Grundkonzepte der objektorientierten Programmierung

Grundkonzepte der objektorientierten Programmierung

Objektorientierte Programmierung (OOP) ist ein spezieller Ansatz zur Softwareentwicklung, der den Code in überschaubare, wiederverwendbare und logisch strukturierte Einheiten, sogenannte Objekte, gliedert. Um diesen Ansatz besser zu verstehen, lohnt sich ein Blick in die Geschichte der Informationstechnologie und der Programmierung.

Frühe Zeiten der Programmierung

Anfangs wurden Programme noch mithilfe von Schaltern an der Frontplatte von Großrechnern eingegeben – damals mussten ganze Räume mit Computern gefüllt werden. Das Programmieren war äußerst ineffizient: Das Verlegen von Kabeln und das Einstellen der Schalter nahm oftmals mehrere Stunden oder sogar einen ganzen Arbeitstag in Anspruch, während die eigentlichen Berechnungen in wenigen Minuten durchgeführt wurden. Lag ein Fehler vor – etwa weil ein Programmierer versehentlich einen Schalter falsch gestellt hatte – musste der gesamte Vorgang wiederholt werden.

Die Perforationskarten brachten zunächst Erleichterung. Programme, also die Abfolge von Befehlen, wurden auf Perforationskarten gespeichert. Der Benutzer verfasste das Programm, und der Bediener "speicherte" es auf der Karte, welche dann an eine zentrale Recheneinheit weitergeleitet wurde. Die Ergebnisse, meist in Form eines gedruckten Papierbahnen, kamen einige Zeit später zurück. Eine Korrektur fehlerhafter Eingaben bedeutete, dass alle Schritte erneut durchlaufen werden mussten.

Später setzten sich Programmiersprachen wie Assembler durch. Dieser „Low-Level“-Ansatz ermöglichte zwar das Schreiben längerer Programme, er erforderte aber ein detailliertes Verständnis der Hardware. Ein simples Beispiel: Während in PHP für eine einfache Multiplikation nur geschrieben werden muss:

  $result = 2 * 5;

musste im Assembler mindestens der Vorgang des Ladens der beiden Zahlen in verschiedene Register und anschließend das Ausführen einer ADD-Befehl-Anweisung erfolgen. Dadurch war die Programmierung stark an die jeweilige Prozessorarchitektur gebunden, was den portablen Einsatz erschwerte.

Aufbau von höheren Programmiersprachen

Mit wachsender Komplexität der Anforderungen und zunehmender Größe der Softwareprojekte entstanden Hochsprachen wie FORTRAN – der erste Vertreter, der es ermöglichte, ohne die Hardware im Detail über die Architektur zu wissen, Programme zu schreiben. Man schreibt in einer solchen Sprache eher ausdrückliche Befehle, ohne sich Gedanken darüber machen zu müssen, in welchem Register welche Werte gespeichert werden.

Doch auch Hochsprachen führten zu immer unübersichtlicheren und schwer wartbaren Programmen. Daraus entstand der Bedarf nach strukturierten Ansätzen: Strukturiertes Programmieren legte Wert auf eine klare Gliederung der Software in sinnvolle Programm- und Blockstrukturen und vermied bedingungslose Sprungbefehle (wie GOTO oder JMP). Gleichzeitig ermöglichte das Konzept der Prozeduralität — also das Ausgliedern wiederkehrender Berechnungen in Funktionen —, den Code zu verkürzen und besser zu organisieren.

Der Durchbruch der objektorientierten Programmierung

Schließlich stieß man an die Grenzen des prozeduralen Programmierens. Insbesondere bei sehr großen Softwareprojekten wurde es immer schwieriger, den Überblick zu behalten und Fehler zu vermeiden. Hier trat die objektorientierte Programmierung auf den Plan, die auf drei zentralen Prinzipien basiert: Kapselung, Polymorphismus und Vererbung.

• Kapselung (Encapsulation):
Mit Hilfe der Kapselung werden Daten (Eigenschaften) und der sie verarbeitende Code (Methoden) in Klassen zusammengefasst. Eine Klasse kann man sich wie einen speziellen Datentyp vorstellen, dessen Instanzen – die Objekte – sowohl Informationen als auch die Logik zu deren Verarbeitung enthalten. Dies schützt die Daten und den Code vor ungewollten Zugriffen von außen. In einer Klasse gibt es üblicherweise öffentliche und private Mitglieder. Öffentliche Mitglieder (z. B. Methoden) können von anderen Teilen des Programms genutzt werden, während private nur intern zur Anwendung kommen.

• Polymorphismus:
Polymorphismus erlaubt es, dass eine Funktion oder Methode in unterschiedlichen Kontexten unterschiedlich reagieren kann. Ein klassisches Beispiel sind in manchen Programmiersprachen Funktionen zur Berechnung des absoluten Werts, bei denen dieselbe Funktionsbezeichnung (z. B. abs()) für unterschiedliche Datentypen verwendet werden kann. Abhängig vom übergebenen Parameter wählt der Compiler bzw. Interpreter die jeweils passende Implementierung aus. Dieses Prinzip reduziert die Komplexität, da Programmierer nicht für jeden Datentyp eine eigene Funktion erstellen müssen.

• Vererbung (Inheritance):
Die Vererbung ermöglicht es, dass eine Klasse (die Kindklasse) Eigenschaften und Methoden einer anderen Klasse (der Elternklasse) übernimmt, ohne sie komplett neu definieren zu müssen. Dabei sind die geerbten Eigenschaften nicht etwa eine direkte Kopie, sondern können ergänzt oder in bestimmten Fällen modifiziert werden. Dieses Prinzip erleichtert die Wiederverwendbarkeit und Erweiterbarkeit von Code erheblich – vergleichbar mit der Vererbung von Merkmalen in der Biologie.

Beachtenswerter Hinweis:
Im Unterschied zu vielen vollwertigen objektorientierten Programmiersprachen ist die Implementierung von OOP in Sprachen wie JavaScript eingeschränkt. Dort gibt es beispielsweise keine echten privaten oder geschützten Mitglieder, und die Erzeugung von Klassen basiert auf Funktionskonstruktoren. Dennoch bleibt der grundlegende Gedanke der Objektorientierung auch in solchen Sprachen erhalten.

Fazit

Die objektorientierte Programmierung stellt einen Schriftwechsel dar, der die Softwareentwicklung nachhaltig verändert hat. Durch Konzepte wie Kapselung, Polymorphismus und Vererbung wird es möglich, komplexe Programme modular, wartbar und erweiterbar zu gestalten. Selbst wenn die Geschichte der Programmierung von den Schaltern an der Frontplatte über Perforationskarten bis zu modernen Hochsprachen einen langen Weg zurückgelegt hat, bleibt die Einführung von OOP ein Meilenstein, der die Art und Weise, wie wir Software entwerfen und umsetzen, grundlegend geprägt hat.

Diese Prinzipien bilden das Fundament der modernen Softwareentwicklung und ermöglichen es, den ständig wachsenden Anforderungen an Funktionalität, Effizienz und Wartbarkeit in der ITbranche gerecht zu werden.