Durch die Teil-von-Beziehung soll ausgedrückt werden, dass ein Objekt A als (physikalischer) Teil eines Objekts B angesehen wird. Insbesondere kann ei

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1 Lösungsvorschläge zur Klausur zum Kurs 1618 Sommersemester 2001 am Aufgabe 1 a) Benutzungsbeziehung: class Kennzeichen class Fahrzeug boolean gueltigeskennzeichen (Kennzeichen kz) Objekte der Klasse Fahrzeug benutzen Objekte der Klasse Kennzeichen. b) Hat-ein-Beziehung: class Raeder class Fahrzeug Raeder raeder; Ein Objekt der Klasse Fahrzeug " hat ein Objekt der Klasse Raeder. c) T:eil-von-Beziehung: class Raeder class Fahrzeug Raeder raeder; 1

2 Durch die Teil-von-Beziehung soll ausgedrückt werden, dass ein Objekt A als (physikalischer) Teil eines Objekts B angesehen wird. Insbesondere kann ein Objekt nicht direkter Teil zweier unterschiedlicher Objekte sein. In Java kann die Hat-ein-Beziehung syntaktisch nicht von der Teil-von-Beziehung unterschieden werden (deshalb auch das gleiche Beispiel wie unter 2)). Man muss in Java selbst dafür sorgen, dass nur das betrachtete B-Objekt eine Referenz auf " sein A-Objekt hat. In anderen Programmiersprachen wie z.b. C++ kann man eine solche exklusive Beziehung mit Hilfe der Sprache explizit ausdrücken. ffl Erreichbarkeitsbeziehung: class A class B A a; class C B b; Von Objekten der Klasse C aus kann man Objekte der Klasse A erreichen ffl Ist-ein-Beziehung: class Fahrzeug class Auto extends Fahrzeug Jedes Auto-Objekt ist ein Fahrzeug-Objekt. b) Beim Übergang von der prozeduralen zur objektorientierten Programmierung hat die Ist-ein-Beziehung eine besondere Bedeutung erlangt. Im Zusammenhang mit der objektorientierten Programmierung wurde explizites Subtyping (im Gegensatz zu bereits vorhandenem impliziten Subtyping wie z.b. automatische Konvertierung von int nach long in C) als ein Möglichkeit eingeführt, Klassifikationen von Objekten programmtechnisch umzusetzen. Gemeinsame Eigenschaften von Objekten können in einer gemeinsamen Superklasse und die spezielleren Eigenschaften in Subklassen festgelegt werden. Objekte der Subklassen können an allen Stellen verwendet werden, wo Objekte der Superklasse(n) auftreten. Die Objekte der Subklassen " sind auch Objekte der Superklasse(n). 2

3 Damit wird eine einheitliche Verarbeitung von Objekten verschiedener Ausprägung mit bestimmten gemeinsamen Eigenschaften möglich. c) In dem Beispiel treten folgende Arten von Beziehungen auf: Benutzungsbeziehung Hat-ein-Beziehung Ist-ein-Beziehung 1. Benutzungsbeziehung: Zwischen den Klassen Fahrzeug und Kennzeichen sowie den Klassen Fahrzeug und Fahrer besteht jeweils eine Benutzungsbeziehung. Begründung: Eine Klasse A benutzt eine Klasse B, wenn 1) Eine Methode eines A-Objekts eine Methode eines B-Objekts aufruft. 2) Eine Methode eines A-Objekts ein B-Objekt erzeugt. 3) Eine Methode eines A-Objekts ein B-Objekt als Parameter übergeben bekommt. 4) Eine Methode eines A-Objekts ein B-Objekt als Ergebnis zurückgibt. Beziehung zwischen den Klassen Fahrzeug und Kennzeichen : Die Klasse Fahrzeug benutzt die Klasse Kennzeichen, da 3) gilt. Sowohl die Methode gueltigeskennzeichen, als auch die Methode fahrerdesfahrzeugs der Klasse Fahrzeug haben einen Parameter vom Typ Kennzeichen. Beziehung zwischen den Klassen Fahrzeug und Fahrer: Die Klasse Fahrzeug benutzt die Klasse Fahrer, da 2) und 4) gelten. Die Methode fahrerdesfahrzeugs der Klasse Fahrzeug hat einen Rückgabewert vom Typ Fahrer. Außerdem wird innerhalb dieser Methode ein Fahrer-Objekt erzeugt. 2. Hat-ein-Beziehung: Zwischen der Klasse Fahrzeug und der Klasse Raeder besteht eine Hat-ein-Beziehung. Begründung: Eine Klasse A steht in einer Hat-ein-Beziehung zu einer Klasse B, wenn ein Objekt der Klasse A ein Attribut hat, das ein Objekt vom Typ B (z.b. C++) oder eine Referenz auf ein Objekt vom Typ B aufnehmen kann. Da innerhalb der Klasse Fahrzeug ein Attribut vom Typ Raeder deklariert ist, hat jedes Fahrzeug-Objekt ein Attribut, das eine Referenz auf ein Raeder-Objekt enthalten kann. 3. Ist-ein-Beziehung: Zwischen der Klasse Auto und der Klasse Fahrzeug besteht eine Ist-ein-Beziehung. Begründung: Eine Klasse A steht in einer Ist-ein-Beziehung zu einer Klasse B, wenn A Subtyp von B ist. D.h. jedes Objekt vom Typ A ist an allen Programmstellen zulässig, an denen ein Objekt vom Typ B zulässig ist; jedes A-Objekt ist auch ein B-Objekt. Da die Klasse Auto von der Klasse Fahrzeug abgeleitet ist, steht die Klasse Auto in einer Ist-ein-Beziehung zur Klasse Fahrzeug. Aufgabe 2 a) Ein Objekt vom Typ B besitzt zwei Attribute. Das int-attribut i aus das Klasse B und das int-attribut i aus der Klasse A. Weitere Erläuterung: Sei x eine Referenz auf ein 3

4 B-Objekt vom statischen Typ B. Da Attribute statisch gebunden werden greift man mit x.i auf die Instanz des Attributes i der Klasse B zu. Will man auf die Instanz des Attributes i aus der Klasse A zugreifen, so muss x auf den Typ A gecastet werden: ((A)x).i b) Die lokale Variable ar speichert eine Referenz auf ein Array vom statischen Typ A[], d.h. das Array speichert Referenzen auf Objekte vom statischen Typ A. Somit hat der Ausdruck ar[1] den statischen Typ A. Bei der Initialisierung des Arrays wird an der 1-ten Stelle ein Objekt vom Typ B gespeichert. Dies ist möglich, da B Subtyp von A ist. Der dynamische Typ des Ausdrucks ar[1] ist also B. c) Der Ausdruck ar[1].i liefert den Wert 1, da der statische Typ von ar[1] A ist und Attributzugriffe statisch gebunden werden. d) Es wird 100 ausgegeben. Die Implementierung der Methode m aus der Klasse A wird ausgeführt und liefert den Wert der Attributinstanz i aus Klasse A*100; e) Es wird ausgegeben. Die Variable ist von statischen Typ A und referenziert ein B-Objekt. Der Methodenaufruf wird also dynamisch an das m aus B und die Benutzung des Attributes i in diesem m statisch an das i aus B gebunden. Ergebnis 10*1000. f) Es wird 1ausgegeben, da a vom statischen Typ A ist. Also wird das i aus A ausgegeben. g) Es wird ausgegeben. Die test2-methode aus B wird ausgeführt. Dann wird die Methode n aus A ausgeführt, da Bnvon A erbt. Der implizite Parameter bei der Ausführung von n ist jedoch dasb-objekt. Statisch ist das this in der Methode n in A vom Typ A, dynamisch enthält es jedoch ein B-Objekt, ist also dynamisch vom Typ B. Der Attributzugriff auf das Attribut i wird statisch gebunden und der Methodenaufruf der Methode m dynamisch, also an die Methode m in B. Das i in der Methode m in B dann wiederum statisch. So ergibt sich 1+10*1000. h) Auf einem Test-Objekt wird die Methode test1 aufgerufen. In test1 wird ein Array, dass Objekte des statischen Typs A speichert, erzeugt und zwei Objekte, eines vom Typ A und eines vom Typ B darin gespeichert. Dann wird der gegebene Ausdruck ausgewertet: ar[0].i liefert den Wert 1,da Attribute statisch gebunden werden. ar[0] hat dynamisch den Typ A, somit wird die Methode m aus A ausgeführt, die 1 Λ 100 = 100 als Ergebnis von ar[i].m() liefert. ar[1] hat zwar dynamisch den Typ B statisch jedoch den Typ A, somit wird die Attributinstanz der Klasse A benutzt, Ergebnis von ar[1].i ist 1. ar[i] hat dynamisch den Typ B, also wird m aus B ausgeführt. dies führt zu 10 Λ 1000 = als Ergebnis für ar[1].m(). An Stelle 5 wird also ausgegeben. i) Statisch hat die Variable this an der gekennzeichneten Stelle immer den Typ A. Dynamisch kann sie jedoch Objekte beliebiger Subtypen von A referenzieren. Diese könnten z.b. die Methode erben oder mit super aufrufen. 4

5 Aufgabe 3 Wir möchten vorweg schicken, dass es sich bei dieser Aufgabenstellung um ein sehr praxisnahes Beispiel handelt. Eine Sicherheitslücke nach diesem Strickmuster war im Paket java.security des JDK enthalten. a) Angreifer können sich mittels der Methode holekennungen eine Referenz auf das String- Feld holen, das die Kennungen enthält. Somit können sie einzelne Elemente dieses Felds austauschen. b) Der Angriff aus Teilaufgabe a) kann wie folgt implementiert werden: Der Angreifer erzeugt ein neues Befugnis-Objekt und übergibt es an das Umgebung-Objekt. Nachdem dieses die Kennungen eingetragen hat, holt sich der Angreifer das String-Feld und besetzt es mit neuen Werten. Dadurch, dass Umgebung und Angreifer das gleiche String-Feld referenzieren, wurden der Umgebung somit neue Kennungen untergeschoben. package Angreifer; import System.*; public class Attacke public static void angreifen(umgebung u) Befugnis bef = new Befugnis(); u.einfuegenbefugnis(bef); String[] daten = bef.holekennungen(); daten[0] = "Meine Kennung"; c) Um den obigen Angriff zu vereiteln, muss man verhindern, dass der Angreifer eine Referenz auf das String-Feld der Umgebung bekommt. Dies erreicht man, indem man eine Kopie des Felds zurückliefert, so dass Nutzer zwar die Kennungen auslesen, aber nicht manipulieren können. Das Kopieren des Feldes geschieht entweder mit einer Schleife oder durch die von Object geerbte Methode clone: public class Befugnis protected String[] kennungen; public Befugnis() kennungen = new String[5]; public String[] holekennungen() return (String[])kennungen.clone(); Hinweis: Es ist nicht möglich, den Zugriffsmodus der Methoden holebefugnis oder holekennungen zu verändern, da sonst Punkt 3 der Aufgabenstellung nicht mehr möglich wäre. 5

6 d) Eine andere Möglichkeit für Angreifer ergibt sich daraus, dass das Attribut kennungen der Klasse Befugnis protected deklariert ist. Dadurchkönnen Subklassen von Befugnis darauf zugreifen. Man kann also einen Angreifer als Subklasse von Befugnis deklarieren und so direkt auf die Kennungen zugreifen. e) Bei der Implementierung des zweiten Angriffs ist darauf zu achten, dass ein Attacke- Objekt an die Umgebung übergeben wird und nicht eine Instanz von Befugnis. Andernfalls wäre das Attribut kennungen in Attacke nicht zugreifbar. package Angreifer; import System.*; public class Attacke extends Befugnis public static void angreifen(umgebung u) Attacke at = new Attacke(); u.einfuegenbefugnis(at); at.kennungen[0] = "Meine Kennung"; f) Der zweite Angriff kann vereitelt werden, indem das Attribut kennungen nicht protected, sondern mit default access deklariert wird. Dadurch können Umgebung-Objekte immer noch auf das String-Feld zugreifen (Punkt 2 der Aufgabenstellung), aber Angreifer (d.h. Klassen in anderen Paketen) nicht: public class Befugnis String[] kennungen; public Befugnis() kennungen = new String[5]; public String[] holekennungen() return (String[])kennungen.clone(); Eine andere, wenn auch weniger flexible Möglichkeit ist, die Klasse Befugnis final zu deklarieren, sodass keine Subklassen eingeführt werden können: public final class Befugnis protected String[] kennungen; public Befugnis() kennungen = new String[5]; public String[] holekennungen() return (String[])kennungen.clone(); Aufgabe 4 a) Die folgende Implementierung leistet das Gewünschte. Die registrierten ActionListener- Objekte werden in einem Vector-Objekt gespeichert. Wird die processactionevent- Methode aufgerufen, so werden alle registrierten ActionListener-Objekte mit einer 6

7 Enumeration aufgezählt und die actionperformed-methode wird aufgerufen. Da die nextelement-methode nur Objekte vom statischen Typ Object zurückliefert muss zuvor auf ActionListener gecastet werden. import java.util.*;import java.awt.event.*; public class EventDispatcherImpl implements EventDispatcher private Vector listener = new Vector(); public void addactionlistener(actionlistener al) listener.add(al); public void processactionevent(actionevent ae) Enumeration e = listener.elements(); while(e.hasmoreelements()) ((ActionListener)e.nextElement()).actionPerformed(ae); b) Um die actionperformed-methoden parallel auszuführen, erzeugen wir zu diesem Zweck jeweils ein neues Thread-Objekt. Dazu bilden wir einen anonymen Subtyp von Runnable und überschreiben die run-methode entsprechend. Dieses Runnable-Objekt wird einem Thread-Konstruktor übergeben und der Thread wird gestartet. Da ae und e in der anonymen inneren Klasse verwendet werden, müssen diese beiden lokalen Variablen als final gekennzeichnet werden. Es sind also nur Ändereungen an der processactionevent- Methode notwendig. public void processactionevent(final ActionEvent ae) final Enumeration e = listener.elements(); while(e.hasmoreelements()) new Thread(new Runnable() public void run() ((ActionListener)e.nextElement()).actionPerformed(ae); ).start(); c) Die eine Situation wird in der Teilaufgabe d) behandelt. Zwei Threads rufen gleichzeitig die processactionevent-methode auf. Eine zweite Situation kann dann entstehen, wenn sich ein ActionListener-Objekt zweimal registriert. Dann wird zweimal ein Arbeitsthread erzeugt und die actionperformed-methode dieses Objektes kann parallel ausgeführt werden. d) Um diese Teilaufgabe zu lösen muss einfach nur die processactionevent-methode als synchronized gekennzeichnet werden. Somit kann immer nur immer eine einziger Thread diese Methode auf einem EventDispatcher-Objekt ausführen. 7

8 e) In dieser Aufgabe soll verhindert werden, dass die actionperformed-methode von zwei verschiedenen Threads gleichzeitig aufgerufen wird. Da die Aufrufe anderer Methoden nicht beeinflusst werden sollen, ist es nicht möglich, auf den ActionListener-Objekten selbst zu synchronisieren. Stattdessen wird für jedes registrierte ActionListener-Objekt ein eigenes Objekt erzeugt, auf dem sich die Arbeitsthreads eines EventDispatcher- Objektes synchronisieren. Diese werden ebenfalls in einem Vector gespeichert. Die Zuordnung zwischen beiden geschieht über die Positionen, an denen die Objekte in den Vektoren gespeichert sind. Die folgende Implementierung leistet das Gewünschte: import java.util.*; import java.awt.event.*; public class EventDispatcherImpl implements EventDispatcher private Vector listener = new Vector(); private Vector monitors = new Vector(); public void addactionlistener(actionlistener al) listener.add(al); monitors.add(new Object()); public void processactionevent(final ActionEvent ae) for(int j=0;j<listener.size();j++) final int i=j; new Thread(new Runnable() public void run() synchronized(monitors.elementat(i)) ((ActionListener)listener.elementAt(i)).actionPerformed(ae); ).start(); f) Theoretisch unendlich viele. Praktisch so viele bis kein Speicher und keine Rechenzeit mehr vorhanden sind. Bei Ausführung der main-methode wird ein T-Objekt erzeugt, dass Subtyp von Thread ist. Dazu wird der Konstruktor ausgeführt. Die Ausführung der start-methode startet den neuen Thread und kehrt sofort zurück. Der erste Thread wird nun unterbrochen und der zweite ausgeführt und führt die run-methode aus. Diese erzeugt wieder ein T-Objekt und führt damit den Konstruktor aus. Der jetzt laufende Thread wird nach Ausführen der start-methode wieder unterbrochen usw. Somit könnten alle Threads innerhalb des T-Konstruktors nach Ausführung der start-methode unterbrochen werden und ein Thread liefe weiter. Dies könnte so lange weitergehen, bis der Speicher erschöpft ist. Der Garbage-Collector würde die Thread-Objekte nicht entfernen, da noch Code für sie ausgeführt wird. 8