Objektorientierte Programmierung

Struktur der objektorientierten Programmierung

Die Struktur oder Bausteine der objektorientierten Programmierung umfassen:

• Eine Klasse ist ein benutzerdefinierter Datentyp, der als Blaupause für einzelne Objekte, Attribute und Methoden dient.
• Ein Objekt ist eine Instanz einer Klasse, die mit speziell definierten Daten erstellt wurde. Objekte können realen Objekten oder abstrakten Entitäten entsprechen.
• Eine Methode ist eine innerhalb einer Klasse definierte Funktion, die das Verhalten eines Objekts beschreibt. Alle Methoden in einer Klassendefinition beginnen mit einer Referenz auf das Instanzobjekt. In Objekten enthaltene Unterprogramme werden auch als Instanzmethoden bezeichnet. Programmierer verwenden Methoden, um die Wiederverwendbarkeit zu erhöhen oder Funktionalitäten jeweils in einem Objekt zu kapseln.
• Attribute werden in der Klassenvorlage definiert und repräsentieren den Zustand des Objekts. Objekte haben Daten, die in Attributfeldern gespeichert sind. Klassenattribute gehören zur Klasse selbst.

Objektorientierte Programmierung Grundlagen

Was sind die Grundlagen der objektorientierten Programmierung?

Die objektorientierte Programmierung ermöglicht eine natürliche Modellierung, steigert die Entwicklereffizienz durch Wiederverwendbarkeit von Programmelementen und reduziert die Anwendungskomplexität durch Abstraktion und Kapselung.

Abstraktion

Objekte legen nur die internen Mechanismen offen, die für die Verwendung durch andere Objekte relevant sind, wodurch unnötiger Implementierungscode verborgen wird. Abgeleitete Klassen können seine Funktionalität erweitern.

Kapselung

Dieses Prinzip besagt, dass alle wesentlichen Informationen im Objekt enthalten sind und nur ausgewählte Informationen offengelegt werden. Die Implementierung und der Status jedes Objekts werden innerhalb der Klasse, in der es definiert ist, privat gehalten. Kein anderes Objekt hat Zugriff auf diese Klasse oder die Berechtigung, Änderungen daran vorzunehmen. Es kann nur eine Liste öffentlicher Funktionen oder Methoden aufgerufen werden.

Vererbung

Klassen können Code aus anderen Klassen wiederverwenden. Beziehungen und Unterklassen zwischen Objekten können angegeben werden, sodass Entwickler gemeinsame Logik wiederverwenden und gleichzeitig eine klare Hierarchie beibehalten können. Dieses Merkmal der objektorientierten Programmierung erzwingt eine tiefere Datenanalyse, reduziert die Entwicklungszeit und gewährleistet ein höheres Maß an Genauigkeit.

Polymorphismus

Objekte sind so konzipiert, dass sie zusammenarbeiten und in vielen Formen vorkommen. Das Programm bestimmt die Bedeutung oder Verwendung, die für jeden Lauf dieses Objekts von der übergeordneten Klasse erforderlich ist, wodurch die Notwendigkeit einer Codeduplizierung reduziert wird. Dann wird eine Unterklasse erstellt, um die Funktionalität der Elternklasse zu erweitern.

Objektorientierte Programmierung Prinzipien

In den 1990er-Jahren wurden viele objektorientierte Programmiersprachen entwickelt, um das Programmieren komplexer Anwendungen zu erleichtern. Die objektorientierte Programmierung (OOP) macht Anwendungen robuster, einfacher zu warten und weniger fehleranfällig.

Die objektorientierte Programmierung basiert auf folgenden Prinzipien:

• Objekt-Klassen-Beziehung
• Kapselungsprinzip
• Objektidentität
• Konstruktoren und Dekonstruktoren

Objekt-Klasse-Beziehung

Eine Klasse ist ein abstrakter Oberbegriff für Dinge (Objekte), die eine gemeinsame Struktur oder ein gemeinsames Verhalten haben.

Ein Objekt ist eine Instanz einer Klasse, die zur Laufzeit verfügbar ist, wenn Speicherplatz verfügbar wird. Ein Objekt kann auch als Instanz einer Klasse bezeichnet werden. Wenn eine Instanz einer Klasse erstellt wird, wird dies als Instanziierung bezeichnet. Die Beziehung zwischen Klassen und Instanzen wird als Objektklasse- oder Instanzbeziehung bezeichnet.

Kapselungsprinzip

Eine Klasse und damit ihre Instanzen sind durch folgende Eigenschaften gekennzeichnet:

• Attribute (oder Daten) beschreiben die Struktur eines Objekts innerhalb einer Klasse: die Teile des Objekts und die darin enthaltenen Informationen.
• Operationen (oder Methoden, Elementfunktionen) beschreiben das Verhalten von Objekten einer Klasse. Operationen können Parameter haben.
• Zusicherungen sind Bedingungen und Regeln, die Objekte erfüllen müssen.
• Beziehungen können zu anderen Klassen gegeben werden.

Klassen kombinieren Eigenschaften und Methoden zu einer Einheit. Standardmäßig sind Eigenschaften nur über die Methoden der Klasse zugänglich. Dies wird als eingeschränkter oder gekapselter Zugriff bezeichnet. Eigenschaften und Methoden sind entweder:

• für den externen Zugriff freigegeben (sie werden dann öffentlich (public) gemacht).
• oder vor Zugriff geschützt (dann sind sie geschützt (protected) oder sogar privat (private)).

Objektidentität

Ein Objekt kann unabhängig von den spezifischen Werten seiner Attribute eindeutig von anderen Objekten unterschieden werden.

Konstruktoren und Dekonstruktoren

Die Erstellung und Zerstörung eines Objekts einer Klasse erfolgt mit speziellen Methoden, Konstruktoren oder Destruktoren. Sie stellen benötigten oder frei gewordenen Speicherplatz zur Verfügung. Es kann mehrere Konstruktoren geben, z. B. ohne oder mit gleichzeitiger Initialisierung, sie unterscheiden sich nur in Anzahl und Typ ihrer Parameter.

Objektorientierte Programmierung Beispiele

Simula gilt als die erste objektorientierte Programmiersprache, aber viele andere Programmiersprachen werden heute mit OOP verwendet. Einige Programmiersprachen eignen sich jedoch besser für die objektorientierte Programmierung als andere.

Objektorientierte Programme Entwurf

Wie in der imperativen oder funktionalen Programmierung Entwerfen (und damit Modellieren) des eigentlichen Algorithmus (Problem) ist ein wichtiges Thema.

Für das OO-Design gibt es eine Unified Modeling Language (UML):

• UML ist eine konzeptionelle Sprache zur Modellierung von Softwaresystemen.
• UML ist eine Art Pseudocode, der jedoch eine wohldefinierte Semantik hat und von vielen Programmen verarbeitet werden kann.
• UML-Code selbst ist nicht ausführbar. Dennoch wird UML von vielen Experten als Prototyp für die nächste Generation von Programmiersprachen betrachtet.

Vorteile objektorientierte Programmierung

In der folgenden Tabelle kannst Du Dich über die Vorteile von OOP informieren.

Nachteile objektorientierte Programmierung

Das objektorientierte Programmiermodell wurde von Entwicklern aus vielen Gründen kritisiert. Die größte Sorge ist, dass sich OOP zu sehr auf die Datenkomponente der Softwareentwicklung und nicht genug auf Berechnungen oder Algorithmen konzentriert. Außerdem kann das Schreiben von OOP-Code komplexer sein und das Kompilieren kann länger dauern.

Aus diesem Grund stehen folgende Alternativen zur Verfügung:

1. Funktionale Programmierung: Dazu gehören Sprachen denn Erlang und Scala, welche für Fernmeldewesen und fehlertolerante Systeme verwendet werden.
2. Strukturierte oder modulare Programmierung: Dazu gehören Sprachen wie PHP und C#.
3. Imperative Programmierung: Diese Alternative zu OOP konzentriert sich eher auf Funktionen als auf Templates und beinhaltet C++ und Java.
4. Deklarative Programmierung: Diese Programmiermethode befasst sich mit Aussagen darüber, was die Aufgabe oder das gewünschte Ergebnis ist, nicht wie es erreicht werden soll. Dazu gehören Prolog und Lisp.
5. Logische Programmierung: Diese Methode basiert hauptsächlich auf formaler Logik und verwendet Sprachen wie Prolog. Sie umfasst eine Reihe von Aussagen, die Fakten oder Regeln über den Problembereich darstellen. Dabei wird sich auf Aufgaben, die von regelbasierten logischen Abfragen profitieren können, konzentriert.