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1 Das MVC- Konzept (Model-View-Controller) Realisierung mit Delphi Speyer, 13.09.05 Helmut Paulus MPG Trier.

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1 1 Das MVC- Konzept (Model-View-Controller) Realisierung mit Delphi Speyer, Helmut Paulus MPG Trier

2 2 Motivation Problematik der Softwareentwicklung Komplexität nimmt zu Pflege immer aufwändiger Lösungen: Objektorientierte Programmierung Entwurfsmuster für graphisch Benutzungsoberflächen MVC: Modell-Ansicht-Steuerung

3 3 Überblick 1.Grundlagen der OOP 2.MVC-Architektur 3.Implementierung des Farbenmischers

4 4 Teil 1 Grundlagen Objektorientierte Programmierung

5 5 Dinge der Welt Objekte im Sinne der Informatik Farbe rot = 23 gruen = 244 blau = 22 FarbeRGB-Farbmodell Beispiel: Objektorientierte Programmierung

6 6 Ein Objekt wird durch die Werte seiner Attribute festgelegt. Attributwert Attribut Farbe rot = 23 gruen = 25 blau = 255 Objekte Ein Objekt ist das Abbild eines realen oder gedachten Gegenstandes bzw. einer Person. Objekte sind autonome Bausteine, die bestimmte Teilaufgaben der Anwendung eigenständig erledigen. setFarbe getFarbe toHTML... Methoden Auftrag - Prozedur Anfrage - Funktion Auftrag - Prozedur Anfrage - Funktion Die Methoden bestimmen das Verhalten des Objekts.

7 7 Klassen sind Baupläne von Objekten Objekte sind Instanzen (Exemplare) von Klassen. Objekte Klasse Farbe1 rot = 23 setFarbe Farbe2 rot = 123 setFarbe Farbe3 rot = 233 setFarbe TFarbe rot setFarbe ist Instanz von Klassen und Objekte

8 8 Auf die Eigenschaftswerte wird nicht direkt sondern nur über besondere Lese- und Schreibmethoden zugegriffen. Bei Delphi gibt es einen speziellen property- Mechanismus, über den durch Zuweisung auf die Eigenschaftswerte zugegriffen werden kann. TFarbe - Frot : integer - Fgruen :integer - Fblau : integer + getRot : integer; + setRot(r : integer); Die innere Struktur wird verborgen. Geheimnisprinzip Zugriffsmethoden

9 9 Konstruktoren sind spezielle Methoden, die den Speicherbereich eines Objekts anlegen, die Attribute mit Standardwerten belegen, eine Referenz auf das Objekt zurückgeben. TFarbe - Frot : integer - Fgruen :integer - Fblau : integer + constructor create + getRot : integer; + setRot(r : integer); Konstruktor Objekte werden mit Konstruktoren erzeugt. Erzeugung von Objekten

10 10 Erzeugung eines Farbobjekts var Farbe1 : TFarbe;... Farbe1 := TFarbe.create; Klassenname Das Objekt existiert noch nicht ! Deklaration der Objektvariablen nil Farbe1 = Die Objektvariable erhält eine Referenz auf das Farbobjekt. :TFarbe Frot = 255 Fgruen = 255 Fblau = 255 Farbe1 = Aufruf des Konstruktors (Der Klassenname wird vorangestellt) Aufruf des Konstruktors (Der Klassenname wird vorangestellt)

11 11 Arbeiten mit Objekten Der Zugriff auf Objekte erfolgt mit Hilfe der Objektvariablen Schema: Objektvariable.Methode Das Formularobjekt ruft eine Methode des Farbobjekts auf. Beispiel: Farbe1.setFarbe(0,0,0) Ein Objekt kann eine Methode eines anderen Objekts nur aufrufen, wenn es dieses kennt, d. h. eine Referenz auf dieses Objekt besitzt. Kennt- Beziehung / Assoziation 2 Shape FarbFormFarbe1 1 Das Formularobjekt kennt 1 Farbobjekt und 2 Shape-Objekte.

12 12 Teil 2 MVC-Architektur Modell – Ansicht – Steuerung Model – View – Controller

13 13 MVC-Farbenmischer Steuerung Ansicht Farbe rot = 23 gruen = 25 blau = 255 Modell

14 14 MVC-Prinzip Ziel: Trennung von Datenhaltung und -verarbeitung, Darstellung und Steuerung. Die Anwendung wird in drei Bereiche aufgeteilt: Modell Modellklasse: Interne Repräsentation der Daten mit Methoden zum Ändern und Abfragen View Ansicht, Darstellung: Ein Modell kann durch mehrere Views angezeigt werden, welche unterschiedliche Sichtweisen des Models darstellen. C ontrollerSteuerung: Verarbeitung der Benutzereingaben View und Controller bilden zusammen die Benutzeroberfläche (GUI).

15 15 GUI (graphical user interface) Fachkonzept MVC-Architektur Model (Daten,Verarbeitung) Controller Steuerung View Ansicht liest schreibt informiert

16 16 Bedingungen Die interne Datenverarbeitung ist von der Benutzeroberfläche (GUI) gänzlich abgekoppelt. Das Modell kennt weder View noch Controller. Das bedeutet: In den Datenklassen werden keine View– oder Controllermethoden aufgerufen! View und Controller kennen das Modell und lesen und schreiben die Daten. Zwischen den GUI-Objekten und dem MODEL-Objekt werden Verbindungen hergestellt, um einen Datenaustausch zu ermöglichen.

17 17 Vorteile der MVC-Struktur Änderungen der Benutzeroberfläche haben daher keine Auswirkung auf die interne Verarbeitung der Daten und der Datenstruktur. Verbesserung der Wiederverwendbarkeit klare Strukturierung eines Programms Die Daten können gleichzeitig mehrfach auf unterschiedliche Weise dargestellt werden.

18 18 Fragen und Probleme Wie erreicht man die Entkopplung? Wie greifen View und Controller auf die Daten zu? Wie können die Views aktualisiert werden, wenn das Modell keinen Zugriff auf sie hat? Wie erfahren die Views, dass sich die Daten des Modells geändert haben?

19 19 Realisierung in Delphi Aktualisierungsmöglichkeiten: Die Views fragen (evtl. permanent) das Modell ab. (Polling) Die Views werden durch Ereignisse des Modells über Datenänderungen informiert und aktualisieren sich daraufhin. (Selbstdefinierte Ereignisse) Benachrichtigung mittels Beobachter-Muster (Observer-Pattern) Entkopplung : GUI- und Modellklassen in verschiedenen Units halten -View und Controller in einem Formular (uGUI.pas) unterbringen -Modell-Klasse in einer eigenen Unit (uModell.pas) speichern Datenzugriff: Die GUI-Klasse erhält eine Referenz auf das Modell-Objekt. Der Datenzugriff erfolgt mit Lese- und Schreibmethoden, die das Modell zur Verfügung stellt (z. B. setAttribut() bzw. getAttribut(), Zugriff über Properties).

20 20 Implementierung des Farbmischers (1.Variante: Abfragen) Teil 3

21 21 TFarbe - Frot : integer - Fgruen :integer - Fblau : integer; + constructor create + getFarbe : integer; + setFarbe(r, g, b : integer) + getrot : integer + getgruen: integer + getblau : integer Festlegung von: Zugriffsrechten (- private; + public) Datentypen Signaturen (Parameter der Methoden) Spezifikation/Implementierung der Modell-Klasse unit uFarbModell... type TFarbe = Class private Frot, Fblau, Fgruen : integer; public constructor create; procedure setFarbe(r, g, b : integer); function getFarbe : integer function getrot : integer function getgruen: integer function getblau : integer end ; unit uFarbModell... type TFarbe = Class private Frot, Fblau, Fgruen : integer; public constructor create; procedure setFarbe(r, g, b : integer); function getFarbe : integer function getrot : integer function getgruen: integer function getblau : integer end ; Implementierung: (Unit: uFarbModell.pas)

22 22 constructor TFarbe.create; begin Frot := 255; Fgruen:= 255; Fblau := 255; end; function TFarbe.getFarbe : Integer; begin result := Fblau*256*256+FGruen*256+Frot; end; procedure TFarbe.setFarbe(r,g, b : integer); begin Frot := r mod 256; Fgruen := g mod 256; Fblau := b mod 256; end; (Listing uFarbModell)Listing constructor TFarbe.create; begin Frot := 255; Fgruen:= 255; Fblau := 255; end; function TFarbe.getFarbe : Integer; begin result := Fblau*256*256+FGruen*256+Frot; end; procedure TFarbe.setFarbe(r,g, b : integer); begin Frot := r mod 256; Fgruen := g mod 256; Fblau := b mod 256; end; (Listing uFarbModell)Listing Implementation der Methoden

23 23 GUI (Formular-Unit) : GUI-Objekte: TLabel TEdit TButton TShape TButton Benutzeroberfläche

24 24 Das Formular verwaltet die GUI-Objekte und das Modellobjekt. Uses..., uFarbModell; TFarbForm = class(TForm) Farbmischer: TGroupBox; Label1: TLabel; rotEd: TEdit; okBtn: TButton; Ansicht: TGroupBox; Label7: TLabel; endBtn: TButton; FarbBox: TShape;... private { Private-Deklarationen } Farbe : TFarbe;... Uses..., uFarbModell; TFarbForm = class(TForm) Farbmischer: TGroupBox; Label1: TLabel; rotEd: TEdit; okBtn: TButton; Ansicht: TGroupBox; Label7: TLabel; endBtn: TButton; FarbBox: TShape;... private { Private-Deklarationen } Farbe : TFarbe;... Referenzattribute Zeiger auf ein Farbobjekt Objektverwaltung kennt Modell-unit-einbinden

25 25 Die GUI-Objekte, die zur Entwurfzeit ins Formular eingefügt wurden, werden automatisch erzeugt und zerstört. Das Farbobjekt muss zur Laufzeit erzeugt und zerstört werden. procedure TFarbForm.FormCreate(...); begin Farbe := TFarbe.create;... end ; procedure TFarbForm.FormCreate(...); begin Farbe := TFarbe.create;... end ; Erzeugung mit dem OnCreate-Ereignis Zeiger auf ein Farbobjekt (kennt-Beziehung) Objekterzeugung/-zerstörung Zerstörung mit dem OnDestroy-Ereignis procedureTFarbForm.FormDestroy(...); begin Farbe.Free; end; procedureTFarbForm.FormDestroy(...); begin Farbe.Free; end; Speicherbereich freigeben

26 26 Szenario: Der Ok_Button (übernehmen) wird gedrückt: Aktionen: Werte der Eingabefenster lesen. Farbobjekt aktivieren (Farbe.setFarbe(r,g,b)); Shapes aktualisieren sich (updateViews) Wer macht was? Ereignisgesteuerter Ablauf

27 27 Aktualisierung der Views //Datenfluss: Modell View procedure TFarbForm.updateViews; //Modelldaten lesen begin FarbBox.brush.color := Farbe.getFarbe; KFarbBox.brush.color := clwhite - Farbe.getFarbe; end; //Datenfluss: Modell View procedure TFarbForm.updateViews; //Modelldaten lesen begin FarbBox.brush.color := Farbe.getFarbe; KFarbBox.brush.color := clwhite - Farbe.getFarbe; end; //Datenfluss: Controller Modell procedure TFarbForm.okBtnClick(Sender: TObject); //Modelldaten schreiben var r, g, b : integer; begin r := strtoint(rotEd.text); g := strtoint(gruenEd.text); b := strtoint(blauEd.text); Farbe.setFarbe(r,g,b); //Werte speichern updateViews; //Aktualisierung durch Abfragen end; //Datenfluss: Controller Modell procedure TFarbForm.okBtnClick(Sender: TObject); //Modelldaten schreiben var r, g, b : integer; begin r := strtoint(rotEd.text); g := strtoint(gruenEd.text); b := strtoint(blauEd.text); Farbe.setFarbe(r,g,b); //Werte speichern updateViews; //Aktualisierung durch Abfragen end; Ereignisprozedur Listing uForm über Download-Link

28 28 Aufgaben I 1.Testen Sie das Programm Farben0 und verfolgen Sie den Ablauf mit Hilfe des Einzelschritt-Modus. 2.Erweitern Sie das Farbenmodell um folgende Methoden TFarbe.getKomplement (Komplementärfarbe) TFarbe.toHTML ( HTML- Code) Bsp.: #AFB055, verwenden Sie die Funktion InttoHex() Binden Sie beide Methoden in die Anwendung ein. 3.Entwickeln Sie eine zweite Benutzungsoberfläche, die die RGB-Farben einzeln anzeigt. (z. B.: in drei Shape-Komponenten) Binden Sie das Farbmodell an die entwickelte Benutzeroberfläche an.

29 29 Implementierung des Farbmischers (2.Variante: Selbstdefiniertes Ereignis) Teil 4

30 30 Ereignis: Zustandsänderung eines Objekts, die mit einer Ereignisprozedur verknüpft ist. Realisierung in Delphi mit Hilfe von Methodenzeigern: Referenzen auf Methoden anderer Objekte Mit dem Aufruf von OnClick wird die Formularmethode ButtonClick() aktiviert. Die Verarbeitung wird an andere Objekte delegiert. ButtonFormular OnClickButtonClick() Methodenzeiger SenderEmpfänger Ereignisse

31 31 Methodenzeiger-Mechanismus Beispiel: Onclick Der OnClick-Zeiger hat, wenn er nicht gesetzt ist, den Wert nil. Die Zuweisung einer Methode erfolgt entweder im Objektinspektor oder durch eine Zuweisung zur Laufzeit (z.B. in FormCreate): Button.Onclick := Buttonclick; Methodenname Die GUI-Komponenten von Delphi verfügen über eine Vielzahl von Methodenzeigern die mit Ereignissen verknüpft werden können. Methodenzeiger haben wie - andere Variablen auch - einen Datentyp. Dieser bestimmt, mit welchen Typen von Methoden der Zeiger verknüpft werden kann.

32 32 Deklaration von Methodenzeigertypen type TNotifyEvent = procedure(Sender : TObject) of Object; Standardtyp (von Delphi vordefiniert) Methoden mit einem Parameter vom Typ TObject z. B. Onclick- Ereignis TMyEreignis = procedure of Object; // Methoden ohne Parameter type TNotifyEvent = procedure(Sender : TObject) of Object; Standardtyp (von Delphi vordefiniert) Methoden mit einem Parameter vom Typ TObject z. B. Onclick- Ereignis TMyEreignis = procedure of Object; // Methoden ohne Parameter Beispiele : Var Onclick : TNotifyEvent; Ereignis : TMyEreignis; Var Onclick : TNotifyEvent; Ereignis : TMyEreignis; Variablendeklaration :

33 33 Ein Ereignis für das Farbobjekt Das Farbobjekt soll die Views über Datenänderungen informieren. Dazu wird ein Ereignis implementiert, das bei Datenänderung ausgelöst wird, also in der setFarbe-Methode. Dazu braucht das Modell einen Methodenzeiger, der mit der updateViews- Methode des Formulars verknüpft werden kann. Die Schritte (1) – (3) erfolgen in der Modell-Unit, Schritt (4) in der Formular-Unit. Die Implementation erfordert in vier Schritten: 1. Vereinbarung eines Methodenzeiger-Typs 2. Vereinbarung eines Methodenzeigers 3. Aufruf der Ereignisprozedur über den Methodenzeiger 4. Zuweisung einer Ereignisprozedur

34 34 type TChangeEvent = procedure of object; (1.) TFarbe = Class.... public... OnChanged : TChangeEvent; (2.) end; type TChangeEvent = procedure of object; (1.) TFarbe = Class.... public... OnChanged : TChangeEvent; (2.) end; Ereignis: OnChanged vom Typ TChangeEvent Implementation des Ereignisses 1.Deklaration eines Methodenzeigertyps (hier: für eine Prozedur ohne Parameter) 2.Deklaration einer Referenzvariablen vom Typ des Methodenzeigers

35 35 procedure TFarbe.setFarbe(r,g, b : integer); begin Frot := r mod 256; Fgruen := g mod 256; Fblau := b mod 256; //GUI informieren if assigned(OnChanged) then OnChanged; (3) end; procedure TFarbe.setFarbe(r,g, b : integer); begin Frot := r mod 256; Fgruen := g mod 256; Fblau := b mod 256; //GUI informieren if assigned(OnChanged) then OnChanged; (3) end; 3. Ereignis auslösen Das Modell ruft eine Methode des GUI-Objekts auf, wenn sich seine Daten ändern. Auslösen des Ereignisses Modell:

36 36 type TFarbForm = class(TForm)... private Farbe : TFarbe; procedure updateViews; public... end; type TFarbForm = class(TForm)... private Farbe : TFarbe; procedure updateViews; public... end; Ereignismethode vom Typ des Methodenzeigers Ereignisbearb e itungsmethode procedure TFarbForm.updateViews; begin //wird vom Modell aufgerufen FarbBox.brush.color := Farbe.getFarbe;... end; procedure TFarbForm.updateViews; begin //wird vom Modell aufgerufen FarbBox.brush.color := Farbe.getFarbe;... end; Implementierung:

37 37 procedure TFarbForm.FormCreate(Sender: TObject); begin Farbe := TFarbe.create; Farbe.OnChanged := updateViews; (4) end; procedure TFarbForm.FormCreate(Sender: TObject); begin Farbe := TFarbe.create; Farbe.OnChanged := updateViews; (4) end; 4. Setzen des Methodenzeigers mit OnCreate-Ereignis Setzen des Methodenzeigers Der Typ der Methode muss mit dem Typ des Methodenzeigers übereinstimmen.

38 38 Nachrichtenaustausch Ablauf: OkButton wird geklickt (Sequenzdiagramm) :TFarbe :TShape :TFarbForm :TButton Oncreate() create() Button wird gedrückt ButtonClick() setFarbe() updateViews Brush.Color :=... getFarbe()... Start des Programms

39 39 Aufgaben II Farbenmischer 3.Implementieren Sie das Ereignis Onchanged. Testen Sie das Programm und verfolgen Sie den Ablauf mit Hilfe des Einzelschritt- Modus. 4.Die Version Farben3 kann 2 GUIs gleichzeitig darstellen. Untersuchen Sie, wie das 2. Formular eingebunden ist und den Benachrichtungsmechanismus. MVC-Uhr 1.Entwerfen Sie das Modell (Klasse: TUhr - mTUhr.pas) einer Digitaluhr, die Uhr soll noch nicht selbständig laufen. Entwerfen Sie ein Formular (GUI) (TUhrform - uUhrForm.pas) mit der Möglichkeit, die Zeit (h:min) zu setzen und abzufragen. 2.Die Zeit soll mit Hilfe Schaltfläche jeweils um eine Sekunde erhöht werden. Entwickeln Sie dazu eine Methode. 3.Analysieren Sie das Projekt Uhr mit Ereignis. Erweitern Sie das Uhrobjekt so, dass die Ansicht über Datenänderungen mit Hilfe eines Ereignisses informiert wird.

40 40 Literatur und Links Helmut Balzert: Lehrbuch der Software-Technik Siegfried Spolwig: K. Merkert: Hohenstaufen-Gymnasium Kaiserlautern UML-Werkzeug: UML-Editor : UMLed.exe


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