Vererbung und Polymorphismus - RRZN

Objektorientierte Programmierung mit Python –
Polymorphismus und Vererbung
Eltern
Kind
Kind
Kind
Kind

Prinzipien der objektorientierten Programmierung
Vererbung
Strukturierung von Klassen.
Oberbegriffe beschreiben allgemeine Eigenschaften und
Methoden eines Objekts.
Spezielle Objekte erben die allgemeinen Eigenschaften und
Methoden.
Eltern-Kind-Beziehung.
Polymorphie (Vielgestaltig):
Geerbte Methoden werden an die speziellen Eigenschaften
eines Objektes angepasst.
Methoden sind in Abhängigkeit des Datentyps
unterschiedlich implementiert.
Objektorientierte Programmierung, 13.09.10 Seite 2

Vererbung
Definition von Klassen auf Basis von bestehenden Klassen.
Implementierung von „ist ein“.
… bildet ein hierarchisches Modell ab. Das Modell sollte
maximal drei Ebenen besitzen.
Objektorientierte Programmierung, 13.09.10 Seite 3

Beispiel
Konto
GiroKonto
- dispo : float
- kontonummer : string
- pinnummer : string
+abheben(float betrag)
+einzahlen(float betrag)
+eroeffnen
+schliessen
FestgeldKonto
- laufzeit : int
- zins : float
Objektorientierte Programmierung, 13.09.10 Seite 4

Darstellung der Vererbung
Die Vererbung von Klassen kann mit Hilfe einer Baumstruktur
abgebildet werden.
Die Wurzel ist die Mutter aller Klassen. In Python wird die
Klasse « object » genutzt.
Darunter verzweigen sich die Klassen. Um so tiefer man
eindringt, um so spezieller werden die Klassen. Um so näher
man an der Wurzel ist, um so allgemeiner sind die Klassen.
In der Vererbung werden gerichtete Beziehungen beschrieben.
Ein Girokonto ist ein Konto.
Ein Ballon ist ein Luftfahrzeug.
Objektorientierte Programmierung, 13.09.10 Seite 5

Regeln
Es werden alle Attribute und Methoden von der Basisklasse
geerbt.
Neue Attribute und Methoden können hinzufügt werden.
Methoden aus der Basisklasse können überschrieben werden.
Die Methoden aus der Basisklasse werden mit einer neuen
Funktionalität versehen.
Objektorientierte Programmierung, 13.09.10 Seite 6

Basis- und Subklassen
Basisklasse
Fahrzeuge
Subklasse
Land Wasser Luft
Schiene
Motorisiert
Unmotorisiert
Unmoterisiert
Motorisiert
Flugzeug
Zeppelin
Heißluftballon
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Subklasse (Unterklasse, abgeleitete Klasse) ...
erbt von der Basisklasse alle Attribute und Methoden.
beschreibt die speziellen Elemente einer Klasse.
ist von einer anderen Klasse abgeleitet.
befindet sich in der Hierarchie unterhalb einer anderen Klasse.
Objektorientierte Programmierung, 13.09.10 Seite 8

Basisklasse (Oberklasse, parent class) ...
ist der Ausgangspunkt für die Bildung von weiteren Klassen.
implementiert Kategorien für Klassen.
fasst Gemeinsamkeiten von verschiedenen Klassen
zusammen.
sortiert verschiedene Klassen in Schubladen ein.
kann selber Subklasse einer anderen Basisklasse sein.
Objektorientierte Programmierung, 13.09.10 Seite 9

Generalisierung und Spezialisierung
Spezialisierung
Fahrzeuge
Generalisierung
Land Wasser Luft
Schiene
Motorisiert
Unmotorisiert
Unmoterisiert
Motorisiert
Flugzeug
Zeppelin
Heißluftballon
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Generalisierung ...
sucht Gemeinsamkeiten aller Klassen in einer
Projektbeschreibung.
kategorisiert Klassen.
nutzt die Bottom-Up-Methode. Die Klassen werden zuerst
allgemein beschrieben und anschließend in Abhängigkeit der
Aufgabe spezialisiert.
Objektorientierte Programmierung, 13.09.10 Seite 11

Spezialisierung ...
beschreibt die Aktion „erbt von“.
stellt eine „ist eine“-Beziehung dar.
beschreibt exakt ein Objekt in einer Schublade.
nutzt die Top-Down-Methode. Es werden zuerst alle benötigten
Klassen in der Projektbeschreibung gesucht und implementiert.
Anschließend werden Gemeinsamkeiten gesucht und diese in
übergeordneten Klassen implementiert.
Objektorientierte Programmierung, 13.09.10 Seite 12

Basisklasse in Python
«
class Grafik(object):
ANZAHL = 0
def __init__(self, x = 0, y = 0):
pass
def set_Pos(self, xPos, yPos):
pass
»
def get_Pos(self):
pass
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Klassenkopf einer Basisklasse ...
« class Klassenname(object) ».
beginnt mit dem Schlüsselwort « class ».
Dem Schlüsselwort folgt der Klassenname. Der
Klassenname ...
ist frei wählbar.
identifiziert eindeutig eine Klasse.
Am Ende des Kopfes folgt die Parameterliste, begrenzt durch
die runden Klammern.
Objektorientierte Programmierung, 13.09.10 Seite 14

Parameterliste
« class Klassenname(object) ».
beginnt und endet mit den runden Klammern.
enthält Namen von definierten Klassen. Die Elemente in der
Liste werden durch Kommata getrennt.
der Basisklasse ist leer oder sollte von « object » erben.
Objektorientierte Programmierung, 13.09.10 Seite 15

Subklasse in Python
«
class Rechteck(Grafik):
def __init__(self, breite = 10, hoehe = 20):
Grafik.__init__(self, 0, 0)
self.__height = hoehe
self.__width = breite
def set_Groesse(self, breite, hoehe):
pass
»
def get_Groesse(self):
pass
Objektorientierte Programmierung, 13.09.10 Seite 16

Klassenkopf einer Subklasse ...
« class Klassenname(basisklasse, basisklasse) ».
beginnt mit dem Schlüsselwort « class ».
Dem Schlüsselwort folgt der Klassenname. Der
Klassenname ...
ist frei wählbar.
identifiziert eindeutig eine Klasse.
Am Ende des Kopfes folgt die Parameterliste, begrenzt durch
die runden Klammern.
Objektorientierte Programmierung, 13.09.10 Seite 17

Parameterliste
« class Klassenname(basisklasse, basisklasse) ».
beginnt und endet mit den runden Klammern.
enthält Namen von definierten Klassen. Die Elemente in der
Liste werden durch Kommata getrennt.
Eine Mehrfachvererbung ist durch die Nennung von mehreren
Klassen für eine Subklasse realisierbar. Die Subklasse basiert
auf mehr als eine Klasse.
Objektorientierte Programmierung, 13.09.10 Seite 18

Methoden aufrufen
Methoden in der Subklasse:
« [subklasse].[methode](arg01, arg02) »
Methoden aus der Basisklasse:
« [subklasse].[methode](arg01, arg02) »
Die Methode wird der Klasse durch ein Punkt verbunden.
Jeder Methode können mit Hilfe der Parameterliste
verschiedenen Werte übergeben werden. Die Elemente in der
Liste werden durch Kommata getrennt.
Die angegebene Methode wird zuerst in der Subklasse
gesucht. Falls sie dort nicht vorhanden ist, werden die
Basisklassen in der, in der in der Parameterliste angegebenen
Reihenfolge durchsucht.
Objektorientierte Programmierung, 13.09.10 Seite 19

Beispiel
«
# Basisklasse
class Grafik(object):
def set_Pos(self, xPos, yPos):
pass
def get_xPos(self):
return self.__xPos
def write_Pos(self):
pass
«
# Subklasse
class Grafik(object):
def set_Groesse(self, breite, hoehe):
pass
def get_Groesse(self):
pass
def write_Groesse(self):
pass
»
myGrafik = modul.Grafik(20,20)
myGrafik.write_Pos()()
»
myRechteckStandard = modul.Rechteck()
myRechteckStandard.write_Pos()
myRechteckStandard.write_Groesse()
Objektorientierte Programmierung, 13.09.10 Seite 20

Benutzerdefinierte Fehlerklasse
«
class clsMyError(Exception):
fehlermeldung = {5000 : "Negative Zahl", 6000 : "Wert = 0"}
def __init__(self, fehlerNr):
self.fehlerNr = fehlerNr
»
def getMeldung(self):
return clsMyError.fehlermeldung[self.fehlerNr]
Objektorientierte Programmierung, 13.09.10 Seite 21

Hinweise
Benutzerdefinierte Fehlerklassen sollten immer von der
vordefinierten Klasse « exception » erben.
Der Programmierer kann die Fehlerklassen aber selber
gestalten.
Fehlerklassen sollten möglichst einfach sein.
Objektorientierte Programmierung, 13.09.10 Seite 22

Nutzung von benutzerdefinierten Fehlerklasse
«
import fehler_class
try:
divident = float(strDivident)
if (divident < 0):
raise fehler_class.clsMyError(5000)
except fehler_class.clsMyError as e:
print(e.getMeldung())
»
Objektorientierte Programmierung, 13.09.10 Seite 23

Polymorphie (Vielgestaltigkeit, Ähnlichkeit)
… innerhalb einer Klasse:
Nachbildung von mathematischen Operationen,
Vergleichsoperationen etc, um die Funktionalität der Klasse
an vordefinierte Klassen anzupassen.
Überladung von Klassen.
… bei der Vererbung von Klassen:
Die Subklasse überschreibt eine Methode der Basisklasse.
Die Subklasse nutzt virtuelle Methoden. Objekte einer
Subklasse, die alle die gleiche Basisklasse nutzen,
reagieren auf ein und dieselbe Nachricht unterschiedlich.
Objektorientierte Programmierung, 13.09.10 Seite 24

Methoden überschreiben
Methoden aus der Basisklasse werden überdeckt.
Geerbte Methoden werden mit einer neuen Funktionalität
versehen.
Die Methode aus der Basisklasse wird in der Subklasse neu
definiert.
Konstruktoren der Basisklassen werden häufig überschrieben.
Objektorientierte Programmierung, 13.09.10 Seite 25

Konstruktor überschreiben
«
class Grafik(object):
def __init__(self, x = 0, y = 0):
self.__xPos = x
self.__yPos = y
» «
»
class Rechteck(Grafik):
def __init__(self, breite = 10, hoehe = 20):
Grafik.__init__(self, 0, 0)
self.__height = hoehe
self.__width = breite
self.__xPosRO = breite
self.__yPosRO = hoehe
Objektorientierte Programmierung, 13.09.10 Seite 26

Konstruktor einer Subklasse
« def __init__(self, breite = 10, hoehe = 20) ».
beginnt mit dem Schlüsselwort « def ».
hat immer den Namen « __init__ »
hat eine Parameterliste, die durch runde Klammern begrenzt
wird. In dieser Parameterliste werden alle zu übergebenen
Parameter aufgelistet. Die Listenelemente werden durch ein
Kommata getrennt.
ruft zuerst den Konstruktor der Basisklasse auf « Grafik.__init__(self, 0,
0) » und setzt anschließend die Objektattribute der Subklasse.
Objektorientierte Programmierung, 13.09.10 Seite 27

Methode in der Basisklasse
«
»
class Grafik(object):
def set_Pos(self, xPos, yPos):
self.__xPos = xPos
self.__yPos = yPos
Objektorientierte Programmierung, 13.09.10 Seite 28

… überschreiben
«
class Rechteck(Grafik):
def set_Pos(self, x_LO, y_LO, x_RO = 0, y_RO = 0):
abstandX = self.get_xPos() - x_LO
abstandY = self.get_yPos() - y_LO
super().set_Pos(x_LO, y_LO)
»
if (x_RO > 0):
self.__width = self.__width + abstandX
else:
self.__xPosRO = self.get_xPos() + self.__width
Objektorientierte Programmierung, 13.09.10 Seite 29

Zugriff auf Methoden der Basisklasse ...
mit Hilfe der Methode « super() »:
Beispiel: « super().set_Pos(x_LO, y_LO) ».
Arbeitet nur mit Basisklassen zusammen, die von « object »
erben.
Seit Python 2.2 ist die Methode implementiert.
mit Hilfe des Namens:
Beispiel: « Grafik.__init__(self, 0, 0) ».
Die Angabe des Objekts « self » wird immer benötigt.
Objektorientierte Programmierung, 13.09.10 Seite 30

Operatoren überladen, um ...
Rechenoperatoren oder Vergleichsoperatoren für
benutzerdefinierte Datentypen zu implementieren.
Klassen mit einer Funktionalität ähnlich wie Standard-
Datentypen auszustatten.
Objektorientierte Programmierung, 13.09.10 Seite 31

Beispiel
Das Pluszeichen kann eine Ganzzahl oder Dezimalzahl
addieren.
Das Pluszeichen wurde für Strings überladen. Das Pluszeichen
verkettet zwei Strings.
Objektorientierte Programmierung, 13.09.10 Seite 32

Operatoren in Python
Umgangssprachliche Schreibweise: summe = a + b
Der Operator definiert eine Verknüpfungsvorschrift.
Formale Schreibweise: summe = __add__ (a, b)
Die Operatoren sind als Methoden implementiert.
Der Methode « __add__ » werden zwei Objekte übergeben.
Das Ergebnis der Berechnung wird zurückgegeben.
Objektorientierte Programmierung, 13.09.10 Seite 33

Addition neu definieren
«
class Rechteck(Grafik):
def __add__(self, other):
breite = self.__width + other.__width
hoehe = self.__height + other.__height
newRechteck = Rechteck(breite, hoehe)
»
return newRechteck
Objektorientierte Programmierung, 13.09.10 Seite 34

„Ist gleich“ neu definieren
«
class Rechteck(Grafik):
def __eq__(self, other):
proofx = self.get_xPos() == other.get_xPos()
proofy = self.get_yPos() == other.get_yPos()
»
return (proofx and proofy)
Objektorientierte Programmierung, 13.09.10 Seite 35

String definieren
«
»
class Rechteck(Grafik):
def __str__(self):
ausgabe = "X-Position, oben links: " + str(self.get_xPos())
ausgabe = ausgabe + "\nY-Position, oben links "+ str(self.get_yPos())
ausgabe = ausgabe + "\nX-Position, unten rechts: "+ str(self.__xPosRO)
ausgabe = ausgabe + "\nY-Position, unten rechts "+ str(self.__yPosRO)
return ausgabe
Objektorientierte Programmierung, 13.09.10 Seite 36

Aufruf der überladenen Operatoren
«
RechteckGross = myRechteckStandard + Rechteck_Basisklasse.Rechteck(100, 100)
print("Position gleich? ", RechteckGross == RechteckPos)
»
print(RechteckGross)
Objektorientierte Programmierung, 13.09.10 Seite 37