Programmieren I. Kapitel 8. Vererbung

Transkript

1 Programmieren I Kapitel 8. Vererbung

2 Kapitel 8: Vererbung Ziel: Wesentliches objektorientiertes Konzept kennenlernen Subtypen Idee Probleme und Varianten Vererbung in Java dynamische Bindung abstrakte Klassen ggf. Interfaces

3 Subtypen Idee Subtyp ist Spezialisierung des Supertyps Folge: Subtypen Elemente haben alle Eigenschaften des Supertyps und noch mehr Mathematisch: Subtyp ist Teilmenge des Supertyps die Subtyp Relation ist transitiv Beispiel: Z g Z N N g

4 Subtypen Problem Beispiel: Funktion succ (Nachfolger, successor) Z falls nur geerbt : succ führt aus dem Subtyp heraus Z g N falls redefiniert: succ verhält sich unterschiedlich N g Also: Vererbung im Sinne von Spezialisierung: eigenschaftserhaltend, aber u.u. aus dem Subtyp herausführend Arbeitsersparnis: erben (statt reimplementieren) was gefällt, die anderen Sachen überschreiben

5 Subtypen Problem Schwierigkeit bei Spezialisierung: Vögel haben als Attribut für ihre normale Fortbewegungsart: fliegen was nicht für alle Vögel stimmt Spezialisierungen kann (und will man daher) oft effizienter implementieren daher in Java: Sicht der Arbeitsersparnis wobei man sich an der Idee der Spezialisierung orientiert ( is a Beziehung zwischen Sub und Suptertypen)

6 Subtypen

7 Subtypen in Java Syntax: class <<NameSub>> extends <<NameSuper>> {... Beispiel: class Lebewesen {... class Tier extends Lebewesen {... class Vogel extens Tier {... class Saeugetier extends Lebewesen {... class Hund extends Saeugetier {... Hund fiffi = new Hund(); Hund rex = new Hund();

8 Sub und Superklassen in Java Beispiel: Tier tier = fiffi; Tier irgendeintier = new Tier(); Hund meinhund = irgendeintier;

9 Mutierte Vererbung Mit speziellen Verfahren überschreiben statt erben Beispiel: class Tier { aufzucht() {... // generelles Verfahren class Hund { aufzucht() {... // spezielle Verfahren rex.aufzucht(); // spezielles Verfahren Tier tier = fiffi; fiffi.aufzucht(); //?

10 Dynamische Bindung Wenn aufzucht() in einer Methode tierheim(tier[] tiere) aufgerufen wird, weiß der Compiler nicht, welche Tiere im Heim sind. Trotzdem verwendet er jeweils die spezielle Version. Bei der dynamischen Bindung entschiedet nicht die Variable (oder die Klasse, in der die Variable definiert ist), sondern die Klasse des Objekts, das aktuell in der Variable gespeichert ist. Java verwendet für Methoden dynamische Bindung.

11 Dynamische Bindung nur für Methoden Nochmals: aufgrund der dynamischen Bindung ist tier.aufzucht() ist jeweils die spezielle Methode, nämlich die des Objektes, das mit new erzeugt wurde. Java verwendet für Attribute keine dynamsiche Bindung: Gibt es in der Super und der Subklasse ein gleichnamiges Attribut x, so hat ein konkretes Objekt der Subklasse beide Attribute. Zugriff mit x oder this.x im Gegensatz zu super.x

12 Weitere Bedeutung von super super(...) ruft die (den Argumenttypen entsprechende) Konstruktorfunktion des Supertyps auf Der Aufruf des Supertypen Konstruktors super(...) darf ausschließlich am Anfang einer Konstruktormethode des Subtypen stehen. Ein Aufruf des normalen Konstruktors der Superklasse ist verboten.

13 Casts Wie bei Typen gibt es implizite und explizite Casts: implizit: vom Subtyp zum Supertyp explizit: vom Supertyp zum Subtyp Beispiele: Hund fiffi = new Hund(); Katze garfield = new Katze(); Tier irgendeintier = new Tier(); Tier tier = fiffi; Hund meinhund = irgendeintier; Hund waldi = (Hund)tier; Katze mimmi = (Katze)tier; // implizit // explizit

14 Wer bist Du? Problematisches Beispiel: void tierkonzert (Tier [] t) { for (int i=0; i< t.length; i++) { // je nach Tier t[i].belle() oder t[i].miaue() Lösung mit instanceof: if ( t[i] instanceof Katze ) { ((Katze)t[i]).miaue(); if ( t[i] instanceof Hund ) { ((Hund)t[i]).belle();

15 Object (ganz oben) und final (ganz unten) Alle Klassen sind automatisch Subklassen von Object Folge: equals(object o) und tostring() vordefiniert (wenngleich in der vordefinierten Version meist unbrauchbar > redefinieren empfohlen) Wenn eine Klasse als final deklariert wird, kann man von ihr nicht mehr ableiten (Syntax: final class...) Zweck: überschreiben der Methoden ist damit nicht mehr möglich; sinnvoll z.b. für SecurityMonitor Verfeinerung: mit final nur Methoden schützen (Syntax: final <<Typ>> <<methodenname>> {...)

16 Wiederholung final final <<Klassendefinition>> nicht erweiterbar, damit nicht änderbar final <<Methodendefinition>> nicht änderbar beim Erben final <<Variablendefinition>> Konstanten: nicht änderbar im Block in einer Methodendefinition: final <<Parameterdefiniton>> nicht änderbar im Rumpf; Schutz vor Missbrauch als lokale Variable

17 Abstrakte Methoden und abstrakte Klassen Methoden, die zur Superklasse gehören, aber für die es keine sinnvolle (einheitliche) Standarddefinition gibt, werden als abstract, d.h. ohne Rumpf, also ohne Implementierung definiert. Syntax: abstract <<Typname>> <<Methodenname>> ( <<Parameterliste>> ); Eine Klasse, die mindestens eine abstrakte Methode enthält, heißt abstrakte Klasse. Syntax: abstract <<Klassendefinition>> Von abstrakten Klassen gibt es keine Objekte.

18 Noch abstrakter: interfaces Interfaces sehen aus wie abstrakte Klassen, bei denen alle Methoden abstrakt sind und die keine Attribute, sondern nur Konstanten besitzen. Definition: ein Interface ist eine Sammlung von Methodenköpfen ohne Rümpfe und ggf. Konstanten. Interfaces müssen von Klassen implementiert werden. Syntax: interface <<Name>> { <<Methodenköpfe>> <<Konstanten>> class <<Klassenname>> implements <<Interfacename>> {...

19 Bedeutung von Interfaces Interfaces definieren Schnittstellen, z.b. für Geheimnisprinzip, Anforderung an Parameter, Gruppierung von unterschiedlichen Klassen für einen gleichen Zweck verschiedene Klassen können dieselbe Schnittstelle realisieren; die konkrete Implementierung ist irrelevant eine Klasse kann verschiedene Interfaces implementieren, sich also entsprechend verschiedener Schnittstellen verhalten Interfaces definieren (wie Klassen) neue Typen, die wie üblich zu verwenden sind Interfaces sind Javas Alternative zur Mehrfachvererbung

20 Mehrfachvererbung Wunsch in Java so nicht möglich: class Auto {... class Boot {... class Amphibienfahrzeug extends Auto,Boot{ Problem: wenn beide Superklassen dieselbe Methode definieren, z.b. fahren(), ist nicht klar, welche die Subklasse erben soll Javas Lösung: verbiete Mehrfachvererbung bei Klassen generell Alternative: Interfaces Amphibienfahrzeug implements Auto, Boot { Preis: nichts geerbt, d.h.: alles selber schreiben

21 Vererbung bei Interfaces Interfaces erlauben Vererbung, sogar Mehrfachvererbung Syntax: interface <<Name>> extends <<Name 1 >>,.., <<Name n >> {... Bedeutung: der Implementierer muss alle Schnittstellen implementieren

22 Anwendung von Interfaces Problem public void insert ( long[] a, int w ) { int i; for (i=w; i>=1; i ) { if (a[i 1] <= a[i]) { break; swap(a,i 1,i); public void insert ( Kunde[] a, int w ) { int i; for (i=w; i>=1; i ) { if (a[i 1].le(a[i])) { break; swap(a,i 1,i);

23 Anwendung von Interfaces Lösung (1) public void insert (Sortable[] a, int w) { int i; for (i=w; i>=1; i ) { if (a[i 1].le(a[i])) { break; swap(a,i 1,i); interface Sortable { boolean le ( Sortable other ); boolean lt ( Sortable other ); boolean eq ( Sortable other );

24 Anwendung von Interfaces Lösung (2) public class Kunde implements Sortable { private int kndnr; public boolean le (Sortable other) { return kndnr <= ((Kunde)other).kndnr; public boolean lt (Sortable other) { return kndnr < ((Kunde)other).kndnr; public boolean eq (Sortable other) { return kndnr == ((Kunde)other).kndnr;

25 Anwendung von Interfaces Standard Statt Sortable gibt es in java.lang ein Interface Comparable, das nur eine Methode compareto bereitstellt und je nach Sortierung 1, 0 oder 1 zurückliefert. Die ge box ten Typen Character, Integer, Float,... implementieren das Interface Comparable

26 Zusammenfassung Vererbung als das Konzept der Objektorientierung Vererbung vs. Subtyping und Subtyping Probleme Super und Subtypen und Casts von Object bis final und mit Hilfe von instanceof dynamische Bindung abstrakte Klassen Interfaces statt Mehrfachvererbung