18. Objektorientierte Programmierung

Um zu verstehen was die objektorientierte Programmierung ist, ist es äußerst hilfreich sich klar zu machen, was die objekt-orientierte Programmierung nicht ist, beziehungsweise woraus die objektorientierte Programmierung entstanden ist.

Die objectorientierte Programmierung ist ein Programmierparadigma, welches sich in den letzten 15 Jahren in vielen Bereichen der Softwareentwicklung durchgesetzt hat. Bis hierhin haben wir uns auf die prozedurale Programmierung beschränkt. Auch vor der Einführung der objekt-orientierte Programmierung war die prozedurale Programmierung, die dominierende Art und Weise zu programmieren.

Im prozeduralen Programmierparadigma schreiben wir Funktionen, die bestimmte Daten verarbeiten. Jede Funktion steht für sich ‚separat‘ neben den Daten und erhält (sofern sie keine globalen Variablen verwendet) alle Daten als Argumente.

Zum Beispiel können wir als Daten ein Rechteck als Wörterbuch definieren:

rect1 = dict(x=10, y=10, width=100, height=20)
rect2 = dict(x=-10, y=-10, width=100, height=30)

Wenn wir nun eine Funktion schreiben wollen, welche tested ob ein Punkt sich in einem Rechteck befindet, würden wir das in der prozeduralen Programmierung wie folgt machen:

def contains(rect, point):
  if point[0] < rect['x'] or point[1] < rect['y']:
    return False
  if point[0] > rect['x'] + rect['width'] or point[1] > rect['y'] + rect['height']:
    return False
  return True

print(contains(rect1, (15, 17)))
print(contains(rect2, (315, 317)))

True
False

Wir könnten uns weitere Funktionen überlegen, die wir auf ein Rechteck anwenden wollen. Zum Beispiel eine Funktion um das Rechteck zu verschieben:

def translate(rect, delta):
  return dict(x=rect['x']+delta[0], y=rect['y']+delta[1], width=rect['width'], height=rect['height'])

print(translate(rect1, (10,-5)))
print(rect1)

{'x': 20, 'y': 5, 'width': 100, 'height': 20}
{'x': 10, 'y': 10, 'width': 100, 'height': 20}

Da wir in der prozeduralen Programmierung bevorzugt reine Funktionen verwenden, legt translate eine Kopie an und liefert diese verschobene Kopie zurück.

Prozedurale Programmierung

Die prozedurale Programmierung ist ein Programmierparadigma, welches auf Funktionen / Prozeduren aufgebaut ist. Sie gilt als Erweiterung des imperativen Paradigmas.

Im Gegensatz dazu bündeln wir in der objektorientierte Programmierung Daten und deren Operanden. Das heißt, Funktionen welche wir auf die Daten anwenden wollen und die Daten selbst werden in ein sog. Objekt gepackt.

Objekte sind Daten angereichert mit Funktionen, welche wir als Methoden des Objekts bezeichnen. Objekte sind zugleich Werte bzw. Instanzen von einem bestimmten benutzerdefinierten zusammengesetzten Datentyp, die wir als Klasse bezeichnen.

Lassen Sie uns zuerst einen zusammengesetzten Datentyp Rectangle erzeugen, welcher zugleich die Methoden contains und translate enthält.

class Rectangle():
  def __init__(self, x, y, width, height):
    self.x = x
    self.y = y
    self.width = width
    self.height = height

  def __str__(self):
    return f'x={self.x}, y={self.y}, width={self.width}, height={self.height}'

  def contains(self, point):
    if point[0] < self.x or point[1] < self.y:
      return False
    if point[0] > self.x + self.width or point[1] > self.y + self.height:
      return False
    return True

  def translate(self, point):
    self.x += point[0]
    self.y += point[1]

In dieser Version verändert translate(point) das Objekt anstatt eine Kopie zurückzuliefern.

rect1 = Rectangle(x=10, y=10, width=100, height=20)
rect2 = Rectangle(-10, -10, 100, 30)

print(rect1.contains((15, 17)))
print(rect2.contains((315, 317)))
print(rect1.translate((10,-5)))
print(rect1)

True
False
None
x=20, y=5, width=100, height=20

Die Ausgabe der vorletzten Zeile zeigt, dass translate keinen Rückgabewert hat sondern das Objekt rect1 verändert. Die Ausgabe des Objekts ist jene die wir in der Methode __str__() definiert haben. Die Klasse erbt die __str__() Methode von der Klasse object und diese wird von der Funktion print() genutzt. Wir überschreiben die Standarddefinition von __str__() um eine schönere Ausgabe zu erzielen. Die __init__() Methode initialisiert das Objekt mit seinen Daten. Diese Methode wird aufgerufen sobald wir das Objekt durch Rectangle(x=10, y=10, width=100, height=20) erzeugt haben.

Objektorientierte Programmierung (OOP)

Die objektorientierte Programmierung ist ein Programmierparadigma, welches auf Objekten aufgebaut ist. Diese Objekte beinhalten und kapseln Daten und deren dazugehörige Methoden.