Java/Online-Bank

Auf dieser Seite sollen Sie anhand der Simulation eines Online-Kontos selbst Klassen definieren und die grundlegenden Elemente einer (objektorientierten) Programmiersprache

• Klasse
• Attribut
• Datentypen für Zahlen: double, für Zeichenketten: String
• Quelltext
• Instanz eines Objektes
• den Objektinspektor von BlueJ

und deren Umsetzung in Java mit Hilfe von BlueJ kennen lernen.

Einstieg in die OOP

Einstieg in Java
(Übersicht)

Beispiel Uhr

Einfache Theorie der Objektorientierten Programmierung

Zunächst klären wir am Beispiel Vogel, was eine Klasse ist: Ähnlich wie in der Biologie gruppiert man in der OOP (Objektorientierten Programmierung) Objekte und fasst sie in Klassen zusammen. Dabei stellt sich die Frage, was einen Vogel auszeichnet:

Ein Vogel hat bestimmte Eigenschaften (oder Attribute). Er hat zum Beispiel eine bestimmte Farbe, ein Geschlecht und man kann seine Flügelspannweite messen.

Ein Vogel kann bestimmte Dinge tun. Er kann etwa singen oder ein Ei legen. Das sind die sogenannten Methoden (Operationen) des Vogels (singe(...), legeEi(...) ).

Methoden teilt man in zwei Gruppen ein:

• Es gibt zum einen beobachtende oder auch sondierende Methoden. Diese beantworten z.B. die Frage: Welche Farbe hast du? Im Programm werden sie gibFarbe() oder getFarbe() genannt.
• Zum anderen gibt es Methoden, die Eigenschaften ändern können (verändernde Methode). Ein Beispiel wäre setFarbe(“gruen“).

Aus der Klasse Vogel lassen sich konkrete Objekte bilden: z.B. vogel1, vogel2, vogel3. Jedes Objekt hat einen bestimmten Zustand. Sokann z.B. vogel1 die Farbe gelb haben, weiblich sein und 40cm Spannweite haben. Der Zustand von vogel2 könnte sein: gelb, 30 cm Spannweite, männlich. Während die Klasse Vogel etwas abstraktes ist (eine Art Bauplan für Objekte), ist ein Objekt konkret. Was das genau bedeutet, erfahren Sie, wenn Sie die folgenden Beispiele nachvollziehen.

Zusammenfassung

Objekte sind in der objektorientierten Programmierung Daten (Eigenschaften oder auch Atrribute) und die damit verknüpfte Programmlogik (Methoden oder auch Operationen), die zu Einheiten, nämlich eben den Objekten, zusammengefasst sind.

Gleichartige Objekte werden zu Klassen zusammengefasst.

Klassen dienen als Vorlage (wie ein Bauplan) zur Herstellung von Objekten. Von einer Klasse können beliebig viele Objekte hergestellt werden. Die Objekte sind einzigartig, dasie einen unterschiedlichen Namen tragen müssen, obwohl ihr Zustand identisch sein kann.

Der Zustand (oder auch Status) ist die Gesamtheit der Werte der Eigenschaften.

Klassendiagramm und Objektdiagramm

Im Klassendiagramm (auch UML-Klassendiagramm genannt) hält man die Elemente einer Klasse anschaulich fest: Klassenname, Eigenschaften und Methoden.

• Im Klassendiagramm werden Klassenname, Eigenschaften und Methoden festgehalten.
• Alle Methoden, die wir schreiben, sind öffentlich, also public, alle Eigenschaften sind private
  Im Klassendiagramm bekommen Eigenschaften daher ein vorgestelltes – und Methoden ein +

Übung

1. Skat
   1. Was sind Eigenschaften der Klasse Kartenspiel?
   2. Was sind die Methoden?
   3. Legen Sie ein Klassendiagramm an.
2. Nennen Sie Eigenschaften und Methoden des Objektes Kaffeemaschine.
   1. Legen Sie einKlassendiagramm an.

Beispiel: Online-Bank

Wie sieht ein "Bauplan" zu einem Konto aus (z.B. Girokonto an einer Online-Bank)? Dazu beantworte ich die Frage, was ein Konto auszeichnet.

Die Klasse Konto

Eine Online-Bank benötigt zumindest den Namen des Besitzers und den aktuell vorhandenen Geldbetrag, um ein Konto anzulegen.

besitzerName und kontostand sind Attribute (auch Eigenschaften genannt) der Klasse Konto.

Definition

Ein Attribut ist ein strukturelles Merkmal einer Klasse.

• Es hat einen Namen und einen Typ.
• Konvention: Attributsnamen werden klein geschrieben.

Die Namen von zwei Attributen des Kontos haben wir bereits festgelegt: besitzerName und kontostand. Nun wird auch ein Typ (Datentyp) für jedes Attribut gefordert.

Java kennt verschiedene Datentypen. Zwei für unseren Zweck geeignete sind String und double.

Zeichenketten, also Aneinanderreihungen von Zeichen, werden in Java mit dem Datentypen String deklariert. Der Datentyp String eignet sich als Datentyp für besitzerName, da dieser aus beliebigen Zeichen der Tastatur besteht und nicht etwa eine Zahl ist.

Als Typ des Kontostands kontostand bevorzugen wir einen numerischen Datentypen. double kann Zahlen im Bereich von +/-1,7E+308 (also 17 mit 307 Nullen) abspeichern, was für unseren Zweck genügen sollte.

Übung

• Nennen Sie mögliche Attribute einer Klasse Auto, Uhr und Kaffeemaschine. Wählen Sie entsprechend Datentypen für die Attribute.
• Nennen Sie Fälle, bei denen der Zahlenbereich für double nicht ausreichend sein könnte.

Der erste Quelltext der Klasse Konto

Nach diesen Einführenden Überlegungen geht es nun daran, den Quelltext zu erarbeiten. Bei jedem Quelltext muss man sich an die Syntax der Programmiersprache richten. In Java beginnen wir damit, eine Klasse zu definieren. Dazu verwenden wir naheliegenderweise das Wort class.

Was bedeuten public und private?

public und private' regeln die Zugriffsrechte (Fachbegriff: Zugriffsmodifizierer). Vergleichbar ist das mit dem Zugriff auf eine Waschmaschine:

• Die Bedienknöpfe sind public, also öffentlich und von jedem bedienbar.
• Das Innenleben ist private. Hier soll keine Hausfrau und erst Recht kein Hausmann Zugriff haben, da sie bzw. er etwas kaputtmachen könnte. Als erste Faustregel genügt es, sich zumerken, dass Attribute private (Innenleben der Klasse) und Klassen public sind (Jeder soll Klassen ausführen dürfen). Im Klassendiagramm zu Vogel haben wir bereits Zugriffsmodifizierer gesehen (siehe Konvention:Eigenschaften immer private, Klassen immer public)

Schritte zur Eingabe des Quelltexts

Nun kommt BlueJ ins Spiel. Mit "Projekt|neu" wird ein neues Projekt angelegt, das wir "Online-Bank" nennen wollen. Mit "Neue Klasse" legen wir eine Klasse mit dem Namen "Konto" an. Wenn alles richtig geklappt hat, sollte es etwa so aussehen:

Mit einem Doppelklick auf das beige Rechteck kommt zum Editor, in dem man den Quelltext eintippen kann und anschließend mit dem Button "Übersetzen" abspeichert und "compiliert".

 public class Konto {
 private String besitzerName;
 private double kontostand;
 }

Unten sollte nun zu sehen sein "Klasse übersetzt - keine Syntaxfehler". Wenn das nicht der Fall ist, beginnt die Suche nach Tippfehlern.

Nun sollten in dem Hauptfenster von BlueJ die Streifen von der Klassendarstellung verschwunden sein. Mit Hilfe der rechten Maustaste kann ich eine "Instanz des Objektes Konto" anlegen, indem ich new Konto() wähle.

Ich wähle den vorgegebenen Instanznamen Konto1 und schon habe ich mein Objekt, welches BlueJ unten links als rotes Rechteck visualisiert.

Objektinspektor

Ein Rechtsklick auf das rote Rechteck und dann auf Inspizieren öffnet den Objektinspektor. Dieser gibt einen Überblick über den Zustand des Objektes: Unser Besitzer heißt null, ein Wort, das Java verwendet, wenn String-Variablen noch keinen Wert haben. Der Kontostand ist 0, was der Anfangswert für alle numerischen Variablen ist.

Zusammenfassung

• Eine Klasse (be-)schreibt man in BlueJ mit Hilfe eines Quelltextes. Der grundsätzliche minimale Aufbau ist:

public class Klassenname {
  // Eigenschaften
  private Datentyp eigenschaft1; 
  private Datentyp eigenschaft2;
}

• Die Zugriffsmodifizierer public und private regeln die Zugriffsrechte. Als vorläufige Regel ist die Klasse immer public und die Eigenschaften sind immer private.
• Aus Klassen lassen sich Objekte erzeugen, die einen eindeutigen Namen tragen müssen.
• Die Objekte haben einen Zustand, den man mit Hilfe des Objektinspektors ansehen kann. Anfangszustand von Strings ist das englische Wort null und von Zahlentypen 0.
• Ein „Doppelslash“ // am Anfang der Zeile macht aus der Zeile einen Kommentar, den der Computer ignoriert. Ein Kommentar erläutert den Quelltext.

Nun möchten wir natürlich andere Werte setzen, einzahlen, auszahlen usw.. Das wird das Konto auch noch können, allerdings bedarf es dazu eines weiteren Ausbaus.

Zunächst daher noch eine

Übung

1. Erweitern Sie die Klasse Konto um die Attribute kreditlimit und telefonnummer. Welche Datentypen würden Sie verwenden?
2. Entwerfen Sie das Klassendiagramm zur Klasse Konto. Entwerfen Sie den Quelltext zur Klasse Vogel.
3. Profis: Recherchieren Sie zum Thema "Genauigkeit von Fließkommazahlen", nach den Grenzen der Genauigkeit des Typs double. Welche weiteren numerischen Datentypen bietet Java?

Konstruktor – Wie sind die Ausgangswerte?

Der Konstruktor ist eine spezielle Methode, die bei der Erzeugung von Variablen aufgerufen wird. Er wird dazu verwendet, die Variable in einen definierten Anfangszustand zu versetzen.Dieser Vorgang nennt sich auch Initialisierung.

Wir erweitern die Klasse Konto wie folgt:

public class Konto {
  // (Instanzvariablen der) Eigenschaften 
  private String besitzerName;
  private double kontostand;
  //Konstruktor
  public Konto (String pBesitzerName){
    besitzerName = pBesitzerName;  
    kontostand = 1.0; 
  }
}

Begriff	Erläuterung
Konstruktor	legt die Anfangswerte fest. Er erhält den gleichen Namen wie die Klasse selbst: z.B. public Konto Ein Konstruktor ist eine spezielle Methode. Alle Werte, die nicht im Konstruktor festgelegt werden, bekommen einen „default-Wert“. Bei Zahlentypen ist das 0, bei Strings „null“
(Übergabe-)parameter	Sind die Werte, die der Methode übergeben werden. Für jeden Parameter muss ein Datentyp festgelegt werden. Der Name des Parameters kann zur besseren Übersicht mit p beginnen: z.B. pBesitzerName
null	Ist ein leeres Objekt. Es zeigt an, wenn eine Variable bzw. ein Objekt nicht mit einem Wert belegt wurde.
geschweifte Klammern { }	Tippt man mit Strg + Alt + 7 bzw. 0. Sie werden eingesetzt, um das Programm zu strukturieren.Die gesamte Klasse steht in geschweiften Klammern und auch Methoden wie der Konstruktor. Das Weglassen von Klammern ist eine typische Fehlerquelle.Das letzte Zeichen einer Klasse ist „}“ (vgl. oben)
amerikanische Notation	Java ist amerikanisch, daher Punkt statt Komma: 3.141
Semikolon	Nach (nahezu) jedem Befehl (Anweisung) möchte Java ein Semikolon ;

Mehrere Parameter

Möchte ich mehrere Parameter übergeben, so trenne ich sie mit einem Komma. Als Beispiel füge ich den Straßennamen hinzu.

Hinweis

Im Quelltext meide ich deutsche Umlaute oder Sonderzeichen als Variablennamen.

public class Konto {
  // Eigenschaften
  private String besitzerName;
  private String strassenName;
  private double kontostand;
  //Konstruktor
  public Konto (String pBesitzerName, String pStrassenName){
    besitzerName = pBesitzerName;
    strassenName = pStrassenName;  
    kontostand = 1.0; 
  }
}

Übung

1. Vollziehen Sie das angegebene Beispiel nach. Testen Sie Fehleingaben bei BlueJ: Lassen Sie beim Besitzernamen die Anführungstsriche weg, geben Sie eine Zahl, geben Sie nichts ein …
2. Lassen Sie statt des Namens den Kontostand als Parameter übergeben.
3. Ergänzen Sie die Eigenschaften vorname, telefonnummer, postleitzahl, geburtsjahr, geschlecht und hausnummer. Begründen Sie dabei, welche Datentypen Sie verwenden.

Methoden – Was kann meine Klasse? =

Die Methode einzahlen() als Beispiel für eine verändernde Methode

Es sind natürlich noch viele weitere Methoden möglich. Ein weiteres Beispiel ist die Methode einzahlen().

public void einzahlen(doublepBtrag){
  kontostand += pBetrag;      
  // oder kontostand = kontostand + pBetrag;
}<

Diese Methode sorgt dafür, dass zu dem bisherigen Kontostand ein bestimmter Betrag hinzugefügt wird. Hervorzuheben ist, dass die folgende Zeile nicht mathematisch zu verstehen ist:

kontostand = kontostand + pBetrag;

Das bedeutet: kontostand wird die Summe aus dem bisherigen Kontostand und einem Parameter pBetrag zugewiesen.

Übung

1. Bauen Sie die Methode einzahlen in Ihre Kontoklasse ein. Testen Sie das Einzahlen von negativen Beträgen, großen Beträgen, 0, Wörtern, Rechnungen...
2. Entwerfen Sie auf Grundlage von einzahlen die Methode auszahlen().
3. Entwerfen Sie raubeAus(), die den Kontostand auf 0 setzt.

Zuweisen von Werten bei Variablen

Hervorhebung

Die set-Methoden als Bspl. für verändernde Methode ohne Rückgabewert

Diese einfache Methode verändert den Namen des Kontobesitzers. Eine Methode ohne Rückgabewert wird mit public void (void entspricht im englischen etwa: nichts) eingeleitet.

public void setBesitzerName(String pNeuerName){
  besitzerName = pNeuerName; 
}

Die get-Methoden als Beispiel für sondierende Methoden

Eine ebenso einfache Methode liest den Namen des Kontobesitzers wieder aus:

public String getBesitzerName(){
  return besitzerName;
}

Merke

Wann schreibe ich void?

• void kommt bei einer Methodendeklaration immer dann vor, wenn es keine Rückgabe gibt.
• return Gibt es eine Rückgabe (return variable), so muss der Datentyp des Rückgabewertes eingetragen werden.

Übung

1. Schreiben Sie die get- und set-Methode zu der Eigenschaft kontostand.
2. Schreiben Sie die Methode bucheZinsen (double zinssatz), die auf den vorliegenden Kontostand zinssatz, Prozent, Zinsen addiert.
3. Zeichnen Sie das Klassendiagramm zu der aktuellen Klasse Konto.

Einstieg in die OOP

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Weblinks

• vgl. Klassen
• vgl. Attribut (UML2)
• http://www.informatik.ursulaschule.de/index.php?cid=368