Vorlesung 8. Sitzung Grundlegende Programmiertechniken

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1 Vorlesung 8. Sitzung Grundlegende Programmiertechniken Wintersemester 2007/2008 Dozent Nino Simunic M.A. Computerlinguistik, Campus DU

2 Grundlegende Programmiertechniken, WS 2007/2008 OOP-Abstraktionsmittel: Vererbung

3 Konzept»Vererbung«in OOP/Java: Einleitung Vererbung: Modellierung einer "is-a"-beziehung zwischen Datentypen "X is-a Y" "Y erbt von X" Sinn? Wiederverwendung von Code. Bisher: Fokus auf Aggregation has-a Relation. Raum hat eine Dimension. Matrix hat eine multidimensionale Datenliste. -3-

4 class Dimension x y z getdim() has-a Aggregation class Raum Dimension addvector() class Dimension x y z getdim() class Raum extends Dimension x y z getdim() addvector() Vererbung Die Die Klasse Klasse von von der der geerbt geerbt wird, wird, heißt heißt Oberklasseoder Superklasse. is-a -4- Die abgeleitete Klasse heißt Unterklasse oder Subklasse.

5 Was wird vererbt? Was Subklassen erben können: Attribute ihrer Oberklasse Methoden ihrer Oberklasse In der Unterklassen können weitere Attribute und Methoden definiert werden. -5-

6 extends Schlüsselwort extends bei der Klassendeklaration der Subklasse wird Vererbung initiiert: class SUBKLASSE extends SUPERKLASSE { Die Superklasse muss nichts angeben, damit geerbt werden kann. Kann aber angeben, dass die Klasse keine Unterklassen erlaubt: final class Eine Subklasse hat immer nur eine direkte Superklasse. Keine direkte Mehrfachvererbung via extends möglich. Vererbungshierarchien jedoch sehr gut möglich. -6-

7 Einfaches Beispiel: Student erbt von Person (1) public class Person { public String name; public short age; public String getpersondata( ){ return name+"\n"+age+"\n"; Student erbt name, age, getpersondata() von Person Student erbt name, age, getpersondata() von Person public class Student extends Person { public int id; public String getstudentdata( ){ return getpersondata()+id+"\n"; In In Person Person implementiert und und hierhin hierhin vererbt. Unterklasse fügt fügt weitere, eigene eigene Student-Klasse kann kann auch auch auf auf geerbtes name nameund age age und hinzu. zugreifen. Attribute und Methoden hinzu. (System.out.println(name+","+age);) -7-

8 Einfaches Beispiel: Student erbt von Person (2) public class Test { public static void main(string[] args) { Person person = new Person(); Hans person.name = "Hans"; 55 person.age = 55; System.out.println( person.getpersondata() ); Student studi = new Student(); In In der der KlassePerson studi.name = "Samson"; implementiert und und an an studi.age = 20; Student vererbt. studi.id = 110; System.out.println( studi.getstudentdata() ); In In der der Klasse Klasse Student implementiert. Samson

9 Vererbung in OOP und Java: Überschreiben, Überdecken (1) Unterklassen können die Methoden ihrer Oberklasse überschreiben Überschriebene Methoden müssen bei gleicher Typsignatur auch den gleichen Rückgabetyp haben Ausnahme: private deklarierte Methoden der Oberklasse Unterklassen können die Attribute ihrer Oberklasse überschreiben Die Methode oder das Attribut der Oberklasse bleibt erhalten und wird überdeckt -9-

10 Einfaches Beispiel: Überschreiben von Eigenschaften public class Person { public String name ="Anonyme Person"; public short age=1; public String getpersondata( ){ return name+"\n"+age+"\n"; überschreibt public class Student extends Person { public String name = "Anonymer Student"; public int id; public String getpersondata( ){ return "Student: "+name+" ("+id+","+age+")"; Anonyme Anonyme Person Person 1 public class Test { 1 public static void main(string[] args) { Person person = new Person(); System.out.println( person.getpersondata() ); Student studi = new Student(); System.out.println( studi.getpersondata() ); Was wird überschrieben? Was wird überschrieben? Student-Klasse Student-Klasse verwendet verwendet nun nun wessen wessen Eigenschaften? Eigenschaften? Objekte Objekte verwenden verwenden wessen wessen Eigenschaften? Eigenschaften? Ausgabe? Ausgabe? überschreibt Student: Student: Anonymer Anonymer Student Student (0,1) (0,1)

11 Vererbung: private Elemente in der Superklasse Zugriff auf die Attribute und Methoden der Oberklasse: Nur möglich, wenn diese nicht private deklariert sind

12 Einfaches Beispiel: Vererbung und private-elemente public class Person { private String name = "Anonyme Person"; private short age = 1; public String getpersondata( ){ return name+"\n"+age+"\n"; public String getname() { return name; ; public short getage() { return age; ; public class Student extends Person { public int id; public String name = "Anonymer Student"; Direkter Zugriff Zugriff nur nur innerhalb dieser dieser Klasse. Subklassen können nur nur über über entsprechende, öffentliche Methoden auf auf private-elemente zugreifen. Zugriff z.b. z.b. auf auf age age nur nur via via getage() public String getpersondata( ){ return "Student: "+ name +" ("+id+","+getage()+")"; Verwendung von überschriebenem name, und nicht des private-name aus Person! name = "Schorsch Maikel"; // ok, warum? age = 10; // Kompilierungsfehler, da hier nicht sichtbar!

13 Vererbung: Zugriff auf Überschriebenes, Konstruktoren Bekannt: Innerhalb der Klasse Zugriff auf dort definierte Felder und Methoden via this this.variable oder this.methode this(konstuktor-argumente) Zugriff auf (überschriebene) Elemente der Superklasse via super super.einevariable super.einemethode( ARGUMENTE ) super( ARGUMENTE ) Aufruf eines Konstruktors der Oberklasse Nur zulässig als erste Anweisung eines Konstruktors der Unterklasse Ausnahme: private Elemente der Superklasse

14 Einfaches Beispiel: Zugriff auf Überschriebenes public class Person { private String name = "Anonyme Person"; private short age = 1; public String getpersondata( ){ return "Name: "+name+" / Alter: "+age; public String getname() { return name; public short getage() { return age; public class Student extends Person { public int id=999; public String name = "Anonymer Student"; public String getpersondata( ){ return super.getpersondata()+" / ID: "+id; // Person person = new Person(); System.out.println( person.getpersondata() ); Student studi = new Student(); studi.name = "Barny"; Ausgabe? System.out.println( studi.getpersondata() ); // Student kann auf die Methoden, jedoch auf kein Datenfeld aus Person via super. direkt zugreifen. Warum? Name: Anonyme Person / Alter: 1 Name: Anonyme Person / Alter: 1 / ID: 999

15 Vererbung: Konstruktoren der Oberklasse Konstruktoren der Oberklasse werden nicht vererbt aber: Wenn die Superklasse einen selbst implementierten Konstruktor besitzt, muss dieser in der Subklasse im Konstruktor aufgerufen werden: super( ARGUMENTLISTE ) Ist immer die erste Anweisung im Konstruktor, sonst kommt es zum Kompilierungsfehler.»Ausnahme«: Parameterloser Konstruktor. Implizit wird die obere Definition nämlich erfüllt

16 Einfaches Beispiel (1) : Konstruktoren der Oberklasse Person public class Person { private String name = "Anonyme Person"; private short age = 1; // Einfacher Konstruktor zur Initialisierung public Person(String name, short age) { this.name = name; this.age = age; // Kein impliziter default-konstruktor mehr. Es muss hier // ein eigener implementiert werden, falls er benötigt wird! public Person() { // Verwende default-werte der Instanzvariablen public String getpersondata( ){ return "Name: "+name+" / Alter: "+age; public String getname(){ return name; public short getage(){ return age;

17 Einfaches Beispiel (2) : Konstruktoren der Unterklasse Student public class Student extends Person { private int id=-1; private String name = "not set"; public Student(String name, short age) { super( name, age ); super() muss bei bei vorhandenem Oberklassen-Konstruktor mindestens public Student(int id) { einmal aufgerufen werden. super( "N/A",(short)-1 ); public Student( String name ) { this( name, (short)-1 ); public Student( ) { // super( "N/A",(short)-1 ); können auch weitere Anweisungen // oder super(...), this(...) implementiert werden. // oder (fast) gar nichts Daraus folgt: Die Die Klasse könnte mit mit public String getpersondata( ){/* deshalb Implementierung nicht unbrauchbar.) wie gehabt */ Weitere Konstruktoren rufen den den super()- verwendenden Konstruktor mit mit this() und und entsprechenden Argumenten auf, auf, oder oder rufen selbst super() (mit/ohne Arg.) auf. auf. Sonderfall: Parameterloser Konstruktor Immer impliziter Aufruf von von super(). Es Es einzig und und allein diesem Konstruktor kompiliert werden. (Hier sinnlos, aber aber

18 Was Sie bei super(), this() nicht als Argumente verwenden dürfen Instanzvariablen oder methoden Superklassen-Elemente

19 (Negativ-)Beispiel: Instanzelemente bei this()bzw. super() Anweisungen public class StudentKaputt extends Person { private int id = -1; private String name = "not set"; public StudentKaputt(int id) { super(this.name, (short) -1); public StudentKaputt(int id) { super(name,(short)-1); public StudentKaputt(int id) { String tmpname = this.name; super(tmpname, (short) -1); public StudentKaputt(int id) {super(super.getname(), super.getage()); public StudentKaputt() { this(); // Hier sinnlos, aber möglich public String getpersondata() {/* Wie gehabt */ Abgesehen vom Verstoß gegen das Überladungsprinzip sind (fast) alle (rot gerahmten) Kontruktoren wegen Verwendung von Instanzelementen oder Superklassenelementen falsch!

20 Vererbung: Vererbungshierarchie Vererbung kann in mehreren Stufen erfolgen, man spricht von einer Vererbungshierarchie Beispiel: Tierhierarchie (für z.b. The Sims: Animalities )

21 Einfaches Bsp.: Tier-Vererbungshierarchie class Animal { float weight; void eat() { /* */ void sleep() { /* */ void reproduce() { /* */ class Mammal extends Animal { // inherits weight int heartrate; // inherits eat( ), sleep( ), reproduce() void breathe() { /* */ // overrides reproduce() void reproduce() { /* */ class Cat extends Mammal { // inherits weight and heartrate boolean longhair; // inherits eat( ), sleep( ), reproduce(), breathe() void purr() { /* */ void sleep() { /* */ // overrides Mammal's sleep() void huntmice() { /* */

22 Illustration: Methodenaufrufe in der Tierhierarchie (zur Laufzeit) CatSimon (Objekt, Typ Cat) ruft die Methoden auf. Wessen Methode wird jeweils aufgerufen(?): Durchgezogene Linie

23 Einschub: Klasse Object Alle bislang gesehenen und impl. Klassen erbten bereits: KlasseObject ist Superklasse aller Klassen Folglich: Explizites extends unnötig Object vererbt u.a. Methoden wie: clone() equals(object obj) tostring()

24 protected Sichtbarkeit(-smodifikator) protected Sichtbarkeitsmodifikator kontrolliert Sichtbarkeit auf Vererbungs- und Paketebene Verwendung wie bei anderen Sichtbarkeitsmodifikatoren protected String name; Sichtbarkeit fürprotected Variablen/Methoden: Abgeleitete Klassen Alle Klassen im deklarierten Paket Abgeleitete Klassen können sich auch in anderen Paketen befinden

25 Zusammenfassung einiger essentieller Details zur Vererbung Klassen in Java können von anderen Klassen erben Klassen erben alle Attribute ihrer Oberklasse Klassen erben alle Methoden ihrer Oberklasse Zugriff auf die Attribute und Methoden der Oberklasse ist nur möglich, wenn diese nicht private deklariert sind Unterklassen können die Methoden ihrer Oberklasse überschreiben Unterklassen können die Attribute ihrer Oberklasse überschreiben Unterklassen können weitere Attribute und Methoden definieren Vererbung kann in mehreren Stufen erfolgen, man spricht von einer Vererbungshierarchie (Siehe Tier-Hierarchie) Klassen erben nicht die Konstruktoren der Oberklasse

26 Simulierte Vererbung Vererbung kann auch via Aggregation simuliert werden Anstatt von is-a: has-a mit Instanzvariablen/-methoden Variante für die letzten Beispiele: Ein Student hat Personendaten Personendaten als Instanzvariable von Student Personendaten implementiert bspw. name, wohnort Ein Animal hat Beduerfnisse Beduerfnisse implementiert bspw. eat(), reproduce() Ein Mammal hat Lunge, Beduerfnisse Lunge implementiert bspw. breath()

27 Polymorphie: Definitionen Ein Objekt ist gleichzeitig Instanz seiner unmittelbaren Klasse und aller Klassen, von denen es sich in der Vererbungshierarchie ableitet. Daraus folgt: Objekte einer Klasse können an allen Stellen verwendet werden, an denen auch Objekte, die in der Vererbungshierarchie höher stehen, stehen dürften. Beispiel: Cat somecat = new Cat(); Cat Instanz welcher Klassen? Object, Animal, Mammal, Cat

28 Polymorphie: Dynamischer/Statischer Typ, Methodenaufrufe Methodenaufrufe rufen immer die Methoden des tatsächlichen (dynamischen) Typs auf, nicht die des deklarierten Typs der Variable. Beispiel: Animal catsimon = new Cat(); Deklarierter/Statischer Typ: Tatsächlicher/Dynamischer Typ: Animal Cat Nur Methoden des deklarierten Typs können aufgerufen werden, nicht die des tatsächlichen Typs

29 Beispiel: Polymorphie, Methodenaufrufe Auf welche Methoden kann catsimon zugreifen, und wessen Typs sind sie, wenn die Anweisungen wären: Animal catsimon = new Cat(); catsimon.sleep(); eat(), sleep(), reproduce() (Methoden des deklarierten Typs). Cat Cat catsimon catsimon = new new Cat(); Cat(); catsimon. catsimon. catsimon catsimon kann jedoch welche Methoden nicht aufrufen? Alle in Cat implementierten.

30 Polymorphie: cast Der tatsächliche Typ kann via cast Operator und entsprechendem Ausdruck»zurückgeholt«werden: Animal catsimon = new Cat(); catsimon.purr(); catsimon kann kann an an dieser dieser Stelle Stelle nicht nicht schnurren (purr()) purr() nicht nicht in in Animal (deklarierter Typ): Typ): Fehler! ((Cat)catSimon).purr(); purr() - Aufruf Aufruf nach nach erfolgreichem Cast Cast möglich. Klammerungen in in allen Fällen obligatorisch, warum? Punkt-Operator (.) (.) hat hat höhere Präzedenz als als der der Cast-Operator (TYP)

31 Cast-Beispiel mit Arrays //... Animal[] farm = new Animal[3]; cast-operator: (ZIELTYP) VARIABLE // farm[0] = new Animal(); farm[1] = new Mammal(); farm[2] = new Cat(); farm[0].eat(); farm[1].reproduce(); farm[2].sleep(); ((Cat)farm[2]).sleep(); ((Mammal)farm[2]).reproduce(); ((Mammal)farm[2]).purr(); Okay? Nein. Mammal hat purr() nicht implementiert! Die Methoden wessen Typs werden aufgerufen? Jeweils die des dynamischen Typs (Animal, Mammal, Cat). Die Methoden wessen Typs werden aufgerufen? Cat

32 Typ-Überprüfung von Objekten mit instanceof Operator //... main-methode... Animal[] farm = new Animal[3]; farm[0] = new Animal(); farm[1] = new Mammal(); farm[2] = new Cat(); farm[0].eat(); farm[1].reproduce(); farm[2].sleep(); ((Mammal)farm[2]).purr(); Exception in in thread "main" java.lang.error: Unresolved compilation problem: The method purr() is is undefined for the type Mammal // if ( farm[2] instanceof Cat ) { ((Cat)farm[2]).purr(); OBJEKT(-VARIABLE) instanceof TYP Überprüft, ob ob OBJEKT(-VARIABLE) vom Datentyp TYP ist. Typ des Rückgabewerts ist ist boolean.

33 Diverses Termine für Blocktutorien für die Klausur spätestens Anfang der Winterferien Wiederholung des gesamten Stoffs, Teilnehmerwünsche rechtzeitig einsenden Termin höchstwahrscheinlich eine Woche vor den Klausuren. Generics/Generezität: Zum Ende der Vorlesungszeit Nochmal: Vorlesungsfolien stets nachbereiten, Beispiele nachvollziehen, nachimplementieren, verstehen. Analoges gilt für die Übungsaufgaben und ggfs. Zusatzblätter!