist eine spezielle Methode, die festlegt wie eine neue Instanz der Klasse erzeugt wird.
class Punkt:
# Konstruktor
def __init__(self, x, y):
self.x = x
self.y = y
selfbeschreibt eine Selbst-Referenz auf die neue Instanz der Klasse- Auf die Attribute einer Instanz kann durch den Punkt-Syntax zugegriffen werden
self.xist somit eine Referenz auf das Attribut x der Instanzself.x = xbedeutet dass wir den Wert der Variablen x dem neuen Instanzattribut x zuweisen- Da
__init__eine Funktion ist, kann man auch Defaults definieren
Instanzen erzeugen¶
Instanzen der Klasse werden erzeugt indem der Klassenname wie ein Funktionsname benutzt wird.
Um Instanzen zu erstellen wird der Klassenname wie ein Funktionsname benutzt (dies ruft den Konstruktor impliziert auf). Hierbei wird der self-Parameter nicht mit angegeben.
punkt_1 = Punkt(54.083336, 12.108811)
punkt_2 = Punkt(12.108811, 54.083336)
Attribute auf Instanzebene¶
- Instanzattribute können in jeder Instanz unterschiedlich sein
- Ändert eine Instanz das Attribut, so wirkt sich die Änderung nicht auf andere Instanzen aus (Isolierung)
- Sie werden in dem Konstruktor
__init__definiert
class Punkt:
# Konstruktor
def __init__(self, x, y):
self.x = x
self.y = y
Attribute auf Klassenebene¶
- Klassenattribute sind Attribute welche für alle Instanzen einer Klasse den gleichen Wert haben
- Sie werden unter dem
class-Kennwort wie eine Variable definiert - Wichtig! Sie gelten für alle Instanzen, wenn also eine Instanz den Wert ändert, so ändert er sich in allen anderen Instanzen
class Punkt:
# Attribut aller Instanzen
einheit = "m"
Methoden¶
- Methoden werden wie Funktionen mit dem Schlüsselwort
defdefiniert, auf der gleichen Ebene eingerückt wie die Klasse - Diese Methoden sind dann in allen Instanzen verfügbar
- Methoden besitzen immer
selfals ersten Parameter (Referenz auf aktuelle Instanz) - Dadurch kann man dann auf die Attribute oder andere Methoden zugreifen
- Man kann Parametern der Methoden auch Defaults zuweisen
class Punkt:
# Methode
def distanz(self, punkt_2):
return math.sqrt((self.x - punkt_2.x)**2 + (self.y - punkt_2.y)**2)
Methoden aufrufen¶
Klassenmethoden sind in allen Instanzen verfügbar. Sie werden durch den Punkt-Syntax aufgerufen:
punkt_1.distanz()
Auf gleiche Weise kann auch auf Attribute zugegriffen werden:
print(punkt_1.x, punkt_1.y)
und diese verändert werden:
punkt_1.x = 20
