Attribute absichern

1 Attribute absichern - Kapselung durch set-get-Methoden

In der Klasse Leuchtmittel werden folgende Eigenschaften für die Leuchtmittel definiert: Leistungsaufnahme P in W (Watt), Lichtstrom Φ in lm (Lumen). Berechnen kann man hieraus die Lichtausbeute η in lm/W (Lumen pro Watt).

class Leuchtmittel:
    def __init__(self, leistung = 2.5, lumen = 340):
        self.leistung = leistung
        self.lumen = lumen

    def __str__(self):
        return self.__class__.__name__ + f" {self.leistung} W, 
		🔆 {self.lumen} lm und η = {self.lumen/self.leistung} lm/W"

Probleme bei der Objekterzeugung in der Beleuchtung Lampe

Eine Wagenradlampe der Klasse Beleuchtung besteht aus Objekten der Leuchtmittel. Wir erstellen nun ein Objekt:

class Beleuchtung:
    l1 = Leuchtmittel(2.5, 340)
    l2 = Leuchtmittel(3, 420)

    print(l1)
    print(l2) 

    #Die Leistung wird mit einem fehlerhaften Wert manipuliert.
    l2.leistung = -42.0
    print(l2)

Folgende Ausgabe wird erzeugt:

Leuchtmittel 2.5 W, 🔆 340 lm und η = 136.0 lm/W
Leuchtmittel 3 W, 🔆 420 lm und η = 140.0 lm/W
Leuchtmittel -42.0 W, 🔆 420 lm und η = -10.0 lm/W

Der Benutzer kann fehlerhafte Werte setzen wodurch nicht nur der Wert, sondern auch nachfolgende Berechnungen fehlerhaft sind.

Lösung mit Kapselung und set-get-Methoden in der Klasse Leuchtmittel

Wir ersetzen den sogenannten Modifier der Attribute in der Klasse Leuchtmittel durch private. Dies wird durch einen doppelten Unterstrich in Python gemacht __leistung. Dadurch wird der Attributzugriff auf die Klasse Leuchtmittel beschränkt. Diesen Vorgang nennt man Kapselung. Man schirmt die Attribute vom Zugriff aus anderen Klassen ab.

Die Änderung von gekapselten Werten erlaubt man dann nur noch in den sogenannten set-Methoden; für den Wertzugriff verwendet man get-Methoden. Der indirekte Zugriff auf die Leuchtmittelattribute erfolgt aus der Klasse Lampe:

class Beleuchtung:
    l1 = Leuchtmittel(2.5, 340)
    print(l1) 

    #Die Leistung wird mit fehlerhaft manipuliert.
    l1.setLeistung(-2.5)
    print(l1)

class Leuchtmittel:        
    def __init__(self, leistung = 2.5, lumen = 340):
        self.setLeistung(leistung)
        self.lumen = lumen
        
    #setter und getter für Leistung
    def setLeistung(self, leistung):
        if leistung >= 0:
            self.__leistung = leistung #geschütztes Attribut
        else:
            print("Wert fehlerhaft, der Wert bleibt unverändert.")
    
    def getLeistung(self):
        return self.__leistung
    
    def __str__(self):
        return self.__class__.__name__ + f" {self.__leistung} W, 
		🔆 {self.lumen} lm und η = {self.lumen/self.__leistung} lm/W"
    

Modifier Sichtbarkeit von Variablen und Methoden in Python

Modifier	Die Klasse selbst	Unter­klassen	sons­tige Klassen
private (zwei Unterstriche)	✓	✗	✗
protected (ein Unterstrich)	✓	✓	✗
public (kein Unterstrich)	✓	✓	✓

2 Mit Properties lesbare gekapselte Attribute - Verbesser die Lesbarkeit

Mit Setter und Getter wird der Zugriff auf Variablen mitunter unlesbar. Betrachten wir hierzu folgendes Beispiel. In der Klasse Beleuchtung wird die Leistung von l3 mit den Werten von l1 und l2 berechnet.

class Beleuchtung:
    l1 = Leuchtmittel(2.5,340)
    l2 = Leuchtmittel(1.5,200)
    l3 = Leuchtmittel()

    #Die Leistung von l3 wird mit den Werten von l1 und l2 berechnet.
    l3.setLeistung(l1.getLeistung()+l2.getLeistung())
    print(l3) 

Properties erstellen

Durch Properties wird der Code wieder lesbarer. Wir können die Variablen verwenden als ob sie öffentlich wären, sind sie aber nicht.

class Leuchtmittel:        
    def __init__(self, leistung = 2.5, lumen = 340):
        ...
    def setLeistung(self, leistung):
    	...
    def getLeistung(self):
        ...
    def __str__(self):
        ...

    #property
    leistung = property(getLeistung, setLeistung)

class Beleuchtung:
    l1 = Leuchtmittel(2.5,340)
    l2 = Leuchtmittel(1.5,200)
    l3 = Leuchtmittel()

    #Die Leistung von l3 wird mit den Werten von l1 und l2 berechnet.
    l3.leistung = l1.leistung + l2.leistung
    print(l3) 

3 Exceptions - Optimierung der Absicherung

#Typeerror - fehlerhafte Werte
lumen = "hell"
x = lumen + 1 

#ZerodivisionError
lumen = 0
x = 4/lumen 

#Value ValueError
lumen = -20
x = math.sqrt(lumen) 

Exceptions

Fehlerhafte Syntax kann nicht ausgeführt werden. Aber auch wenn die Syntax korrekt ist, kann es bei der Ausführung des Quelltextes zu einem Fehler kommen. Dann werden sogenannte Exceptions ausgelöst. Je nach Fehlerart unterscheidet man verschiedene Exceptions.

Try und Except

Mit Hilfe dieser Exceptions lassen sich verschiedene Fehlermeldungen abfangen. Bei der Erzeugung von Objekten kann man nun mit try und except Fehler abfangen. Hierzu wird einerseits die Objekterzeugung in einen try- und except-Block geschrieben und in der set-Methode auf fehlerhafte Werte geprüft und ggf. eine Exception ausgelöst.

class Leuchtmittel:
    def __init__(self, leistung = None, lumen = None):
        self.setLeistung(leistung) 
        self.lumen = lumen

    def setLeistung(self, leistung):
        if(isinstance(leistung, (int, float)) and leistung > 0):
            self.__leistung = leistung
        else:
            raise ValueError("fehlerhafte Werte") 

    #property
    leistung = property(getLeistung, setLeistung)

class Beleuchtung:
    try:
        l1 = Leuchtmittel(12,300)  
        print(f"Objekt wurde erzeugt.")
    except ValueError as errormessage:
        print(f"Objekt wurde nicht angelegt: {errormessage}") 

UML-Klassendiagramme Unified Modeling Language

UML (engl. unified modeling language) ist eine grafische Modellierungssprache zur Spezifikation, Konstruktion und Dokumentation von Software-Teilen und anderen Systemen. UML besteht aus vielen Diagrammtypen. Ein Typ davon ist das Klassendiagramm.

Ein Klassendiagramm stellt eine Klasse übersichtlich und strukturiert dar. Es ist von der Form her rechteckig und besteht aus drei Teilen:

1. Klassenname,
2. Attribute (Eigenschaften) mit Modifier (+ für public und - für private) und Datentyp,
3. Methoden (Fähigkeiten) mit Modifier, Name, Parameterliste und Rückgabetyp.

Man beachte, das statische Methoden und Attribute unterstrichen werden. Der Vorteil statischer Methoden liegt darin, dass sie ohne die Erzeugung eines Objekts aufrufbar sind: Auto.setMwSt(19.0);. Nachteilig wirkt sich aus, dass der Speicher immer belegt wird.

Was das Klassendiagramm nicht sagt:

• es beschreibt nicht was in den Methoden genau passiert und wie diese zu ihrem Ergebnis kommen,
• es sagt nichts über die Objekte aus, die von der Klasse erstellt werden.

Auto

- farbe : str - leistung : int - preis : float - mehrwertsteuer : float

+ Auto (str farbe, int leistung, float preis) + setFarbe (str color) : void + setLeistung (int power) : void + setMwSt (float mwst) : void + getFarbe () : str + getLeistung () : int + getMwSt () : float + fahrenStrecke (int km) : void + tanken (int menge) : void

Aufgabe 6 Weitere Projekte

Schreibe weitere Klassenpaare.

Aufgabe 7 Bücherei

Realisiere eine Bücherei in der Bücher mit Titel, Autor und Bewertung gespeichert werden sollen.

Wortliste und Satzbausteine

das Objekt, -e	Objekte haben Eigenschaften (engl. states) und Fähigkeiten (engl. behaviors). Diese werden in einer zugehörigen Klasse festgelegt.
die Klasse, -n	Eine Klasse beschreibt, welche Eigenschaften und Fähigkeiten ein Objekt haben darf und stellt somit den Bauplan von Objekten bereit.
die Methode, -en	Fähigkeiten von Objekten werden in Methoden beschrieben.
das Attribut, -en	Eigenschaften von Objekten werden in Attributen (Variablen) festgelegt.
der Modifier, ~	legt die Sichtbarkeit von Eigenschaften und Fähigkeiten fest, also ob diese bspw. privat oder öffentlich zugänglich sind

die Kapse­lung, -	die Sichtbarkeit der Attribute einer Klasse wird auf private gesetzt und so schirmt man die Attribute vom Zugriff aus anderen Klassen ab.
die set-, get-Me­thoden, -	Methoden die die abgeschirmten Attribute setzen oder auslesen.
der Konstruk­tor, -en	Methode welche die Initialisierung der Parameter bei Objekterzeugung ermöglicht
das Dictonary	speichert Daten im Objektformat (JSON)