Th. Letschert OOP 2 1. Vererbung I : Subklasse und Subtyp

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1 Th. Letschert OOP 2 1. Vererbung I : Subklasse und Subtyp Th. Letschert, FH Giessen-Friedberg

2 Th. Letschert OOP 2 Vererbung (Inhertitance) I Wiederverwendung von Klassendefinitionen Erweiterung von Objekt-Konstruktionen Initialisierung bei Vererbung Vererbung und das Typ-System von Java Seite 2

3 Klassen und Objekte Klasse : Muster / Vorschrift zur Erzeugung von Objekten Objekt : Exemplar / Instanz der Klasse Klasse public class Kuh { Aggregation (Beziehung zwischen Instanzen der Klassen) Kuh Horn: hornlinks Horn: hornrechts muhen(): Ton fressen(futter): void 4 Bein Futter <<snapshot>> Attribute Methoden Assoziation (allgemeine Abhängigkeit der Klassen) Stereotyp ~ Instanz private Bein[] bein = new Bein[4]; private Horn hornlinks, hornrechts; public Kuh() { for ( int i=0; i<4; i++) bein[i] = new Bein(); public Ton muhen() { return null; public void fressen( Futter f ) { berta Objekt public static void main(string[] args){ Kuh berta = new Kuh(); Klasse und Instanz in UML Klasse und Instanz in Java Seite 3

4 Klassen und Subklassen Klasse : Muster / Vorschrift zur Erzeugung von Objekten Subklasse : erweitertes Muster / Vorschrift zur Erzeugung von Objekten Kuh Horn: hornlinks Horn: hornrechts muhen(): Ton fressen(futter): void Futter Milch public class Kuh {... public class MilchKuh extends Kuh { public Milch melken() { return new Milch(); Bein <<snapshot>> berta 4 Vererbung: ist ein - Beziehung MilchKuh melken(): Milch <<snapshot>> berta Kuh MilchKuh Ton t1 = berta.muhen(); Ton t2 = carla.muhen(); berta = new Kuh(); carla = new MilchKuh(); Milch m1 = berta.melken(); Milch m2 = carla.melken(); Klasse, Subklasse, Instanz in UML Klasse, Subklasse, Instanz in Java Seite 4

5 Klassen und Subklassen => Objekte und erweiterte Objekte Die abgeleitete Klasse erbt = übernimmt von der Basisklasse Instanzvariablen Methoden hornlinks hornrechts Ton muhen() {... void fressen(futter f) {... Kuh berta Objekte der abgeleiteten Klasse enthalten die Instanzvariablen Methoden die auch Objekte der Basisklasse enthalten und noch andere dazu übernommen (geerbt) hornlinks hornrechts Ton muhen() {... void fressen(futter f) {... Milch melken() {... Basis- (Kuh-) Anteil Milchkuh- Anteil Objekte abgeleiteter Klassen setzen sich aus einem Basisund einem abgeleiteten Anteil zusammen. MilchKuh carla Erweiterung Seite 5

6 Klassen und Subklassen: Verallgemeinerung und Spezialisierung Die Basisklasse ist allgemeiner als die abgeleitete Klasse. Die abgeleitete Klasse ist eine Spezialisierung der Basisklasse. Objekte der abgeleiteten Klasse sind Erweiterungen der Objekte der Basisklasse: sie wissen das, was Objekten der Basisklasse wissen (und eventuell noch mehr). sie können das, was Objekte der Basisklasse können (und eventuell noch mehr). Kuh MilchKuh Das allgemeine Konzept Verallgemeinerung Spezialisierung Das spezielle Konzept Jede MilchKuh ist eine Kuh, aber nicht umgekehrt. Nur manche Kühe sind Milchkühe. Seite 6

7 Th. Letschert OOP 2 Vererbung und Klassen- / Objekt-Initialisierungen Seite 7

8 Initialisierung und Vererbung Initialisierung: 1. Klasse wird initialisiert 1.1. Klassenvariablen mit Zuweisung werden belegt 1.2. statischer Initialisier wird ausgeführt 2. Objekt wird initialisiert 2.1. Instanzvariablen mit Zuweisung werden belegt 2.2. Objekt-Initialisier wird ausgeführt 2.3. Ein Konstruktor wird ausgeführt (Bei Klassen ohne Konstruktordefinition wird ein Defaultkonstruktor erzeugt.) class C { static X x = Y y = static { x = { y = Basis() { y = Seite 8

9 Initialisierung und Vererbung Initialisierung bei Vererbung: 1. Klasse wird initialisiert 1.1. Basis-Klasse wird initialisiert Klassenvariablen mit Zuweisung werden belegt statischer Initialisier wird ausgeführt 1.2. abgeleitete Klasse wird initialisiert Klassenvariablen mit Zuweisung werden belegt statischer Initialisier wird ausgeführt 2. Objekt wird initialisiert 2.1. Basis-Anteil wird initialisiert Instanzvariablen (der Basisklasse) mit Zuweisung werden belegt Objekt-Initialisier (der Basisklasse) wird ausgeführt Default-Konstruktor (der Basisklasse) wird ausgeführt 2.2. abgeleiteter Anteil wird initialisiert Instanzvariablen mit Zuweisung werden belegt Objekt-Initialisier wird ausgeführt Ein Konstruktor wird ausgeführt Seite 9

10 Initialisierung und Vererbung class Basis { static X b1 = X b2 = static { b1 = class Ab extends Basis { static Y a1 = Y a2 = static { a1 = { b2 = { a2 = Basis() { b2 = Ab() { a2 = public static void main(string[] args) { Ab ab = new Ab(); Reihenfolge der Initialisierungen? Seite 10

11 Initialisierung und Vererbung class Basis { static X b1 = 1 X b2 =.5. static { b1 = 2 class Ab extends Basis { static Y a1 = 3 Y a2 = 8 static { a1 = 4 { b2 = 6 { a2 = 9 Basis() { b2 = 7 Ab() { a2 = 10 public static void main(string[] args) { Ab ab = new Ab(); Reihenfolge der Initialisierungen Seite 11

12 Initialisierung und Vererbung super : Einen anderen als den Defaultkonstruktor der Basisklasse aktivieren 1. Klasse wird initialisiert 2. Objekt wird initialisiert 2.1. Basis-Anteil wird initialisiert Instanzvariablen Objekt-Initialisier Spezieller Konstruktor (der zum super-aufruf passt) wird ausgeführt 2.2. abgeleiteter Anteil wird initialisiert Instanzvariablen Objekt-Initialisier Ein Konstruktor mit super wird ausgeführt public class Kuh { private String name; public Kuh() { name = "Berta"; public Kuh(String name) { this.name = name; public String tostring () { return "Kuh "+name; public class MilchKuh extends Kuh { public MilchKuh() { super("carla"); public MilchKuh(String name) { super(name); Kuh k1 = new Kuh(); Kuh k2 = new Kuh("Elfriede"); MilchKuh k3 = new MilchKuh(); MilchKuh k4 = new MilchKuh("Charlotte"); Wie heißen diese Kühe? Seite 12

13 Th. Letschert OOP 2 Vererbung und Typen: Klasse Typ Subklasse Subtyp Seite 13

14 Klasse ~ Typ Zu jeder Klasse gehört ein Typ class C {... C ist der Name eines Typs Typ Variablentyp C x = new C(); Parametertyp void f( C x ) {... Rückgabetyp C f (... ) {... Typen werden vom Compiler geprüft C x = muss zu C passen void f( C x ){... f( muss zu C passen ) C f (...) {... return muss zu C passen Virtuelle Maschine prüft Typen Zur Laufzeit kann das Programm wegen eines Typfehlers abgebrochen werden Seite 14 Kuh k = new Kuh(); MilchKuh mk = new MilchKuh(); k = mk; //OK mk = k; //Compiler-Fehler mk = (MilchKuh)k;//OK k = (Kuh)mk; //OK Beispiel: Typfehler vom Compiler entdeckt Kuh k = new Kuh(); MilchKuh mk = new MilchKuh(); mk = (MilchKuh)k; //Laufzeitfehler k = mk; //OK Beispiel: Typfehler von der JVM entdeckt Kuh k = new Kuh(); MilchKuh mk = new MilchKuh(); k = mk; //OK mk = (MilchKuh)k; //OK Beispiel: Kein statischer und kein dynamischer Typfehler

15 statischer Typ / dynamischer Typ Jeder Ausdruck hat einen statischen Typ Der statische Typ ergibt sich aus dem Programmtext Er wird vom Compiler bestimmt und bei seinen Typ-Prüfungen genutzt Statisch: alles was sich aus dem Text ergibt Dynamisch: alles was erst zur Laufzeit bekannt ist. name: Carla Ton muhen() {... void fressen(futter f) {... Referenzen zeigen auf ein Objekt mit einer Klasse ein Feld mit einem Feldtyp Dynamischer Typ einer Variablen mit Referenztyp / eines Referenz-Wertes Typ der Klasse / des Feldes auf den die Referenz zeigt k Kuh k = new MilchKuh(); Milch melken() {... k hat - (immer) den statischen Typ Kuh - (jetzt) den dynamischen Typ MilchKuh Offiziell sind Typen ein rein statisches Konzept: Ausdrücke im Programmtext haben Typen, Objekte nicht! Der Begriff dynamischer Typ (Typ einer Referenz ~ Typ dessen auf das sie zeigt), ist aber nützlich (vereinfacht komplizierte Sprechweisen) und allgemein üblich. Seite 15

16 Typanpassungen: formal, geprüft, mit semantischer Aktion Anpass. ohne Cast Typanpassung mit Konversionen: Wertanpassung (semantische Aktion) zur Laufzeit Beispiel: int => double / double => int Typanpassung mit Typprüfung zur Laufzeit Beispiel Downcast : Kuh => MilchKuh Typanpassung ohne Laufzeitaktion Beispiel Upcast : MilchKuh => Kuh Cast Cast int i = 5; double d = i + 0.2; i = (int)d; Zahldarstellung wird modifiziert: Bitmodifikation zur Laufzeit Kuh k = new Kuh(); MilchKuh mk = new MilchKuh(); mk = (MilchKuh)k; Referenz in k wird geprüft: Laufzeitaktion ohne Modifikation Anpass. ohne Cast Kuh k = new Kuh(); MilchKuh mk = new MilchKuh(); k = mk; Typanpassung / Was geschieht: - semantischer Aktion - Prüfung dynamischer Typen - Prüfung statischer Typen Konversion ohne Laufzeitaktion: nur Compileraktion Typanpassung / Wie wird es ausgelöst: - Konversion nur mit Cast - Typanpassung ohne Aufforderung Seite 16

17 Subtypen : Substitutionsprinzip Subtyp-Relation Subtypen können Typen vertreten S ist Subtyp von T ( S < T ) Substitutionsprinzip: jeder Ausdruck vom Typ S kann an jeder Stelle gebraucht werden, an der ein Ausdruck vom Typ T gefordert ist, wenn S < T. S ist kompatibel zu T. Subtypen in Java Primitive Typen: vom engeren zum weiteren Typ: byte < short < int < long < float < double char < int <.. Referenz-Typen S Subklasse von T => S < T S implementiert Interface I => S < I Interface I erweitert Interface J => I < J S ist Interface oder Klasse => S < Object S < T => S[] < T[] Philosophie der Typen Konversionen vom Subtyp zu Typ erfolgen ohne expliziten Cast. Java Terminologie: Widening primitive Conversion: vom engen zum weiten primitiven Typ int < long Widening Reference Conversion: von der Subtyp-Referenz zur Typ-Referenz MilchKuh < Kuh Kuh < Object Substitutionsprinzip: Grundlage der Typregeln in Java Seite 17

18 Subtypen : Substitutionsprinzip Subtyp-Relation auf Basis des Substitutionsprinzips S ist Subtyp von T ( S < T ) Objekte vom Typ S wissen und können all das, was Objekte vom Typ T wissen und können Philosophie der Typen MilchKühe Kühe Subtypen: Interpretation als Teilmengen int < long Ein int-wert kann ohne Probleme in einen long-wert konvertiert werden; umgekehrt geht Information verloren Subtypen: Interpretation als Konversionsmöglichkeit MilchKuh < Kuh Eine Milchkuh kann jederzeit eine Kuh vertreten: sie kann und weis alles was Kühe wissen und können; umgekehrt nicht: eine Milchkuh kann man z.b. melken, eine im Allgemeinen Kuh nicht. Milch Kuh! Kuh! Subtypen: Interpretation als Wechsel der Betrachtungsweise Seite 18

19 Typanpassungen in Java Widening Typanpassung Subtyp -> Typ immer erlaubt kein Cast notwendig Varianten Widening auf primitiven Typen Compiler fügt Anpassungscode ein Anpassung der Werte, i.d.r. ohne Informationsverlust Widening auf Referenzen keine Aktion, keine Veränderung der Werte Narrowing Typanpassung Typ -> Subyp mit Cast eventuell erzwingbar Varianten Narrowing auf primitiven Typen Compiler fügt Anpassungscode ein Anpassung der Werte, i.d.r. mit Informationsverlust Widening auf Referenzen Prüfung zur Laufzeit, keine Veränderung der Werte Seite 19 Narrowing mit Cast mit LaufzeitAktion Widening ohne Cast ohne LaufzeitAktion Widening ohne Cast mit LaufzeitAktion int double => int double + (double) int => double int double int i = (int) ( ); Typanpassungen mit Konversionen Kuh MilchKuh => Kuh Milchkuh Kuh elke = new MilchKuh("Elke"); Typanpassungen ohne Aktionen Milchkuh Kuh => MilchKuh Kuh MilchKuh mk = (MilchKuh)new Kuh(); Typanpassungen mit Typprüfung Narrowing mit Cast mit Typprüfung zur Laufzeit

20 Java: Statisch typisiert und typsicher Java ist statisch typisiert Der statische Typ ist entscheidend! OK Compiler statisch typisiert: Typprüfungen finden zur Übersetzungszeit statt. Typanpassungen werden zur Übersetzungszeit erzeugt Java-Compiler prüft Typen auf Kompatibilität fügt unaufgefordert Konversions-Operationen ein bei kompatiblen Typen die Anpassungsoperationen erfordern fügt auf Aufforderung (Cast) Prüfungen und / oder Anpassungsoperationen ein bei nicht kompatiblen Typen die aber (eventuell) angepasst werden können (Narrowing) Zur Laufzeit werden Typprüfungen / Konversionsoperationen ausgeführt Java ist typsicher Kuh elke = new MilchKuh("Elke"); Programmierer Kuh k =... MilchKuh mk = k; Ich will aber! Nicht OK Na gut, aber JVM prüft! Kuh k =... MilchKuh mk = (MilchKuh) k; JVM Compiler Compiler Das sehe ich mir mal genauer an! Programme mit Typfehlern werden nicht übersetzt oder stürzen ab! Seite 20 Cast: Verantwortung liegt beim Programmierer (Fehler führen zu Classcast- Exceptions)

21 Beispiel 1: Typen / Typfehler static void f1(milchkuh mk) {... static void f2(kuh k){... static Kuh g1() { return new MilchKuh(); static Kuh g2() { return new Kuh(); public static void main(string[] args){ Kuh elke = new MilchKuh("Elke"); f1(elke); f2(elke); Kuh k1 = g1(); MilchKuh mk1 = g1(); Kuh k2 = g2(); MilchKuh mk2 = g2(); Kuh k3 = (Kuh)g1(); MilchKuh mk3 = (MilchKuh)g2(); 1. Welche statischen Typfehler enthält das Programm? (d.h. Typfehler die den Compiler stören) 2. Bei welchen der statischen Typfehler kann der Compiler durch einen Cast beruhigt werden? 3. Welche Casts sind Überflüssig? 4. Welche Laufzeitfehler treten (eventuell) auf wenn: a) Zeilen mit Typfehlern, bei der Compiler nicht beruht werden kann, auskommentiert werden. b) Mit Casts der Compiler soweit wie möglich beruhigt wird? Seite 21

22 Beispiel 1: Typen / Typfehler static void f1(milchkuh mk) {... static void f2(kuh k){... static Kuh g1() { return new MilchKuh(); static Kuh g2() { return new Kuh(); public static void main(string[] args){ Kuh elke = new MilchKuh("Elke"); f1(elke); f2(elke); Kuh k1 = g1(); MilchKuh mk1 = g1(); Kuh k2 = g2(); MilchKuh mk2 = g2(); Kuh k3 = (Kuh)g1(); MilchKuh mk3 = (MilchKuh)g2(); 1. Welche statischen Typfehler enthält das Programm? (d.h. Typfehler die den Compiler stören) 2. Bei welchen der statischen Typfehler kann der Compiler durch einen Cast beruhigt werden? 3. Welche Casts sind Überflüssig? 4. Welche Laufzeitfehler treten (eventuell) auf wenn: a) Zeilen mit Typfehlern, bei der Compiler nicht beruht werden kann, auskommentiert werden. b) Mit Casts der Compiler soweit wie möglich beruhigt wird? Seite 22

23 Beispiel 1: Typen / Typfehler static void f1(milchkuh mk) {... static void f2(kuh k){... static Kuh g1() { return new MilchKuh(); static Kuh g2() { return new Kuh(); 1. Welche statischen Typfehler enthält das Programm? (d.h. Typfehler die den Compiler stören) 2. Bei welchen der statischen Typfehler kann der Compiler durch einen Cast beruhigt werden? 3. Welche Casts sind Überflüssig? public static void main(string[] args){ Kuh elke = new MilchKuh("Elke"); f1( (MilchKuh)elke ); f2(elke); Kuh k1 = g1(); MilchKuh mk1 = (MilchKuh)g1(); Kuh k2 = g2(); MilchKuh mk2 = (MilchKuh)g2(); Kuh k3 = (Kuh)g1(); MilchKuh mk3 = (MilchKuh)g2(); 4. Welche Laufzeitfehler treten (eventuell) auf wenn: a) Zeilen mit Typfehlern, bei der Compiler nicht beruht werden kann, auskommentiert werden. b) Mit Casts der Compiler soweit wie möglich beruhigt wird? Casts nur bei wirklichem Bedarf einsetzen! Beschwerden des Compiler sind so gut wie immer berechtigt! Kein Cast nur um ihn zum Seite 23 Schweigen zu bringen!

24 Beispiel 1: Typen / Typfehler static void f1(milchkuh mk) {... static void f2(kuh k){... static Kuh g1() { return new MilchKuh(); static Kuh g2() { return new Kuh(); public static void main(string[] args){ Kuh elke = new MilchKuh("Elke"); f1( (MilchKuh)elke ); f2(elke); Kuh k1 = g1(); MilchKuh mk1 = (MilchKuh)g1(); Kuh k2 = g2(); MilchKuh mk2 = (MilchKuh)g2(); Kuh k3 = /*(Kuh)*/ g1(); MilchKuh mk3 = (MilchKuh)g2(); 1. Welche statischen Typfehler enthält das Programm? (d.h. Typfehler die den Compiler stören) 2. Bei welchen der statischen Typfehler kann der Compiler durch einen Cast beruhigt werden? 3. Welche Casts sind Überflüssig? 4. Welche Laufzeitfehler treten (eventuell) auf wenn: a) Zeilen mit Typfehlern, bei der Compiler nicht beruht werden kann, auskommentiert werden. b) Mit Casts der Compiler soweit wie möglich beruhigt wird? Seite 24

25 Beispiel 1: Typen / Typfehler static void f1(milchkuh mk) {... static void f2(kuh k){... static Kuh g1() { return new MilchKuh(); static Kuh g2() { return new Kuh(); public static void main(string[] args){ Kuh elke = new MilchKuh("Elke"); f1( (MilchKuh)elke ); f2(elke); Kuh k1 = g1(); MilchKuh mk1 = (MilchKuh)g1(); Kuh k2 = g2(); MilchKuh mk2 = (MilchKuh)g2(); Kuh k3 = /*(Kuh)*/ g1(); MilchKuh mk3 = (MilchKuh)g2(); 1. Welche statischen Typfehler enthält das Programm? (d.h. Typfehler die den Compiler stören) 2. Bei welchen der statischen Typfehler kann der Compiler durch einen Cast beruhigt werden? 3. Welche Casts sind Überflüssig? 4. Welche Laufzeitfehler treten (eventuell) auf wenn: a) Zeilen mit Typfehlern, bei der Compiler nicht beruht werden kann, auskommentiert werden. b) Mit Casts der Compiler soweit wie möglich beruhigt wird? Seite 25

26 Beispiel 2: Typen / Typfehler static Milch prodzieremilch1(kuh kuh) { return kuh.melken(); Statische / dynamische Typfehler? static Milch prodzieremilch2(kuh kuh) { return ((MilchKuh)kuh).melken(); static Milch prodzieremilch3(milchkuh kuh) { return kuh.melken(); public static void main(string[] args){ Kuh elke = new MilchKuh("Elke"); Milch eimer1 = prodzieremilch1(elke); Milch eimer2 = prodzieremilch2(elke); Milch eimer3 = prodzieremilch3(elke); MilchKuh carla = new MilchKuh("Carla"); Milch eimer4 = prodzieremilch1(carla); Milch eimer5 = prodzieremilch2(carla); Milch eimer6 = prodzieremilch3(carla); Seite 26

27 Beispiel 2: Typen / Typfehler static Milch prodzieremilch1(kuh kuh) { return kuh.melken(); Statische / dynamische Typfehler? static Milch prodzieremilch2(kuh kuh) { return ((MilchKuh)kuh).melken(); static Milch prodzieremilch3(milchkuh kuh) { return kuh.melken(); public static void main(string[] args){ Kuh elke = new MilchKuh("Elke"); Milch eimer1 = prodzieremilch1(elke); Milch eimer2 = prodzieremilch2(elke); Milch eimer3 = prodzieremilch3(elke); MilchKuh carla = new MilchKuh("Carla"); Milch eimer4 = prodzieremilch1(carla); Milch eimer5 = prodzieremilch2(carla); Milch eimer6 = prodzieremilch3(carla); Seite 27

28 Beispiel 2: Typen / Typfehler static Milch prodzieremilch1(kuh kuh) { return null; //kuh.melken(); Statische / dynamische Typfehler? static Milch prodzieremilch2(kuh kuh) { return ((MilchKuh)kuh).melken(); static Milch prodzieremilch3(milchkuh kuh) { return kuh.melken(); public static void main(string[] args){ Jetzt Fehlerfrei! Kuh elke = new MilchKuh("Elke"); Milch eimer1 = prodzieremilch1(elke); Milch eimer2 = prodzieremilch2(elke); //Milch eimer3 = prodzieremilch3(elke); MilchKuh carla = new MilchKuh("Carla"); Milch eimer4 = prodzieremilch1(carla); Milch eimer5 = prodzieremilch2(carla); Milch eimer6 = prodzieremilch3(carla); Seite 28

29 Th. Letschert OOP 2 Subtyp-Eigenschaft und zusammengesetzte Typen Kollektionen Felder Seite 29

30 Subtypen und Kollektionen / Felder Die Subtyp-Eigenschaft überträgt sich nicht auf Kollektionen S < T > List<S> < List<T> Gilt für alle Kollektionstypen (List, ArrayList,... Set, HashSet,..., Queue,...) Milchkühe können Kühe vertreten aber Kollektionen von Milchkühen sind kein Ersatz für Kollektionen von Kühen Die Subtyp-Eigenschaft überträgt sich auf Felder S < T => S[ ] < T[] Milchkühe können Kühe vertreten und Felder von Milchkühen sind ein Ersatz für Felder von Kühen static void fuetteralle(list<kuh> l){ for ( Kuh k : l ) k.frisst(new Futter()); public static void main(string[] args){ List<Kuh> stall1 = new ArrayList<Kuh>();... fuetteralle(stall1); //OK Unterschiedliche Subtyp-Philosophien bei Feldern und Kollektionen List<MilchKuh> stall2 = new ArrayList<MilchKuh>();... fuetteralle(stall2); FEHLER!!! static void fuetteralle(kuh[] l){ for ( Kuh k : l ) k.frisst(new Futter()); public static void main(string[] args){ Kuh[] stall1 = new Kuh[10];... fuetteralle(stall1); //OK MilchKuh[] stall2 = new MilchKuh[10];... fuetteralle(stall2); //OK!!! Seite 30

31 Subtypen und Kollektionen / Felder : Beispiel 1, Kollektionen static void fuetteralle(list<kuh> l){ for ( Kuh k : l ) k.frisst(new Futter()); public static void main(string[] args){ List<Kuh> stall1 = new ArrayList<Kuh>(); stall1.add(new Kuh()); stall1.add(new MilchKuh()); fuetteralle(stall1); List<Kuh> stall2 = new ArrayList<MilchKuh>(); stall2.add(new Kuh()); stall2.add(new MilchKuh()); fuetteralle(stall2); List<MilchKuh> stall3 = new ArrayList<MilchKuh>(); stall3.add(new Kuh()); stall3.add(new MilchKuh()); 1. Welche statischen Typfehler enthält das Programm? (d.h. Typfehler die den Compiler stören) 2. Bei welchen der statischen Typfehler kann der Compiler durch einen Cast beruhigt werden? 3. Welche Laufzeitfehler treten (eventuell) auf wenn: a) Zeilen mit Typfehlern, bei der Compiler nicht beruht werden kann, auskommentiert werden. b) Mit Casts der Compiler soweit wie möglich beruhigt wird? fuetteralle(stall3); Seite 31

32 Subtypen und Kollektionen / Felder : Beispiel 1, Kollektionen static void fuetteralle(list<kuh> l){ for ( Kuh k : l ) k.frisst(new Futter()); public static void main(string[] args){ List<Kuh> stall1 = new ArrayList<Kuh>(); stall1.add(new Kuh()); stall1.add(new MilchKuh()); fuetteralle(stall1); List<Kuh> stall2 = new ArrayList<MilchKuh>(); stall2.add(new Kuh()); stall2.add(new MilchKuh()); fuetteralle(stall12); List<MilchKuh> stall3 = new ArrayList<MilchKuh>(); stall3.add(new Kuh()); stall3.add(new MilchKuh()); 1. Welche statischen Typfehler enthält das Programm? (d.h. Typfehler die den Compiler stören) 2. Bei welchen der statischen Typfehler kann der Compiler durch einen Cast beruhigt werden? 3. Welche Laufzeitfehler treten (eventuell) auf wenn: a) Zeilen mit Typfehlern, bei der Compiler nicht beruht werden kann, auskommentiert werden. b) Mit Casts der Compiler soweit wie möglich beruhigt wird? fuetteralle(stall3); Seite 32

33 Subtypen und Kollektionen / Felder : Beispiel 1, Kollektionen static void fuetteralle(list<kuh> l){ for ( Kuh k : l ) k.frisst(new Futter()); public static void main(string[] args){ List<Kuh> stall1 = new ArrayList<Kuh>(); stall1.add(new Kuh()); stall1.add(new MilchKuh()); fuetteralle(stall1); List<Kuh> stall2 = new ArrayList<MilchKuh>(); stall2.add(new Kuh()); stall2.add(new MilchKuh()); fuetteralle(stall2); List<MilchKuh> stall3 = new ArrayList<MilchKuh>(); stall3.add( (MilchKuh) new Kuh()); stall3.add(new MilchKuh()); 1. Welche statischen Typfehler enthält das Programm? (d.h. Typfehler die den Compiler stören) 2. Bei welchen der statischen Typfehler kann der Compiler durch einen Cast beruhigt werden? 3. Welche Laufzeitfehler treten (eventuell) auf wenn: a) Zeilen mit Typfehlern, bei der Compiler nicht beruht werden kann, auskommentiert werden. b) Mit Casts der Compiler soweit wie möglich beruhigt wird? fuetteralle(stall3); Cast hier nicht möglich! kein Cast List<MilchKuh> => List<Kuh> Seite 33

34 Subtypen und Kollektionen / Felder : Beispiel 1, Kollektionen static void fuetteralle(list<kuh> l){ for ( Kuh k : l ) k.frisst(new Futter()); public static void main(string[] args){ List<Kuh> stall1 = new ArrayList<Kuh>(); stall1.add(new Kuh()); stall1.add(new MilchKuh()); fuetteralle(stall1); //List<Kuh> stall2 = new ArrayList<MilchKuh>(); //stall2.add(new Kuh()); //stall2.add(new MilchKuh()); //fuetteralle(stall2); List<MilchKuh> stall3 = new ArrayList<MilchKuh>(); stall3.add( (MilchKuh) new Kuh()); stall3.add(new MilchKuh()); 1. Welche statischen Typfehler enthält das Programm? (d.h. Typfehler die den Compiler stören) 2. Bei welchen der statischen Typfehler kann der Compiler durch einen Cast beruhigt werden? 3. Welche Laufzeitfehler treten (eventuell) auf wenn: a) Zeilen mit Typfehlern, bei der Compiler nicht beruht werden kann, auskommentiert werden. b) Mit Casts der Compiler soweit wie möglich beruhigt wird? //fuetteralle(stall3); Seite 34

35 Subtypen und Kollektionen / Felder : Kollektionen Konsequenz / Verallgemeinerung? - Was kann als Parameter übergeben werden, wenn eine Kollektion von Elementen der Oberklasse formaler Parameter ist? Die Subtypeigenschaft überträgt sich nicht auf Kollektionen - Was kann als Parameter übergeben werden, wenn eine Kollektion von Elementen der Subklasse formaler Parameter ist? - Was kann in eine Kollektion von Elementen der Oberklasse eingefügt werden? - Was kann in eine Kollektion von Elementen der Subklasse eingefügt werden? - Welche Casts sind möglich: Kollektionen vom Subtyp in Kollektionen vom Obertyp? Kollektionen vom Obertyp in Kollektionen vom Subtyp? Seite 35

36 Subtypen und Kollektionen / Felder : Beispiel 2, Felder und Vererbung Formulieren Sie ein äquivalentes Beispiel mit Feldern statt Listen! Sind Unterschiede sind zu erwarten? Wenn ja: Welche? Seite 36

37 Subtypen und Kollektionen / Felder : Beispiel 2, Felder und Vererbung static void fuetteralle(kuh[] l){ for ( Kuh k : l ) k.frisst(new Futter()); public static void main(string[] args){ Kuh[] stall1 = new Kuh[2]; stall1[0] = new Kuh(); stall1[1] = new MilchKuh(); Beispiel angepasst. Ein (statischer) Typfehler, Wo? fuetteralle(stall1); Kuh[] stall2 = new MilchKuh[2]; stall2[0] = new Kuh(); stall2[1] = new MilchKuh(); fuetteralle(stall2); MilchKuh[] stall3 = new MilchKuh[2]; stall3[0] = new Kuh(); stall3[1] = new MilchKuh(); fuetteralle(stall3); Seite 37

38 Subtypen und Kollektionen / Felder : Beispiel 2, Felder und Vererbung static void fuetteralle(kuh[] l){ for ( Kuh k : l ) k.frisst(new Futter()); Beispiel angepasst. Ein (statischer) Typfehler public static void main(string[] args){ Kuh[] stall1 = new Kuh[2]; stall1[0] = new Kuh(); stall1[1] = new MilchKuh(); fuetteralle(stall1); Kuh[] stall2 = new MilchKuh[2]; stall2[0] = new Kuh(); stall2[1] = new MilchKuh(); fuetteralle(stall2); MilchKuh[] stall3 = new MilchKuh[2]; stall3[0] = new Kuh(); stall3[1] = new MilchKuh(); fuetteralle(stall3); Seite 38

39 Subtypen und Kollektionen / Felder : Beispiel 2, Felder und Vererbung static void fuetteralle(kuh[] l){ for ( Kuh k : l ) k.frisst(new Futter()); public static void main(string[] args){ Kuh[] stall1 = new Kuh[2]; stall1[0] = new Kuh(); stall1[1] = new MilchKuh(); Beispiel angepasst. Ein (statischer) Typfehler eliminiert Ein dynamischer Typfehler Wo? fuetteralle(stall1); Kuh[] stall2 = new MilchKuh[2]; stall2[0] = new Kuh(); stall2[1] = new MilchKuh(); fuetteralle(stall2); MilchKuh[] stall3 = new MilchKuh[2]; //stall3[0] = new Kuh(); stall3[1] = new MilchKuh(); fuetteralle(stall3); Seite 39

40 Subtypen und Kollektionen / Felder : Beispiel 2, Felder und Vererbung static void fuetteralle(kuh[] l){ for ( Kuh k : l ) k.frisst(new Futter()); public static void main(string[] args){ Kuh[] stall1 = new Kuh[2]; stall1[0] = new Kuh(); stall1[1] = new MilchKuh(); fuetteralle(stall1); Kuh[] stall2 = new MilchKuh[2]; stall2[0] = new Kuh(); stall2[1] = new MilchKuh(); fuetteralle(stall2); MilchKuh[] stall3 = new MilchKuh[2]; //stall3[0] = new Kuh(); stall3[1] = new MilchKuh(); fuetteralle(stall3); stall2 hat den statischen Typ Kuh[ ] Das Einfügen von Kühen ist also (statisch) erlaubt. Der Compiler akzeptiert die Zuweisung. stall2 hat den dynamischen Typ MilchKuh[ ] In ein Feld vom Subtyp (MilchKuh) darf nichts vom Obertyp (Kuh) eingefügt werden. (Böser Verstoß gegen das Subtyp-Prinzip!) Um das zu garantieren tragen Felder zur Laufzeit Typinfo mit sich, die beim Einfügen geprüft wird. Wir kommen später darauf zurück. Exception in thread "main" java.lang.arraystoreexception: kuehe.kuh Das Typsystem von Java (und anderer moderner, professioneller Programmiersprachen) ist wichtig für das Verständnis der Sprache und (leider, zum Glück?) nicht so trivial wie es auf den ersten Blick aussieht. Seite 40

41 Subtypen und Kollektionen / Felder : Felder und Vererbung Eigenschaften Feldern in Bezug auf Subtypen (Vererbung): - Was kann als Parameter übergeben werden, wenn ein Feld von Elementen der Oberklasse formaler Parameter ist? Die Subtypeigenschaft überträgt sich auf Felder - Was kann als Parameter übergeben werden, wenn ein Feld von Elementen der Subklasse formaler Parameter ist? - Was kann in ein Feld von Elementen der Oberklasse eingefügt werden? - Was kann in ein Feld von Elementen der Subklasse eingefügt werden? - Welche Casts sind möglich: Felder vom Subtyp in Felder vom Obertyp? Felder vom Obertyp in Felder vom Subtyp? Seite 41

42 Aufgabe Modellieren Sie in Java Kühe sind Rindvieh, man kann sie melken Stiere sind Rindvieh, sie können Toreros aufspießen Rindvieh kann Gras fressen Angenommen Sie haben eine Liste / ein Feld von Kühen, lässt sich, ohne Fehlermeldung des Compilers ohne Cast ohne Laufzeitfehler ein Stier in diese Liste / dieses Feld einfügen? Experimentieren Sie! Felder gelten wegen ihrer Eigenschaft der Weitergabe der Subtyp-Eigenschaft als schlecht / altmodisch. Was ist bei Kollektionen anders, warum ist das besser? Felder benötigen zur Laufzeit Informationen über ihren Typ, weil jede Einfüge-Operation geprüft werden muss. Warum? Ist das bei Kollektionen genauso? Seite 42