5 Vererbung. Subklassen, Superklassen, Pakete Zugriffsrechte

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1 5 Vererbung Subklassen, Superklassen, Pakete Zugriffsrechte Wiederverwendung von Code Konventionelle Methode: Wähle einen Quelltext, der ein ähnliches Problem bearbeitet und passe diesen Text auf das neue Problem an. der Quelltext muß verstanden werden abhängige Quelltexte müssen ebenfalls geändert werden umfangreiche Neuübersetzungen werden nötig Objektorientierter Ansatz: Schon übersetzte und getestete Klassen werden übernommen und daraus neue dem Problem angepasste (Sub-)Klassen abgeleitet. nur die neuen Daten und Methoden müssen geschrieben werden existierende Implementationen und Abhängigkeiten bleiben unberührt Nur neu erstellte Methoden müssen übersetzt werden

2 Subklassen Eine Klasse Y wird als direkte Subklasse einer Klasse X definiert, indem man das Schlüsselwort extends verwendet class Y extends X {... Die Klasse X heißt dann direkte Superklasse von Y. Die Subklasse Y "erbt" von X alle (nicht private modifizierten) Variablen und Methoden. Ausnahme: Konstruktoren und static Initialisierer werden nicht mitvererbt. Über eine Kette von Ableitungen entsteht eine beliebige (indirekte) Sub- bzw. Super-Klasse. Warum die Ausnahmen? Konstruktoren brauchen deshalb nicht vererbt zu werden, weil in jedem Konstruktor, der nicht explizit einen Konstruktor der Superklasse ausführt (als ersten Befehl!), automatisch (implizit) der Standardkonstruktor super(); der Superklasse (als erster Befehl) ergänzt wird. Static Initialisierer sind Anweisungsblöcke, die ausgeführt werden, wenn eine Klasse zum ersten mal angesprochen wird. Es ist deshalb unsinnig, sie an die Unterklassen zu vererben, da eine Klasse ohnehin zunächst alle ihre Superklassen anspricht.

3 Beispiel: Wecker(1) // SignalTimer.java import java.io.*; class SignalTimer extends Timer { boolean aktiv; int minsig, secsig, msecsig; static final char SIGNAL = '\u0007'; void sigtick() { tick(); if (aktiv) if (min == minsig && sec == secsig && msec == msecsig) {PrintWriter out = new PrintWriter(System.out, true); out.print(signal); out.println(zeigean); out.flush(); aktiv = false; Beispiel: Wecker(2) class Timer { int min, sec, msec; void stellen(int i, int j, int k) { min = i; sec = j; msec = k; void tick() { if (++msec == 1000) { msec = 0; if (++sec == 60) { sec = 0; min++; String zeigean() {return min +":"+ sec +","+ msec +" Sekunden" ;

4 Beispiel: Wecker(3) Die Variablen von SignalTimer eigene Variablen Methoden: SIGNAL aktiv sigtick() minsig secsig msecsig von Timer geerbte Variablen Methoden: min stellen(..) sec tick() msec zeigean() Beispiel: Wecker(4) // SignalTimerTest.java class SignalTimerTest { public static void main(string[] args) { SignalTimer s1 = new SignalTimer(), s2 = new SignalTimer(); s2.aktiv = s1.aktiv = true; s1.msecsig = 10; s2.msecsig = 750; for (int i = 0; i < 1500; i++) { s1.sigtick(); s2.sigtick();

5 Beispiel: Wecker(5) Außer dem Piepton (SIGNAL) ergibt sich die Ausgabe: verdeckte Variablen Wir hatten schon gesehen, daß es in Java kein absolutes Verbot gibt, denselben Bezeichner in verschiedenen Rollen zu verwenden. In demselben Block darf derselbe Name nicht für verschiedene Variablen benutzt werden, wohl dürfen aber Instanzvariablen in abgeleiteten Klassen oder Methoden als Parameter oder lokale Variablen verwendet werden. In diesem Fall ist die entsprechende Instanzvariable innerhalb der abgeleiteten Klasse bzw. der Methode verdeckt (verschattet), d.h. unter ihrem Namen nicht mehr zugreifbar, weil die lokal gültige Variable angesprochen wird.

6 this. Im Beispiel Timer hätten wir auch die Methode stellen mit den Parametern min, sec, msec definieren können: Um nun allerdings auf die verdeckten Instanzvariablen min, sec, msec der Klasse Timer zugreifen zu können, müssen diese mit this. spezifiziert werden, da sonst die (lokalen) Parameter min, sec, msec von stellen angesprochen würden. void stellen(int min, sec, msec) { this.min = min; this.sec = sec; this.msec = msec; Ein mit this. spezifizierter Name spricht also die verdeckten Instanz-Variablen (bzw. -Methoden) an. super. Auch in unserem Wecker-Beispiel hätten wir in der abgeleiteten Klasse SignalTimer als Instanzvariablen die Bezeichner min, sec, msec und auch tick als Methodennamen verwenden können. Damit sind allerdings die Instanzvariablen min, sec, msec sowie tick() der Superklasse Timer verdeckt. Um doch noch auf die ererbten aber verdeckten Instanzvariablen und Methoden zugreifen zu können, müssen sie mit super. spezifiziert werden: void tick() { super.tick(); if (aktiv) if (super.min == min && super.sec == sec && super.msec == msec) {Print...

7 verdeckte static Variablen Werden Klassenvariablen einer Klasse X in einer abgeleiteten Klasse Y durch deren gleichnamige Variablen verdeckt, so kann statt mit super. auch unmittelbar mit der Spezifikation über den Klassennamen X. (normale Punktnotation) auf die Klassenvariablen zugegriffen werden. Bei Instanzvariablen ist die einfache Punktnotation (über den Namen der Instanz) unmöglich (bzw. ungleich schwieriger), weil der Klasse bereits die Namen ihrer Instanzen bekannt sein müßten. Überladen Beim Überladen von Namen, werden ebenfalls Namen mehrfach benutzt, bleiben aber für die Klasse alle sichtbar, weil Java sie an ihrem Gebrauch unterscheiden kann. Eine Variable und Methoden können denselben Namen haben, weil sie unterschiedlich verwendet werden (ohne bzw. mit Klammern). Methoden verschiedener Signatur können denselben Namen haben, weil sie an der verwendeten Parameterfolge unterschieden werden können (vgl. die verschiedenen Konstruktoren von Timer). Variablen (bzw. Methoden) verschiedenen (Rückgabe-) Typs kann Java nicht immer an ihrer Verwendung unterscheiden.

8 Poymorphie Auch Methoden (wie oben tick()) können in einer abgeleiteten Klasse überschrieben werden, falls sie nicht final (= konstant) spezifiziert worden sind. Dies ist immer dann vernünftig, wenn es Methoden gibt, die nach außen hin dasselbe tun, aber intern wegen verschiedener Datenstrukturen unterschiedlich arbeiten müssen. (etwa ggt wird man bei allen Zahlentypen gleich nennen wollen, aber etwa in BigNums anders implementieren als in Integer). Diese Eigenschaft, daß Methoden gleicher Signatur je nach Einsatzobjekt unterschiedlich realisiert sein können, nennt man Polymorphie. // Kto.java import java.io.*; class Kto Beispiel Konto(1) { static PrintWriter out = new PrintWriter(System.out, true); String inhaber; long nummer; double stand, habenzins; Kto(String inhaber, long nummer, double stand, double habenzins) { this.inhaber = inhaber; this.nummer = nummer; this.stand = stand; this.habenzins = habenzins; void info() { out.println("\ninhaber: " + inhaber + "\tkonto-nr: " + nummer + "\nkonto-stand: " + stand + " DM" + "\nhabenzinsen: " + habenzins + " %");

9 // GiroKto.java class GiroKto extends Kto { private double sollzins, kreditlimit; Beispiel Konto(2) GiroKto(String inhaber, long nummer, double stand, double habenzins, double sollzins, double kreditlimit) { super(inhaber, nummer, stand, habenzins); this.sollzins = sollzins; this.kreditlimit = kreditlimit; void info() { super.info(); out.println("\tsollzinsen: " + sollzins + " %" + "\nlimit: " + kreditlimit + " DM"); // weitere Methoden: einzahlen, abheben,... // FestgeldKto.java class GiroKto extends Kto Beispiel Konto(3) { private int restlaufzeit; private boolean zinsbesteuerung; FestgeldKto(String inhaber, long nummer, double stand, double habenzins, int restlaufzeit, boolean zinsbesteuerung) { super(inhaber, nummer, stand, habenzins); this.restlaufzeit = restlaufzeit; this.zinsbesteuerung = zinsbesteuerung; void info() { super.info(); out.println("\trestlaufzeit: " + restlaufzeit + " Monate\n Zinsbesteuerung: " + ((zinsbesteuerung)? " Ja" : " Nein") ); // weitere Methoden: auflösen, verlängern,...

10 final Methoden und Klassen Außer Variablen, die durch das Schlüsselwort final zu Konstanten werden, können auch Methoden und Klassen mit final spezifiziert werden. Wird eine Methode mit final spezifiziert, kann sie in einer Subklasse nicht mehr überschrieben werden. Dies wird insbesondere für hardwarenahe oder plattformspezifische Methoden in Java Bibliotheken eingesetzt. Auch Klassen können mit final class als nicht mehr ableitbar spezifiziert werden. (Dadurch werden natürlich auch all deren Methoden implizit final, denn da die Klasse nicht abgeleitet werden kann, können auch die Methoden nicht überschrieben werden. Konstruktion von Objekten Ist die erste Anweisung des Konstruktors this(...) wird zu diesem Konstruktor übergegangen. Ist die erste Anweisung des Konstruktors super(...), wird dieser Konstruktor der Superklasse ausgeführt. Andernfalls wird super() ergänzt, d.h. der Standardkonstruktor der Superklasse ausgeführt. Danach werden alle in der Klasse mit Initialisierern deklarierten Instanzvariablen mit diesen Werteninitalisiert. Abschließend werden die übrigen Anweisungen des Konstruktors ausgeführt.

11 // abgeleitete Klassen class K //Basisklasse { static int k=1; int m; K(){m=10; class L extends K //abgeleitet { int l = 0xff00ff;... L Beispiel = new L()... Dieser Aufruf von new L() erzeugt die folgenden Einzelschritte: Beispiel 1. falls K noch nicht referenziert worden ist, Reservierung von Speicherplatz für k initialisiert mit Reservierung von Speicherplatz für die int s l,m initialisiert mit Aufruf des Konstruktors L(), den Java als {super() ergänzt hat. 4. Aufruf des Konstruktors K(), in dessen Rumpf Java super() ergänzt hat 5. Aufruf des Konstruktors Object(){ 6. Initialisierung von k mit 1, falls K zum ersten mal referenziert wird. 7. Ausführung von K(): initialisierung von m mit Initialisierung von l mit 0xff00ff Da L() keine weiteren Anweisungen enthält ist die Konstruktion abgeschlossen. abstract Abstrakte Klassen sind ein Hilfsmittel, um eine Strukturierung von Klassen vor ihrer eigentlichen Implementation vorzugeben. In dem Beispiel Konto haben wir eine Klasse Kto definiert, die selbst als Ojekt nicht in Frage kommt, sondern lediglich eine der Ausprägungen GiroKto oder FestgeldKto. Eine Klasse, die selbst keine Instanzen besitzen soll, wird mit dem Schlüsselwort abstract gekennzeichnet. In einer abstrakten Klasse kann es auch abstrakte Methoden geben, die noch keinen Rumpf besitzen. Diese werden auch mit abstract spezifiziert und müssen dann in jeder nicht abstrakten Subklasse überschrieben werden, z.b.: abstract void info();

12 Pakete Zur besseren Strukturierung können Java-Programme in Pakete zusammengefaßt werden, dies geschieht mit einer ersten Anweisung package <Paketname> vor den Import Anweisungen und der Klassendefinition erfolgen Die Paketnamen können ihrerseits noch mittels Punktnotation strukturiert sein, z.b. package JavaUebung.Blatt1 oder package JavaUebung.Blatt2 etc. Wird der Javacompiler mit der Option -d aufgerufen, so wird im aktuellen Verzeichnis ein Unterverzeichnis(-baum) angelegt (z.b. JavaUebung/Blatt1), in das die übersetzte Klasse aufgenommen wird. Geltungsbereich(1) Pakete, Klassen, Interfaces, Variablen, Methoden, lokale Variablen und Parameter werden in Java durch eine Deklaration eingeführt. Der Geltungsbereich (scope) ist der Java-Code, in dem man den Gegenstand einfach durch seinen deklarierten Namen ansprechen kann. Der Geltungsbereich von Paketen hängt von der Systemkonfiguration (gesetzte Pfade) ab, d.h. ob das Betriebssystem das entsprechende Unterverzeichnis finden kann. Der Geltungsbereich eines Klassennamens besteht aus allen Übersetzungseinheiten desselben Pakets, in dem die Klasse deklariert ist.

13 Geltungsbereich(2) Der Geltungsbereich eines Klassenelements - deklariert oder geerbt - ist der gesamte Rumpf der Klassendeklaration. Der Geltungsbereich einer lokalen Variablen ist der Rest des Blocks, in dem die Deklaration enthalten ist. Speziell eine im for-init-teil einer for-anweisung deklarierte lokale Variable hat nur den Rest der for-anweisung als Geltungsbereich. Der Geltungsbereich eines Methodenparameters ist der gesamte Rumpf der Methode. Alle Gegenstände außer lokalen Variablen sind über qualifizierte Namen (Punktnotation) auch von außerhalb ihres Geltungsbereichs ansprechbar. Zugriffsrechte Neben den Zugriffsbeschränkungen durch Geltungsbereiche hat Java auch ein System von expliziten Zugriffsrechten, die einen unerwünschten Zugriff im Geltungsbereich verhindern können, die Zugriffsrechte werden über die Modifikatoren public, private, protected vergeben. public: Aller Java-Code mit Zugriff auf das Paket hat darauf Zugriff. private: Diese Elemente sin nur innerhalb ihrer Klasse zugreifbar. standard (ohne Modifikator): Auf dieses Element hat jedes Element desselben Pakets Zugriff. protected: Elemente sind in allen abgeleiteten Klassen und im eigenen Paket zugreifbar.

14 Vererbung von Zugriffsrechten Grundsätzlich erbt eine Klasse mit den Elementen auch deren Zugriffsrechte, dies bedeutet, daß beim Überschreiben die Zugriffsrechte nicht eingeschränkt werden dürfen. Modifizierer Zugriff für public allen Java-Code protected eigenes Paket und Subklassen - eigenes Paket private eigene Klasse Beim Überschreiben dürfen die Zugriffsrechte jedoch erweitert werden (in der Tabelle weiter nach oben). Import Deklarartionen Elemente aus anderen Paketen können mit voll qualifiziertem Namen stets angesprochen werden: java.io.bufferedreader in =... Um diese umständliche Schreibweise zu vereinfachen, kann man Elemente eines Pakets import java.io.bufferedreader; oder auch ganze Pakete import java.io.*; importieren, dann können die Elemente des Pakets einfach unter ihrem Namen angesprochen werden, so als gehörten sie selbst dem Paket an. BufferedReader in =... Import Deklarationen stehen vor der Klassendeklaration.