path: root/Info/10/2/Polymorphismus/slides.md

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author: Florian Fischer
theme: Rochester
aspectratio: 169
header-includes: |
    \usepackage[school]{pgf-umlcd}
    \usepackage{unicode-math}
    \usepackage{pifont}
    \usepackage{tikz}
    \usepackage{minted}
    \usetikzlibrary{calc}
    \pgfdeclareradialshading[droplet color]{droplet}{\pgfqpoint{-10bp}{-10bp}}{color(0bp)=(droplet color!50!white); color(9bp)=(droplet color!75!white); color(18bp)=(droplet color!85!black); color(25bp)=(droplet color); color(50bp)=(droplet color!50!white)}
    \colorlet{droplet color}{blue!50!cyan}
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## Lessons learned? AUFGABE 0

**ZEIT: 5Min**

Öffne das Bank Projekt in der Online-IDE.
Mach Dich insbesondere mit den Attributen der Klasse `Bank` sowie `Konto` vertraut.
Welche Probleme entstehen durch die fehlenden Zugriffsmodifikatoren?

## Lessons learned?

::: columns
:::: {.column}
![](../Datenkapselung/img/Computer-hacker.jpg)
::::
:::: column
![](../Datenkapselung/img/Bank.png)
::::
:::

## Erkenntnis

Auch in Software müssen, wie in der Realität, Zugriff fest geregelt sein.

\vspace{1cm}
\pause

### Dazu bieten Java die Zugrifsmodifikatoren
* `private`{.java} - Nur Zugriff innerhalb der selben Klasse
* `public`{.java} - Uneingeschränkter Zugriff

\pause

\begin{tikzpicture}[overlay, remember picture]
  \node[rotate=-20,scale=3] at (12, 3) {\Huge \color{red} \textbf{!}};
\end{tikzpicture}

## Lessons learned? AUFGABE 1

**ZEIT: 3Min**

Ergänze die Attribute der Klasse `Bank` und `Konto` um den Zugriffsmodifikator `private`{.java}.

### Tipp: Syntax Deklaration von Attributden
`<Zugriffsmodifikator> <Datentype> <Attributname>;`

## Grundsatz der Datenkapselung

Zwei Aspekte sind wichtig:

\vspace{0.5cm}

> 1. **Nur** Objekt selbst sollte Zugriff auf seine Daten haben
> 2. **Benötigter** Zugriff von außen soll über von dem Objekt bereitgestellte Methoden erfolgen

\begin{tikzpicture}[overlay, remember picture]
  \only<3> {
  \node[rotate=-30,scale=3] at (12, 3) {\Huge \color{red} \textbf{!}};
  }
\end{tikzpicture}

## Datenkapselung Anwendung {.t}

```{.java .linenos}
class Bankkonto {
  public double kontostand;
  private kontonummer;

  public gibBetrag() { return kontostand; }
  private gibKontoNummer() { return kontonummer; }
}
```

## Datenkapselung Anwendung {.t}

```{.java .linenos highlightlines=\{2\}}
class Bankkonto {
  public double kontostand;
  private kontonummer;

  public gibBetrag() { return kontostand; }
  private gibKontoNummer() { return kontonummer; }
}
```

## Datenkapselung Anwendung {.t}

```{.java .linenos highlightlines=\{2\}}
class Bankkonto {
  public double kontostand;
  private kontonummer;

  public gibBetrag() { return kontostand; }
  private gibKontoNummer() { return kontonummer; }
}
```

\vspace{1cm}

* Zeile 2: Uneingeschränkter Zugriff

## Datenkapselung Anwendung {.t}

```{.java .linenos highlightlines=\{2,6\}}
class Bankkonto {
  public double kontostand;
  private kontonummer;

  public gibBetrag() { return kontostand; }
  private gibKontoNummer() { return kontonummer; }
}
```

\vspace{1cm}

* Zeile 2: Uneingeschränkter Zugriff

## Datenkapselung Anwendung {.t}

```{.java .linenos highlightlines=\{2,6\}}
class Bankkonto {
  public double kontostand;
  private kontonummer;

  public gibBetrag() { return kontostand; }
  private gibKontoNummer() { return kontonummer; }
}
```

\vspace{1cm}

* Zeile 2: Uneingeschränkter Zugriff
* Zeile 6: Kein Zugriff von außen möglich

## Lessons learned!

::: columns
:::: {.column}
![](../Datenkapselung/img/Computer-hacker.jpg)
::::
:::: column
![](../Datenkapselung/img/Bank.png)
::::
:::

\begin{tikzpicture}[
  overlay,
  remember picture,
  raindrop/.pic={
    code={\tikzset{scale=1/10}
      \shade [shading=droplet]
      (0,0)  .. controls ++(0,-1) and ++(0,1) .. (1,-2)
      arc (360:180:1)
      .. controls ++(0,1) and ++(0,-1) .. (0,0) -- cycle;
    }
}]
  \only<2-> {
    \path (3.65,3) pic {raindrop};
    \path (3.85,2.8) pic {raindrop};
  }

  \draw[transform canvas={shift={(8,1)}}, scale=2, line width=2pt] (3ex,2.5ex) -- (1.5ex,3ex) -- (0ex,2.5ex) to [out=-90, in=165] (1.5ex,0ex) to [out=15, in=-90] cycle (1.5ex,1.5ex) node {\Large \ding{51}};
\end{tikzpicture}

## Wdh. Vererbung - Auto

![](img/Copyrighted/car_explosion.png){.center height=85%}

## Wdh. Vererbung - Auto

\begin{tikzpicture}
  \begin{class}[text width=3cm]{AutO}{0,0}
    \attribute{...}
    \operation{...}
  \end{class}

  \begin{class}[text width=3cm]{Bauteil}{9,0}
    \attribute{...}
    \operation{...}
  \end{class}

  \association{Auto}{1}{besteht aus >}{Bauteil}{< verbaut in}{n}
\end{tikzpicture}

\vspace{1cm}
Hilft uns diese Modellierung beim Konstruieren eines Autos?

## Wdh. Vererbung Spezialisierung - Auto

\begin{tikzpicture}
  \begin{class}[text width=3cm]{Auto}{0, 2.5}
    \attribute{...}
    \operation{...}
  \end{class}

  \begin{class}[text width=3cm]{Bauteil}{5, 2.5}
    \attribute{...}
    \operation{...}
  \end{class}

  \association{Auto}{1}{}{Bauteil}{n}{}

  \begin{class}[text width=4cm]{Motor}{10, 0}
    \inherit{Bauteil}
    \attribute{...}
    \operation{...}
  \end{class}

  \begin{class}[text width=4cm]{Felge}{10, 2.5}
    \inherit{Bauteil}
    \attribute{...}
    \operation{...}
  \end{class}

  \begin{class}[text width=4cm]{Windschutzscheibe}{10, 5}
    \inherit{Bauteil}
    \attribute{...}
    \operation{...}
  \end{class}
\end{tikzpicture}

## Wdh. Vererbung in Java {.t}

Das Java Schlüsselwort ...


## Wdh. Vererbung in Java {.t}

Das Java Schlüsselwort `extends`{.java} drückt eine Vererbungsbeziehung zwischen zwei Klassen aus.

\vspace{0.5cm}

\pause

::: {.block}
### Syntax der Klassendefinition
`class Unterklasse extends Oberklasse {...}`{.java}
:::

\vspace{0.5cm}

\pause

Die Unterklasse erbt alle Methoden und Attribute der Oberklasse.  
Man spricht: "Eine Felge *ist* ein Bauteil".

\pause

\begin{tikzpicture}[overlay, remember picture]
  \node[rotate=-30,scale=3] at (12, 3) {\Huge \color{red} \textbf{!}};
\end{tikzpicture}

## Wdh. Vererbung in Java

::: columns
:::: {.column width=40%}
```java
class Oberklasse {
  private int zahl;

  public void Oberklasse(int n)
  {
    zahl = n;
  }

  public void gibZahl() {
    return zahl;
  }
}
```
::::

:::: {.column width=50%}
```java
class Unterklasse extends Oberklasse {
  public void Unterklasse(int n) {
    // Oberklasse Initialisierung?
  }
}
```
::::
:::

## Wdh. Vererbung in Java

::: columns
:::: {.column width=40%}
```java
class Oberklasse {
  private int zahl;

  public void Oberklasse(int n)
  {
    zahl = n;
  }

  public void gibZahl() {
    return zahl;
  }
}
```
::::

:::: {.column width=50%}
```{.java highlightlines=\{3\}}
class Unterklasse extends Oberklasse {
  public void Unterklasse(int n) {
    super(n);
  }
}
```
::::
:::

## Wdh. Vererbung in Java {.t}

\vspace{1cm}

Die Oberklasse ist über das Java Schlüsselwort ... benutzbar.

## Wdh. Vererbung in Java {.t}

\vspace{1cm}

Die Oberklasse ist über das Java Schlüsselwort `super`{.java} benutzbar.

\vspace{1cm}
\pause

### Beispiele

* `super(...)`{.java} Konstruktoraufruf der Oberklasse
* `super.zahl`{.java} Attribut der Oberklasse
* `super.zahlGeben()`{.java} Methodenaufruf der Oberklasse

\pause

\begin{tikzpicture}[overlay, remember picture]
  \node[rotate=-30,scale=3] at (12, 3) {\Huge \color{red} \textbf{!}};
\end{tikzpicture}

## Vererbung - Problem

\begin{tikzpicture}
  \begin{class}[text width=4cm]{Sparkonto}{0,0}
    \attribute{kontostand}
    \attribute{kontonummer}
    \attribute{zinssatz}
    \operation{Einzahlen(betrag)}
    \operation{Abheben(betrag)}
    \operation{KontostandGeben()}
    \operation{Verzinsen()}
  \end{class}

  \begin{class}[text width=4cm]{Girokonto}{5,0}
    \attribute{kontostand}
    \attribute{kontonummer}
    \operation{Einzahlen(betrag)}
    \operation{Abheben(betrag)}
    \operation{KontostandGeben()}
  \end{class}

  \begin{class}[text width=4cm]{Firmenkonto}{10,0}
    \attribute{kontostand}
    \attribute{kontonummer}
    \attribute{dispokredit}
    \operation{Einzahlen(betrag)}
    \operation{Abheben(betrag)}
    \operation{KontostandGeben()}
    \operation{DispokreditSetzen(wert)}
  \end{class}
\end{tikzpicture}

\pause

Mögliche Probleme dieser Modellierung?

## Vererbung - Generalisierung

\resizebox{!}{0.5\textheight}{
\begin{tikzpicture}
  \begin{class}[text width=4cm]{Sparkonto}{0,0}
    \attribute{kontostand}
    \attribute{kontonummer}
    \attribute{zinssatz}
    \operation{Einzahlen(betrag)}
    \operation{Abheben(betrag)}
    \operation{KontostandGeben()}
    \operation{Verzinsen()}
  \end{class}

  \begin{class}[text width=4cm]{Girokonto}{5,0}
    \attribute{kontostand}
    \attribute{kontonummer}
    \operation{Einzahlen(betrag)}
    \operation{Abheben(betrag)}
    \operation{KontostandGeben()}
  \end{class}

  \begin{class}[text width=4cm]{Firmenkonto}{10,0}
    \attribute{kontostand}
    \attribute{kontonummer}
    \attribute{dispokredit}
    \operation{Einzahlen(betrag)}
    \operation{Abheben(betrag)}
    \operation{KontostandGeben()}
    \operation{DispokreditSetzen(wert)}
  \end{class}
\end{tikzpicture}
}

**Idee**: Auslagern der gemeinsamen Attribute und Methoden in eine Oberklasse

**Arbeitsauftrag 3min**: Zeichne ein Klassendiagramm mit einer gemeinsamen Oberklasse

## Generalisierung - KONTO

\begin{tikzpicture}
  \node[rotate=30,scale=3] at (0, 3) {\Huge \color{red} \textbf{!}};

  \begin{class}[text width=4cm]{KONTO}{5,4}
    \attribute{kontostand}
    \attribute{kontonummer}
    \operation{Einzahlen(betrag)}
    \operation{Abheben(betrag)}
    \operation{KontostandGeben()}
  \end{class}

  \begin{class}[text width=4cm]{SPARKONTO}{0,0}
    \inherit{KONTO}
    \attribute{zinssatz}
    \operation{Verzinsen()}
  \end{class}


  \begin{class}[text width=4cm]{GIROKONTO}{5,0}
    \inherit{KONTO}
  \end{class}

  \begin{class}[text width=4cm]{FIRMENKONTO}{10,0}
    \inherit{KONTO}
    \attribute{dispokredit}
    \operation{DispokreditSetzen(wert)}
  \end{class}
\end{tikzpicture}

## Generalisierung - Java

\small

::: columns
:::: {.column width=50%}
```java
class Konto {
  private int kontostand;
  private int kontonummer;

  public void Konto(int kNr) {
    kontostand = 0;
    kontonummer = kNr;
  }

  public void Einzahlen(int betrag) {
  ...
}
```
::::

:::: {.column width=50%}
```java
// Klassendefinition ?
  private double zinssatz;

  public void Sparkonto(int kNr,
                        double zs) {
    // KONTO Initialisierung?
    zinssatz = zs;
  }

  public void Verzinsen() {
  ...
}
```
::::
:::

## Generalisierung - Java

\small

::: columns
:::: {.column width=50%}
```java
class Konto {
  private int kontostand;
  private int kontonummer;

  public void Konto(int kNr) {
    kontostand = 0;
    kontonummer = kNr;
  }

  public void Einzahlen(int betrag) {
  ...
}
```
::::

:::: {.column width=50%}
```{.java highlightlines=\{1\}}
class Sparkonto extends Konto {
  private double zinssatz;

  public void Sparkonto(int kNr,
                        double zs) {
    super(kNr);
    zinssatz = zs;
  }

  public void Verzinsen() {
  ...
}
```
::::
:::

## Generalisierung - Java

\small

::: columns
:::: {.column width=50%}
```java
class Konto {
  private int kontostand;
  private int kontonummer;

  public void Konto(int kNr) {
    kontostand = 0;
    kontonummer = kNr;
  }

  public void Einzahlen(int betrag) {
  ...
}
```
::::

:::: {.column width=50%}
```{.java highlightlines=\{1,6\}}
class Sparkonto extends KONTO {
  private double zinssatz;

  public void Sparkonto(int kNr,
                        double zs) {
    super(kNr);
    zinssatz = zs;
  }

  public void Verzinsen() {
  ...
}
```
::::
:::

## Polymorphismus

\begin{center}
griechisch Vielgestaltigkeit
\end{center}

![](img/wolpertinger){.center}

## Arbeitsauftrag Tierheimverwaltung

* **AUFGABE 0:** Mache dich kurz mit dem Projekt Tierheim in der Online-IDE vertraut
* **AUFGABE 1:** Überlege dir wie du unterschiedliche Tiere im Tierheim speicherst und setze deine Überlegung um
* **AUFGABE 2:** Begründe warum Pluto (Objekt der Klasse Hund) nicht ins Tierheim aufgenommen werden kann

## Polymorphismus

*... ist die Eigenschaft, dass ein **Referenzattribut** nicht nur Objekte der als Datentyp angegebenen Klasse referenzieren kann, sondern auch Objekte **aller** zu dieser Klasse existierenden **Unterklassen**.*

## Polymorphismus

\begin{tikzpicture}[scale=0.5]
  \begin{object}[text width=3.5cm]{th1}{0,0.5}
    \instanceOf{Tierheim}
    \attribute{tiere[0]}
    \attribute{tiere[1]}
    \attribute{...}
  \end{object}

  \begin{object}[text width=4cm]{h1}{12,0}
    \instanceOf{Tier}
    \attribute{name="Wolle"}
    \attribute{geschlecht="ungewiss"}
  \end{object}

  \begin{object}[text width=4cm]{t1}{12,5}
    \instanceOf{Hund}
    \attribute{name="Pluto" }
    \attribute{geschlecht="maennlich"}
    \attribute{rasse="comic"}
  \end{object}

  \only<2->{
    \node[fill=black, circle, minimum size=0.075cm] (circle) at (2.2, -2.35) {};
    \draw[line width=2pt, -latex] (circle) edge [bend right=15] (8, -0.5) {};
  }
  \only<3> {
    \node[fill=black, circle, minimum size=0.075cm] (circle2) at (2.2, -1.4) {};
    \draw[line width=2pt, -latex] (circle2) edge [bend left=30] (8, 4.5) {};
  }
\end{tikzpicture}

## Arbeitsauftrag Tierheimverwaltung Fortsetzung

* **AUFGABE 3:** Vervollständige die Klasse Hund als Spezialisierung der Klasse Tier
* **AUFGABE 4:** Implementiere die Methode `Tierheim.besuchen()` und überlege dir welche Ausgaben das Programm machen wird. Überprüfe deine Vermutung in dem du das Programm ausführst.

## Polymorphismus

*ist die Eigenschaft, dass ein **Referenzattribut** nicht nur Objekte der als Datentyp angegebenen Klasse referenzieren kann, sondern auch Objekte **aller** zu dieser Klasse existierenden **Unterklassen**.*

\vspace{0.25cm}

*Wird ein **Objekt einer Unterklasse** über dieses Referenzattribut referenziert, so werden Attribute und Methoden verwendet, wie sie in **seiner Klasse** bekannt sind (und nicht die überschriebenen Methoden der Oberklasse).*

\pause

\begin{tikzpicture}[overlay, remember picture]
  \node[rotate=-20,scale=3] at (12, -0.5) {\Huge \color{red} \textbf{!}};
\end{tikzpicture}

## Beispiel

Was gibt dieses Programm aus?

```java
Tier pluto = new Hund("pluto", "maennlich", "comic");
pluto.gibLaut();
```

\pause

::: {.block}
### Ausgabe
`Wuff`
:::

Da der Polymorphismus dafür sorgt das die Methode wie sie in der Unterklasse `Hund` bekannt ist ausgeführt wird.