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Objektorientierte Programmierung

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📖 Kapitel 11 Objektorientierte Programmierung

Lernziele

Ich kann ...

  • das Idee der objektorientierten Programmierung eklären.
  • kann ein Klasse entwickeln.
  • kann ein Objekt anhand einer Klasse instanzieren.
  • Getter- und Setter-Methoden anwenden.
  • die Idee der Klassen-Verberung erläutern.

Code Aufbau

Abhängig von der Projektgrösse muss der Code (Ordner und Dateien) organisiert werden.

Programmierung-Projekte werden mit numehnder Grösse komplexer.

Funktionale Programmierung

Bis jetzt haben wir funktional programmiert.

Unser Code ist Funktionen organisiert.

Objektorientierte Programmierung

Die objektorientierte Programmierung ist weiteres Programmierparadigma.

Die Grundidee besteht darin, die Architektur einer Software an den Grundstrukturen desjenigen Bereichs der Wirklichkeit auszurichten, der die gegebene Anwendung betrifft.

Python unterstützt auch die objektorientierte Programmierung (OOP).

Daten und Code

Mit OOP bündeln wir Daten (Variablen) und Code (Methoden) in einem Objekt:

Objekte und Klassen

Es gibt neue Begriffe.

  • Klasse: Bauplan oder wie das Objekt aussehen soll
  • Objekt: Alles ist ein Objekt, beispielsweise Personen, Autos, Bäume, Häuser, Länder, Werkzeuge und Schuhe

Bauplan Auto

Eine Klasse dient als Bauplan für verschiedene Objekte.

Kaffeemaschine

Im Folgenden wollen wir die Funktionsweise einer Kaffeemaschine mit Code ausdrücken.

Klasse erstellen

Alles beginnt mit class name:.

🎬 Erstellen Sie die Datei Kaffeemaschine.py mit diesem Inhalt:

class Kaffeemaschine:

Konstruktur hinzufúgen

Jede Python-Klasse braucht einen Konstruktor def __init__(self, var1, var2, ...):.

🎬 Fügen Sie den Konstruktor hinzu:

class Kaffeemaschine:
    def __init__(self, marke, anzahl):
        self.marke = marke
        self.anzahl = anzahl

ℹ️ Was es mit self auf sich hat, kommt weiter unten.

Methode Zustand hinzufügen

Die Kaffeemaschine zeigt den Bestand an.

🎬 Fügen Sie die Methode Zustand hinzu:

class Kaffeemaschine:
    def __init__(self, marke, anzahl):
        self.marke = marke
        self.anzahl = anzahl
    
    def Zustand(self):
        print(f"Ich bin eine {self.marke} Maschine")
        print(f"Es sind noch {self.anzahl} Kaffee(s) verfügbar")

Methode Zustand hinzufügen

Die Kaffeemaschine nimmt Bestellungen entgegen.

🎬 Fügen Sie die Methode Bestellen hinzu:

class Kaffeemaschine:
    def __init__(self, marke, anzahl):
        self.marke = marke
        self.anzahl = anzahl
    
    def Zustand(self):
        print(f"Ich bin eine {self.marke} Maschine")
        print(f"Es sind noch {self.anzahl} Kaffee(s) verfügbar")

    def Bestellen(self, anzahl):
        self.anzahl -= anzahl

ℹ️ Wir haben hier den Bauplan für eine Kaffeemaschine. Nun können wir beliebig viele Kaffeemaschinen erstellen.

Objekt instanzieren

Wir rufen anhand des Bauplans eine Kaffeemaschine ins "Leben".

🎬 Fügen Sie diesen Code an:

# Instanzieren
kaffeemaschine = Kaffeemaschine('Nespresso', 3)

# Methoden aufrufen
kaffeemaschine.Bestellen(2)
kaffeemaschine.Zustand()

Lebenszyklus eines Objekts

  1. Objekt instanzieren
    1. Konstruktor __init__ aufrufen
  2. Objektmethoden aufrufen
  3. Objekt löschen (Progamm Ende)

Initialisierung / Konstruktor

Die Initialisierung übernimmt der Konstruktor. Der Konstruktor ist eine Funktion mit dem Namen __init__.

def __init__(self, marke, anzahl):

Interner Speicher / Instanzvariablen

self bezieht sich auf das Objekt (die Instanz) selbst. Die self-Variablen nennt man Instanzvariablen. Sie können sich die Instanz als interner Speicher des Objekts vorstellen.

self.marke = marke
self.anzahl = anzahl

Interaktion / Methoden

Über Methoden interagieren Sie mit dem Objekt.

def Zustand(self):
	print(f"Ich bin eine {self.marke} Maschine")
	print(f"Es sind noch {self.anzahl} Kaffee(s) verfügbar")

def Bestellen(self, anzahl):
	self.anzahl -= anzahl

Aufgaben 1

Lösen Sie die Aufgaben 7.1 und 7.2.

⚡Aufteilung in Gruppen/Breakout-Rooms ⏱️ 10 Minuten

Bestehende Python-Klassen

Sie haben bereits bestehende Python-Klassen verwendet. Beispielsweise die Klasse date.

from datetime import date
today = date.today()

Dazu der Klassen-Code in der Python-Bibliothek.

Klassen- und Instanzvariablen

Man unterscheidet zwischen Klassen- und Instanvariablen.

Instanzvariablen: Alle Variablen, denen self vorangestellt wird, sind Instanzvariablen.

Klassenvariablen: Variablen, die auf Klassenebene definiert werden, gehören zur Klasse, nicht zu einzelnen Objekten

Beispiel Klassen- und Instanzvariablen

class MyClass():  
    magicNumber = 42 # Klassenvariable
    def __init__(self, somedata, otherdata):
        somevar = 123 # lokale Variable
        self.data = somedata # Instanzvariablen
        self.other = otherdata

ℹ️ Attribute ist ein Sammelbegriff für Variablen und Methoden von Klassen bzw. Objekten.

Ungeschützte Variablen

Objektvariablen können nach der Instanzierung überschrieben werden.

class Kaffeemaschine:
    def __init__(self, pin):
        self.pin = pin

kaffeemaschine = Kaffeemaschine(5432)

kaffeemaschine.pin = 1234

print(kaffeemaschine.pin) # Ausgabe: 1234

Das möchte man in bestimmten Fällen (Pin-Code, Passwörter, ...) verhindern.

Geschützte Variablen

Die Variablen können geschützt werden, indem man den Variablennamen mit _ prefixed.

class Kaffeemaschine:
    def __init__(self, pin):
        self._pin = pin

kaffeemaschine = Kaffeemaschine(5432)

kaffeemaschine._pin = 1234 # Warnung: Acccess to protected member

print(kaffeemaschine._pin) # Warnung: Acccess to protected member

Der Zugriff auf die Variablen wird nicht verhindert, aber es gibt eine Warnung.

Nun möchten wir den Wert der Variable via Methoden festlegen.

Dekoratoren

Dekoratoren werden mit @ eingeleitet und dienen als Zusatzattribute für Funktionen, Methoden oder Klassen. Sie können die Intention von Code verdeutlichen und Informationen an den Python-Interpreter bzw. -Compiler weitergeben.

@hello
def name():                                                                                                 
    print("Alice")

Beispiel Dekoraten

🎬 Erstellen Sie eine Datei Dekoraten.py, fügen Sie den Code von unten ein.

# Dekoraten-Funktion
def hello(func):                                                                                            
    def inner():                                                                                            
        print("Hello ")                                                                                     
        func()                                                                                              
    return inner                                                                                 

# Funktion wird mit Dekorator erweitert
@hello
def name():                                                                                                 
    print("Alice")                                                                                          

name()

ℹ️ Durch das "dekorieren" einer Methode ändert man die "Wirkung".

Getter- und Setter-Methoden

Der Konstruktor wird nur einmal ausgeführt. Bestimmte Variabeln kann man nicht mehr ändern. Mit Getter- und Setter-Methoden ermöglicht man den Zugriff auf diese Variablen.

class Kaffeemaschine:
    def __init__(self, name):
        self._name = name
    
    @property
    def name(self):
        return self._name
    
    @name.setter
    def name(self, name):
        self._name = name

ℹ️ Offensichtlich kommen hier Dekoratoren zum Einsatz.

Beispiel Getter und Setter

🎬 Erstellen Sie eine Datei Getter-Setter.py und instanzieren Sie die Klasse von vorhin wie folgt:

maschine = Kaffeemaschine("Jura")
print(maschine.name)
maschine.name = "Gaccia"
print(maschine.name)

Vererbung

Dieses Thema werden wir nur anschneiden.

Klassen können vererbt werden. Das heisst Sie erhalten einen neuen Namen und zusätzliche Attribute.

Beispiel Vererbung

In der Definition der Klasse kann die darüberliegende Superklasse angegeben werden. Bei der Initialisierung ruft man den Konstruktor der Superklasse auf.

class Tier():
    def __init__(self, name, farbe, laut):
        self.rufname = name
        self.farbe   = farbe
        self.alter   = laut

class Katze(Tier): # Katze ist ein Tier
    def __init__(self, name, farbe):
        super().__init__(name, farbe, "Miau!") # Aufruf Konstruktor von Tier

katze = Katze("Sammy", "orange")
print(katze.farbe)

super() Funktion

Mit super() greift man auf die Instanz der Superklasse zu.

Beim Instanzieren der Klasse Katze wird damit der Konstruktur der Klasse Tief aufgerufen.

Hierarchie

Beim Vererben der Klassen entsteht eine Hierarchie.

Aufgaben 2

Lösen Sie die Aufgaben 7.3 und 7.4.

⚡Aufteilung in Gruppen/Breakout-Rooms ⏱️ 10 Minuten

Review

🎯 Wurden die Lernziele erreicht?

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