Objektorientering i VB en introduksjon

Transkript

1 Avdeling for informatikk og e-læring, Høgskolen i Sør-Trøndelag Objektorientering i VB en introduksjon Oppdatert av Atle Nes Objektorientering i VB en introduksjon Resymé: Visual Basic.NET er et objektorientert språk. Du vil i denne leksjonen få se hvordan du kan lage din egen klasse og objekter basert på denne klassen. Sentrale begreper innen objektorientering forklares og konkretiseres HVORFOR OBJEKTORIENTERING I DETTE KURSET? HVA ER NYTT MED OBJEKTORIENTERING? EKSEMPEL PÅ OBJEKTORIENTERT PROGRAMMERING Opprett en klasse i utviklingsmiljøet Kode for å realisere Person-klassen Hvordan lage objekter som baseres på en klasse? Grundig forklaring til koden bak Button1_Click OPPSUMMERING... 10

2 Objektorientering i VB en introduksjon side 2 av Hvorfor objektorientering i dette kurset? Tidligere (i emnet Programmering i Visual Basic) har vi kodet proseduralt (av prosedyre), det vil si at vi har laget kode for å utføre de oppgavene vi har ønsket å løse. Koden har vært bak knapper, og det er nokså rett fram å forstå en slik tilnærming til programmering: En koder rett og slett en rekke programmeringssetninger der en trenger det, og i den rekkefølgen det virker logisk. En annen, og i mange tilfeller bedre metode for å organisere koden, er å programmere objektorientert. Innenfor et slikt paradigme lager vi klasser, som består av programmerte metoder og egenskaper, og vi snakker også om begreper som arv og innkapsling. Paradigme betyr tankesett eller den måten en ser og opplever verden på. Med programmeringsparadigme, mener vi den stilen eller måten som kode formuleres på, eller kanskje heller: hvilket bilde programmereren har av det som skjer ved kjøring av et program. Til nå har vi operert innenfor et proseduralt, hendelsesbasert paradigme, og da har vi laget oppskrifter i form av mange setninger, som ved kjøring, gjør at vi oppnår en ønsket tilstand. Disse oppskriftene har startet når visse hendelser har inntruffet (klikke en knapp, mus over et tekstfelt, oppstart av program etc.). Egentlig har du hatt å gjøre med objekter allerede. En knapp, en form, en listeboks, en meldingsboks og et tekstfelt, er alle gode eksempler på objekter. Disse er veldig konkrete objekter som du kan se og oppleve. I tillegg kan du bruke mer abstrakte objekter, eller du kan lage dine egne objekter. I en objektorientert verden er all kode som kjøres, i form av objekter som kommuniserer med hverandre. I Visual Basic vil vi fortsatt bruke hendelser til å sette i gang kode, men når vi programmerer objektorientert, får vi som utviklere et litt annet verdensbilde å forholde oss til. Det er dette verdensbildet som skal presenteres i denne leksjonen. Det hele synes kanskje komplisert og litt unødvendig. Hva er motivasjonen for å utvikle objektorientert, og bli kjent med den objektorienterte verden som.net-rammeverket tilbyr oss? For å programmere større løsninger trengs det mye kode. De som programmerer mye, støter ofte på situasjoner som likner helt eller delvis på ting de har løst tidligere. Det er slitsomt å måtte skrive all kode om igjen, og det gjør det vanskeligere å rette feil og videreutvikle koden. En mulighet for å unngå å finne opp hjulet på nytt hver gang, er å bruke funksjoner. Da oppnås gjenbruk. Ofte er funksjoner akkurat det en trenger! Det kan derimot bli veldig mange funksjoner å forholde seg til i store systemer, og det er også ofte ønskelig å kunne gjenbruke eller generalisere mer enn det som tilbys gjennom en funksjon. Mer nøyaktig er det ofte ønskelig å knytte sammen data med de operasjonene vi utfører på disse dataene. Da er objektorientering løsningen. I en objektorientert verden brukes fortsatt funksjoner, men disse omtales der som metoder, og er bare en del av konseptet objektorientering. Objektorientering er mye mer enn bare en samling av funksjoner. I dette kurset skal du lære grunnleggende programmering. Visual Basic.NET er et fullverdig, objektorientert programmeringsspråk. Det er derfor riktig å introdusere objektorientering. Siden dette er et grunnleggende kurs, vil vi derimot ikke gå mye i dybden, og vi vil ikke gå inn på objektorientert analyse og design (med for eksempel UML). Det ville kreve mange leksjoner ja, kanskje et helt kurs bare om objektorientering, dersom vi skulle noe særlig i dybden. Du finner dessuten slike tema i videregående programmeringskurs. Vi forsøker derfor heller å gi en grunnleggende forståelse av hva objektorientering er, og hvordan

3 Objektorientering i VB en introduksjon side 3 av 11 klassene i.net-rammeverket kan brukes av deg på en effektiv måte. Det som gjennomgås her er likevel veldig viktig, og legger grunnlaget for de neste leksjonene og for kommende kurs. Til slutt bør nevnes at det er nordmennene Kristen Nygaard ( og Ole Dahl ( som på slutten av 1960-tallet utviklet objektorientering som paradigme og programmeringsspråket Simula. Disse pionerene har betydd mye for Norge og for programmering. Figur 1: Ole Dahl og Kristen Nygaard, pionerer på OOP. I dag brukes objektorientert programmering (eller OOP som det ofte forkortes) over hele verden og i en rekke applikasjoner. Programmer som Notisblokk, Windows, Microsoft Word, Need For Speed (spill), Apples Mac OS X, læringsplattformer som it s learning og Fronter, og så videre, er laget innenfor OOP. Det er rett og slett mye lettere å programmere og vedlikeholde større løsninger og systemer ved å tenke i form av objekter. Legg merke til at det er fullt mulig å programmere også store systemer (på en effektiv og fin måte) uten å bruke objektorientering. En av grunnene til at OOP har fått så stort fotfeste, er at programutvikling ikke bare henger sammen med det å skrive kode, men også med analyse av problemet, design av systemet, feilsjekking, sikkerhet og liknende. OOP tilbyr metodikk for mye mer enn bare selve programmeringen, og foretrekkes derfor ofte av profesjonelle konsulentbyråer og store programleverandører Hva er nytt med objektorientering? Når vi programmerer objektorientert, får vi en del nye begreper å forholde oss til. Vi skal nå gjennomgå noen viktige begreper innen objektorientering. Et objekt kan være noe fysisk som vi kan ta og føle på: bil, hus eller person. Det kan være ting du kjenner fra Visual Studio: meldingsboks, form, listeboks eller vindu. Et objekt kan også være mer abstrakte konsepter, som ønske eller tid. En klasse er en oppskrift for hvordan et objekt ser ut. Tenk på en klasse som en idé. Du kan med en gang si hvordan et menneske ser ut, basert på kunnskap om idéen person. Du kan derfor si nokså nøyaktig hvordan Ole eller Lise ser ut. Det er klart at Ole og Lise ikke er like personer, men sammenliknet med en fisk eller en hund eller en bil, så er det liten tvil om at både Ole og Lise er personer. La oss prøve med ord å utvide forståelsen av klasse og objekt, og tydeliggjøre sammenhengen mellom dem. Forskjellen på et objekt og en klasse blir som forskjellen på konseptet person

4 Objektorientering i VB en introduksjon side 4 av 11 og den konkrete personen Lise. Du kan ikke føre en samtale med konseptet person, men du kan snakke med personen Lise uten problemer. Det er også en nær sammenheng mellom objekt og klasse. Et objekt har samme relasjon til en klasse som et hus har til arkitektens tegning. La oss nå konkretisere dette. Ole og Lise har en rekke egenskaper. De har hvert sitt navn. De har også en vekt, for eksempel henholdsvis 83 kg og 62 kg, og en høyde, for eksempel 192 cm og 170 cm. Hvis vi skulle programmert to personer utfra et objektorientert paradigme, ville vi først sagt at klassen person skulle ha egenskapene vekt og høyde. Deretter ville vi opprettet to objekter basert på klassen person, og sagt at det første objektet skulle hete Ole, veie 83 kg og være 192 cm høy. Det andre objektet skulle hete Lise, veie 62 kg og være 170 cm høy. Objektet har kunnskap om seg selv, og denne kunnskapen ligger lagret i form av egenskapsverdier. Vi skal senere i leksjonen se senere hvordan egenskaper realiseres i koden ved hjelp av det vi kaller objektvariabler. Lise og Ole kan også gjøre mye rart. De kan fortelle en vits, de kan bevege seg og de kan kanskje løse et problem. Det er også mulig å regne ut body mass index (BMI) for hver av dem, uten at vi trenger å lagre informasjonen om BMI fordi BMI kan beregnes basert på høyde og vekt. BMI er for øvrig et mål på hvor sunn (overvektig/undervektig) en person er, basert på at en høy person selvsagt også må veie mer for å være normal vektig enn en lav person. Vekt sier altså ikke alt alene. BMI er et mye mer nøyaktig mål for å beskrive og sammenlikne ved for eksempel mistanke om anorexi eller stor overvekt. Det er en vesentlig forskjell på egenskapen vekt og det å fortelle en vits. I programmering snakker vi om at objektene har metoder. En metode er noe som utføres. Det å bevege seg, er å utføre noe. Det å fortelle en vits, er også å utføre noe. Det å regne ut BMI, er også å utføre noe. Sammenlikn dette med det å faktisk veie 62 kg, som ikke er å utføre noe, men å ha en egenskap, og du ser da forskjellen på en metode og en egenskap. Egenskapen er et stykke data, mens metoden er en samling av instruksjoner som utfører noe (og gjerne benytter de dataene som er tilgjengelige, men ikke nødvendigvis). Et objekt er en instans av en bestemt klasse. Det kan være mange samtidige objekter basert på én og samme klasse (som vi har sett med både Lise og Ole basert på person ). Et stort poeng ved objektorientering, er såkalt innkapsling. Ved å lage kode for en person-klasse og i denne klassen angi hvilke egenskaper og metoder konkrete person-objekter skal ha (med kode), har vi samlet alt som har å gjøre med for eksempel konseptet person. Tilsvarende kunne vi laget en ny klasse for konseptet bil og enda en ny klasse for konseptet fisk. En Ferrari og en Toyota kunne vært instanser (objekter) av klassen bil, mens Snapsi eller Wanda kunne vært instanser (objekter) av klassen fisk. Wanda ville dermed leve sitt eget liv uavhengig av endringer i klassen bil. Hvordan fisken Wanda svømmer rundt i gullfiskbollen sin, vet man ikke, men man vet at den har mulighet til å gjøre det, og man vet at den er en konkret fisk ved navn Wanda (se også Tilsvarende vet vi ikke nøyaktig hvordan for eksempel en listeboks kan sortere innholdet sitt, men det viktige er at den kan gjøre nettopp det, og det kan vi utnytte i programmene våre. Med innkapsling vil vi slippe å tenke på detaljene med hvordan objekter og metoder fungerer, og dermed blir det lettere å gjenbruke kode på en effektiv måte. Dersom vi skulle illustrere klassen Person, så kunne den se slik ut:

5 Objektorientering i VB en introduksjon side 5 av 11 Figur 2: Illustrasjon av klassen Person. Sammenlikn klassen i Figur 2 med objektene i Figur 3, som vi kan si at realiserer klassen Person: Figur 3: Objektene ole og lise basert på klassen Person Eksempel på objektorientert programmering Siden alle mennesker skal ha et navn, en høyde og en vekt, og alle skal kunne fortelle minst en vits eller bevege seg, så må disse egenskapene og metodene beskrives i klassen person. La oss nå prøve å realisere konseptet person ved hjelp av objektorientert programmering i Visual Basic.NET. Vi tar i tillegg med utregning av BMI ( body mass index ). Deretter skal vi opprette konkrete objekter som baserer seg på klassen Person. Vi skal altså først modellere en generell person, og så lage de konkrete personene Lise og Ole Opprett en klasse i utviklingsmiljøet For å lage en klasse i Visual Studio (evt. Visual Basic Express), må du høyreklikke på prosjektfilen i Solution Explorer, og velge å legge til et nytt element. Du må så velge å legge til en ny klasse, og skrive inn navnet på klassen med.vb etterpå. Det som i praksis skjer, er at du lager en ny fil som heter for eksempel Person.vb og all koden som utgjør klassen skal inn i denne filen. Dette er vist i Figur 4 og Figur 5.

6 Objektorientering i VB en introduksjon side 6 av 11 Figur 4: For å lage en ny klasse, må du først legge til et nytt element fra Solution Explorer... Figur 5:... og deretter må du velge maltypen Class og skrive inn navnet som klassen skal ha. Ta også med.vb til slutt.

7 Objektorientering i VB en introduksjon side 7 av Kode for å realisere Person-klassen Når du i Figur 5 velger Add vil en ny fil vises, og i denne kan du skrive kode. Legg merke til hvordan du nå har fått et nytt element i Solution Explorer til høyre. Alt av kode i klassen må stå mellom kodeordene Public Class KlassensNavn og End Class. Figur 6: All kode som utgjør klassen Person må skrives mellom Public Class Person og End Class. Vi skal nå lage tre såkalte objektvariabler som tilhører klassen, og som skal inneholde verdier om vekt, navn og høyde for de ulike objektene som opprettes basert på klassen. Legg merke til at det er mange ulike navn på objektvariabel, blant annet felt og medlemsvariabel. Vi bruker objektvariabel for å omtale egenskaper. I tillegg lager vi en metode som finner personens BMI: Public Class Person Public navn As String 'navnet på personen Public vekt As Double 'antall kg Public hoyde As Double 'antall cm Public Function finnbmi() As Double 'Regner her ut "body mass index" 'Formelen for BMI = vekt / høyden opphøyd i andre, 'der høyden er angitt i antall meter Dim svaret As Double Dim meter As Double meter = hoyde / 100 'fordi vi skal regne i antall meter, ikke i cm svaret = vekt / (meter * meter) 'parentesene regnes ut først Return svaret 'sender svaret tilbake til stedet der metoden ble kalt opp End Function End Class Legg merke til hvordan alt ligger innenfor klassen. Det vi har gjort nå, er å beskrive hvordan en person kan se ut, men vi har ikke laget noen konkrete personer enda Hvordan lage objekter som baseres på en klasse? Nå kan vi lage to objekter basert på klassen Person, eller med andre ord vi skal lage de to konkrete personene Lise og Ole. Disse objektene kan vi for eksempel lage i formen vår, så vi åpner Form1.vb og lager en knapp der. Følgende kode plasseres så under Button1_Click:

8 Objektorientering i VB en introduksjon side 8 av 11 'Program som bruker klassen Person og lager to personer Private Sub Button1_Click(ByVal sender As System.Object, _ ByVal e As System.EventArgs) Handles Button1.Click 'Lager to objektvariabler av type Person Dim lise As Person lise = New Person Dim ole As Person ole = New Person 'Registrerer navn, høyde og vekt for Ole ole.vekt = 83 ole.navn = "Ole Nordmann" ole.hoyde = 192 'Registrerer navn, høyde og vekt for Lise lise.vekt = 62 lise.navn = "Lise Nordmann" lise.hoyde = 170 'Beregner "body mass index" til Ole og Lise Dim BMIverdi As Double BMIverdi = ole.finnbmi() MsgBox("Ole har BMI-verdien: " & BMIverdi) MsgBox("Lise har " & lise.finnbmi() & " som BMI-verdi") End Sub Lise har en BMI på 21,45 siden vekten deltpå høyden i meter opphøyd i andre, er 21,45. Detaljene i utregningen tar metoden BMI-verdi seg av. Regn gjerne ut selv om du er i tvil: 62/1,70/1,70 eller kanskje bedre skrevet slik: 62 / (1,7*1,7). Figur 7 viser resultatet når vi kjører programmet. Figur 7: Når programmet kjører og knappen Lag personer trykkes, vil objekter for å representere Ole og Lise lages. Deretter regnes BMI ut for begge, og presenteres på skjermen Grundig forklaring til koden bak Button1_Click. Setningen Dim ole As Person lager et objekt som baserer seg på klassen Person. Dette er egentlig bare en adresse i minnet i maskinen som peker til et objekt. For å lage objektet, må vi skrive New Person, og for å ikke bare la dette objektet flyte i løse luften, må vi knytte ole til det nye objektet. Se Figur 3 for en visualisering av dette. Derfor skriver vi de to linjene:

9 Objektorientering i VB en introduksjon side 9 av 11 Dim ole As Person ole = New Person Det er mulig å forkorte dette til én setning (for å spare plass i koden), og heller bruke det noe kortere formularet: Dim ole As New Person Hvis du velger den siste måten, så vær klar over hva som egentlig skjer: Du lager en referanse som kan inneholde adressen til et objekt, og samtidig lager du et objekt basert på klassen Person. I tillegg bindes disse sammen, slik at du får en referanse som peker på et virkelig objekt som har fått plass i minnet i maskinen. Klassen Person har mulighet for å lagre informasjon om hver enkelt person. Ole har trolig en vekt, en høyde og et navn. Dette kan vi registrere ved å fylle objektvariablene (egenskapene) med innhold. Siden disse er satt som Public i klassen Person, har vi lov til å endre dem direkte fra programkoden til Button1_Click. Dette gjøres ved bruk av punktum-notasjonen: ole.vekt = 83 Dette kan vi lese som ole sin vekt settes til 83. Utviklingsmiljøet gir oss hjelp til å angi riktig objektvariabel ved hjelp av en liste som popper opp i det vi skriver punktumet i listen. Det ser slik ut: Figur 8: Visual Studio har intellisense, og viser oss kontekstsensitiv hjelp mens vi koder. Det er ulemper ved å bruke denne måten til å sette verdier til objektvariabler, men det er greit i starten for å komme i gang med objektorientering og ikke overøses av detaljer. Det er heller ikke direkte galt å gjøre det slik, men det fins bedre måter som vi skal se senere (stikkord for den nysgjerrige, er bruk av konstruktør og Properties). Tilsvarende må vi angi noen egenskaper for Lise, og det gjør vi ved å sette objektvariablene vekt, navn og hoyde for objektet lise. Lise blir dermed 62 kg og 170 cm høy. Hva er så body mass index til Ole og Lise? Det er mer eller mindre komplisert å regne ut dette. Vi trenger faktisk ikke regne det ut, fordi den som har laget klassen Person har allerede laget en metode som kan finne BMI for oss! (Det var riktignok oss selv som lagde denne metoden, men vi kan jo leke at vi lagde denne for 1 år siden, og ikke husker detaljene nå). Vi slipper altså å finne opp hjulet på nytt, og kan bruke den ferdige metoden. Den krever ingen argumenter, så det er bare å la objektene kalle den opp. Se gjerne fort gjennom koden i klassen Person i avsnitt før du fortsetter å lese.

10 Objektorientering i VB en introduksjon side 10 av 11 Setningen ole.finnbmi() betyr at objektet ole skal kalle opp metoden finnbmi().dette går bra. Vi sier for øvrig gjerne ole sin finnbmi-metode når vi leser setningen for oss selv. Objektet ole ligger utenfor klassen Person, men objektet ole har likevel lov til å kalle metoden, fordi metoden ligger deklarert som Public i klassen Person. Dersom vi ikke hadde laget metoden som Public, kunne den ikke blitt kalt opp. Vi kommer tilbake til denne detaljen senere. Når metoden finnbmi() kalles opp, blir den utført linje for linje. Det den gjør er å regne ut antall meter som Ole er ved å ta det som ligger i objektet ole sin objektvariabel hoyde, og dele på 100. Svaret legges i den lokale variabelen meter, og siden denne variabelen er lokal vil den dø så snart metoden er ferdig utført. Deretter regnes BMI-verdien ut ved hjelp av formelen Figur 9: Formelen for å regne ut body mass index (illustrasjon hentet fra Wikipedia). Formelen er selvsagt formulert med Visual Basic-kode, og du kan se på detaljene i koden i avsnitt Svaret returneres så tilbake til dit metoden finnbmi() ble kalt opp. En metode oppfører seg altså på samme måte som en funksjon. Mange bruker for øvrig begrepene funksjon og metode om hverandre innen OOP. I dette kurset bruker vi bevisst funksjon om en frittstående sak, og metode om det som tilhører en klasse. Virkemåten til en metode og en funksjon, er helt lik. Det er ikke mulig å kalle opp metoden finnbmi() uten å gå via objektet ole eller objektet lise. I koden vår har vi gjort kallet på to litt ulike måter, bare for å illustrere at du kan bruke en metode på samme måte som en funksjon. I Ole sitt tilfelle, legger vi den verdien som metoden returnerer inn i variabelen BMIverdi, mens i Lise sitt tilfelle, skriver vi ut verdien direkte som del av teksten i en meldingsboks. Vi kaller altså lise sin finnbmi-metode, og vet at den vil gi oss body mass index for Lise Oppsummering En objektorientert tilnærming er fornuftig i mange reelle systemutviklingsprosjekter. Vi har i denne leksjonen sett på grunnleggende begreper innen OOP: En klasse er en generell modell av noe konkret, for eksempel en person. I klassen er det definert egenskaper og metoder (og også hendelser dersom en vil det). Egenskapene beskriver objektet, mens metodene kan utføre noe. Metodene vil typisk endre eller lese egenskapsverdiene, men kan i prinsippet gjøre hva vi måtte ønske. Når vi programmerer egenskaper, omtaler vi dette som objektvariabler. Et objekt er en instans, eller forekomst, av en klasse. Det fins mange personer som baserer seg på klassen person. Det vil si at vi kan ha mange objekter for hver klasse. Hvert objekt får alle metoder og egenskaper (objektvariabler) som er definert i klassen. Det som varierer, er verdiene i objektvariablene. Dermed blir som regel hvert objekt forskjellig fra andre objekter selv om de baserer seg på samme klasse.

11 Objektorientering i VB en introduksjon side 11 av 11 Videre så vi hvordan en klasse kan programmeres med Visual Basic.NET, og hvordan vi kan lage objekter basert på en klasse. Vi manipulerte objektvariablene direkte: ole.vekt = 83 Dette har som fordel at det er veldig enkelt å forstå og lett å skrive, men ulempen er at det blir vanskelig å endre ting i klassen, uten også å måtte endre i koden for øvrig (for eksempel). Senere skal vi se på hvordan vi kan innkapsle objektene på en bedre måte. Til slutt så vi på hvordan vi kan lage metoder i en klasse som gjør noe, beregner noe eller endrer noe med det enkelte objektet. Et objekt basert på en klasse, kan kalle opp og gjøre seg nytte av disse metodene (såfremt de er deklarert som Public). Rent konkret så vi hvordan vi kunne regne ut en persons body mass index ved å kalle en metode, selv om bare objektvariablene vekt og hoyde var satt.