Liste Programmieren Java Überblick

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1 Liste Programmieren Java Überblick 1 Was ist Java? 2 Klassen und Objekte 4 Schnittstellen 5 Innere Klassen 6 Exceptions 7 Funktionsbibliothek 8 Datenstrukturen und Algorithmen 9 Ein-/Ausgabe 10 Threads 11 GUI-Programmierung mit SWING Prof. Dr. Björn Dreher Liste Programmieren - Java 88 Liste Programmieren Java Überblick: 3. Vererbung 3.3 Methoden überschreiben 3.5 Polymorphismus Prof. Dr. Björn Dreher Liste Programmieren - Java 89

2 Beispiel: Online Shop für Bücher und CDs Buch Artikelnummer Verfasser Titel Verlag Erscheinungsjahr Preis CD Artikelnummer Interpret Liste von Musikstücken Preis Warenkorb sollte beide Arten von Artikel aufnehmen können Gemeinsame Attribute und Methoden Prof. Dr. Björn Dreher Liste Programmieren - Java 90 Klassendefinitionen Artikel, Buch, CD public class Article { private int code; // Artikelnummer private String label; // Kurzbeschreibung private int price; Eine Zeile Kurzinfo über Artikel: public void showinfo() {... public String getarticleline() {... code, label, price public Article(int code, String label, int price) {... public class Book extends Article { private String author, title, publisher; private int year; public void showinfo() {... public class CD extends Article { private String artist; private String[] song; public void showinfo() {... Informationen zu dem Artikel aufbereitet zur Darstellung in einem separaten Fenster: Verschieden für Bücher und CDs Prof. Dr. Björn Dreher Liste Programmieren - Java 91

3 Klassendefinitionen in UML-Notation Article - code: int - label: String - price: int + showinfo(): void + getarticleline(): String Book - author: String - title: String - publisher: String - year: int + showinfo(): void CD - artist: String - song: String [ ] + showinfo(): void Prof. Dr. Björn Dreher Liste Programmieren - Java 92 Alle Klassen erben von der Urvorfahrenklasse Object Vererbungsbeziehungen Jede Klasse hat genau eine Vorfahrenklasse (außer Object) In Java gibt es keine Mehrfachvererbung Jede Klasse kann 0 oder mehrere Nachfahrenklassen haben Syntax class UnterKlasse extends OberKlasse {... Bedeutung bei richtiger Anwendung von Vererbungsbeziehungen Ein Objekt der Unterklasse ist sinngemäß auch immer ein Mitglied der Oberklasse (eine is-a Beziehung) Ein Buch ist ein Artikel Sehr wichtig! Eine CD ist ein Artikel Prof. Dr. Björn Dreher Liste Programmieren - Java 93

4 Ein etwas einfacheres Beispiel: Kleidungsstücke Kleidung # farbe: String + setfarbe(string f): void + getfarbe(): String Socke Hose + kennung(): String + kennung(): String class Kleidung { protected String farbe; public void setfarbe (String f) { farbe = f; public String getfarbe() { return farbe; class Socke extends Kleidung { return "Ich bin eine Socke " + "der Farbe " + farbe; class Hose extends Kleidung { return "Ich bin eine Hose " + "der Farbe " + farbe; Prof. Dr. Björn Dreher Liste Programmieren - Java 94 Hauptprogramm dazu public class SchrankVoll { public static void main(string args[]) { Socke s = new Socke(); s.setfarbe("rot"); Hose h = new Hose(); h.setfarbe("grau"); System.out.println( s.kennung() ); System.out.println( h.kennung() ); Von Kleidung geerbte Methode Eigene Methode Prof. Dr. Björn Dreher Liste Programmieren - Java 95

5 Sichtbarkeit Nachfahrenklassen haben zu privaten Eigenschaften der Vorfahrenklasse keinen Zugriff Spezielle Sichtbarkeit: protected Sichtbar für Nachfahrenklassen und alle Klassen desselben Packages Will man eine Klasse auf mögliche Nachfahrenklassen vorbereiten, sollte man private in den meisten Fällen durch protected ersetzen Prof. Dr. Björn Dreher Liste Programmieren - Java 96 Polymorphismus Methoden bei Java sind normalerweise virtuelle Methoden Solche Methoden sind in der Basisklasse definiert und werden in den abgeleiteten Klassen redefiniert (überschrieben) Damit zeigen die abgeleiteten Klassen ein anderes Verhalten Mit einer Klassenhierarchie wird eine Menge von Datentypen (Klassen) derart definiert, dass eine Referenz auf die Basisklasse auch auf Objekte aller abgeleiteten Klassen zeigen kann. Ruft man mit einer solchen Referenz eine virtuelle Methode auf, so wird zur Laufzeit entschieden, welches die richtige redefinierte Methode ist Jedes Objekt weiß, welche Methodenimplementierung für es die richtige ist Prof. Dr. Björn Dreher Liste Programmieren - Java 97

6 Liste Programmieren Java Überblick: 3. Vererbung 3.3 Methoden überschreiben 3.5 Polymorphismus Prof. Dr. Björn Dreher Liste Programmieren - Java 98 Zuweisungskompatibilität innerhalb einer Vererbungshierarchie Referenz auf Vorfahrenklasse kann Referenz auf Nachfahrenklasse aufnehmen Kleidung kann Socke oder Hose zugewiesen werden Beide sind Kleidung Wichtiges Konzept der Objektorientierung Überall, wo Oberklasse gefordert ist, kann auch ein Objekt der Unterklasse verwendet werden Unterklasse hat alles, was Oberklasse erwartet, ist nur spezieller Socke + kennung(): String Kleidung # farbe: String + setfarbe(string f): void + getfarbe(): String Hose + kennung(): String Oberklasse kann speziellere Eigenschaften der Unterklasse (ohne besondere Vorkehrungen) nicht nutzen Prof. Dr. Björn Dreher Liste Programmieren - Java 99

7 Häufige Anwendung in der Java-Klassenbibliothek Behälterklassen (Liste, Stack) Erwarten Objekte der Klasse Object Können daher alle Java Objekte aufnehmen Unser Beispiel: Überall, wo Kleidung erwartet wird, können auch Socken der Hosen benutzt werden Prof. Dr. Björn Dreher Liste Programmieren - Java 100 Beispiel public class WasIstAllesKleidung { public static void main(string args[]) { Kleidung [] kl = new Kleidung[2]; Socke s = new Socke(); s.setfarbe("rot"); Hose h = new Hose(); h.setfarbe("grau"); kl[0] = s; kl[1] = h; System.out.println( kl[0].getfarbe() ); System.out.println( kl[1].getfarbe() ); for (int i = 0; i < 2; i++) System.out.println( kl[i].kennung() ); // Geht nicht! Prof. Dr. Björn Dreher Liste Programmieren - Java 101

8 Unser Beispiel Kleidungsstücke modifiziert Kleidung # farbe: String + setfarbe(string f): void + getfarbe(): String + kennung(): String Socke Hose + kennung(): String + kennung(): String class Kleidung { protected String farbe; public void setfarbe (String f) { farbe = f; public String getfarbe() { return farbe; return "Ich bin eine Kleidung"; class Socke extends Kleidung { return "Ich bin eine Socke " + "der Farbe " + farbe; class Hose extends Kleidung { return "Ich bin eine Hose " + "der Farbe " + farbe; Prof. Dr. Björn Dreher Liste Programmieren - Java 102 Beispiel public class WasIstAllesKleidung { public static void main(string args[]) { Kleidung [] kl = new Kleidung[2]; Socke s = new Socke(); s.setfarbe("rot"); Hose h = new Hose(); h.setfarbe("grau"); for (int i = 0; i < 2; i++) System.out.println( kl[i].kennung() ); // Geht jetzt! Socke s1 = kl[0]; // Geht nicht! Socke s1 = (Socke) kl[0]; // So geht's Typumwandlung Richtigkeit wird zur Laufzeit geprüft Prof. Dr. Björn Dreher Liste Programmieren - Java 103

9 Finale Klassen Soll eine Klasse nicht vererbbar sein, d.h. also keine Unterklassen bilden können, so muss sie mit dem Modifizierer final versehen werden Über Vererbung in Form von Unterklassen können Eigenschaften der Klasse nicht mehr verändert werden Einsatz z.b. unter Sicherheitsaspekten Klasse String ist final Strings bleiben immer unveränderlich Prof. Dr. Björn Dreher Liste Programmieren - Java 104 Klassenzugehörigkeit überprüfen Operator instanceof boolean b; String str = "Mein String"; b = ( str instanceof String ); b = ( str instanceof Object ); b = ( str instanceof Date );... // true // true // false Ergibt auch wahr bei Vergleich mit einer Vorfahrenklasse! Falls true Linker Operand kann sicher einem Objekt der Klasse des rechten Operanden zugewiesen oder in diese Klasse typgewandelt werden: if (myobject instanceof Point) Point p = (Point) myobject; Prof. Dr. Björn Dreher Liste Programmieren - Java 105

10 Liste Programmieren Java Überblick: 3. Vererbung 3.3 Methoden überschreiben 3.5 Polymorphismus Prof. Dr. Björn Dreher Liste Programmieren - Java Methoden überschreiben Vererbungsregeln Unterklasse erbt alle sichtbaren Eigenschaften public und protected package, wenn sie im selben Package liegt Methoden können hinzugefügt werden Anderer Name: Neue Methode kommt hinzu Derselbe Name, aber andere Signatur: Methode wird überladen (Overloading) Neue Methode mit veränderter Signatur kommt hinzu Derselbe Name, dieselbe Signatur und derselbe Rückgabetyp: Methode wird überschrieben (Overriding) Unterklasse implementiert die Methode der Oberklasse neu Neue Methode verändert das bisherige Verhalten Spezialisierung Basis für Polymorphismus Prof. Dr. Björn Dreher Liste Programmieren - Java 107

11 3.3 Methoden überschreiben Aufrufen einer Methode der Oberklasse Überschreiben einer Methode: Völlig neue Implementierung Könnte man nicht die überschriebene Methode aufrufen, diese bestimmte Basisarbeit verrichten lassen... und dann zusätzliche Anweisungen anhängen (Code- Wiederverwendung)? Abhilfe: Schlüsselwort super class Kleidung { protected String farbe; public void setfarbe (String f) { farbe = f; public String getfarbe() { return farbe; return "Ich habe die Farbe " + farbe + " und "; class Socke extends Kleidung { return super.kennung() + " ich bin eine Socke!"; class Hose extends Kleidung { return super.kennung() + " ich bin eine Hose!"; Prof. Dr. Björn Dreher Liste Programmieren - Java Methoden überschreiben Regeln zu super Entspricht der this-referenz super bezeichnet dasselbe Objekt wie this, nur als Typ der Oberklasse Damit stehen verdeckte Methoden (und verdeckte Attribute) der Oberklasse zur Verfügung class Oben { int i = 1; void m() { System.out.println("Ich bin Oben"); class Unten extends Oben { int i = 2; void m() { super.m(); System.out.println(super.i); System.out.println("Ich bin Unten"); System.out.println(i); super ist nicht schachtelbar, um sich entlang der Vererbungshierarchie nach oben zu hangeln! Prof. Dr. Björn Dreher Liste Programmieren - Java 109

12 3.3 Methoden überschreiben Nicht überschreibbare Methoden Will man unterbinden, dass ein Entwickler eine Methode in einer Unterklasse überschreibt und somit neu definiert Schlüsselwort final vor die Methodendefinition class Ober { final void sicher() { class Unter extends Ober { void sicher() { Compilerfehler! Methode sicher() wird nicht mehr dynamisch gebunden! Es besteht dazu keine Notwendigkeit mehr Prof. Dr. Björn Dreher Liste Programmieren - Java 110 Liste Programmieren Java Überblick: 3. Vererbung 3.3 Methoden überschreiben 3.5 Polymorphismus Prof. Dr. Björn Dreher Liste Programmieren - Java 111

13 Wurzel aller Java-Klassen Alle Methoden werden geerbt oder können überschrieben werden Object + getclass(): Class + hashcode(): int + equals(obj: Object): boolean + tostring(): String + notify(): void + notifyall(): void + wait(timeout: long): void + wait(timeout: long, nanos: int): void + wait(): void # clone(): Object # finalize(): void Prof. Dr. Björn Dreher Liste Programmieren - Java 112 public final Class getclass() Gibt das zugehörige Klassenobjekt zurück Klassenobjekte repräsentieren jeweils eine Klasse Meta-Informationen über Objekte, u.a. Verfügbare Attribute und Methoden Name der Klasse Hose meinehose = new Hose(); System.out.println( meinehose.getclass().getname() ); public int hashcode() Möglichst eindeutige Integerzahl für ein Objekt Inhaltlich gleiche Objekte (gemäß equals()) müssen denselben Hash Code liefern Anwendung: Speichern von Objekten in Hash-Tabellen Prof. Dr. Björn Dreher Liste Programmieren - Java 113

14 public String tostring() Identifikation eines jeden Objektes durch eine Zeichenkette Z.B. Werte der Attribute in lesbarer Form Neue Klassen sollten diese Methode überschreiben Wird automatisch aufgerufen, wenn print() oder println() eine Objektreferenz übergeben bekommen Sichtbarkeit sollte public bleiben Standard-Implementation in Object public String tostring() { return getclass().getname() + + Integer.toHexString(hashCode()); Prof. Dr. Björn Dreher Liste Programmieren - Java 114 public boolean equals(object obj) Vergleichsoperator zwischen zwei Objektreferenzen if (ob1 == obj2)... liefert true, wenn beide Referenzen auf dasselbe Objekt zeigen Prüft nicht inhaltliche Gleichheit: if (meinname == "Ulli")... kann false liefern, auch wenn meinname denselben Stringwert enthält Stattdessen: String meinname = "Ulli"; if (meinname.equals("ulli"))... // liefert true Vorsicht: Nicht jede Klasse implementiert ihre eigene equals()-methode String tut das Prof. Dr. Björn Dreher Liste Programmieren - Java 115

15 equals(), null und hashcode() Vergleich mit null liefert immer false if (meinname.equals(null))... // liefert false Bei Gleichheit via equals() muss auch hashcode() identische Werte liefern Bei Point Objekten wird der Hash Code auf der Basis der beiden Koordinaten berechnet Folge: Wird equals() überschrieben, muss meistens auch hashcode() überschrieben werden Prof. Dr. Björn Dreher Liste Programmieren - Java 116 Eigene Methode clone() Objekt kann sich selbst klonen Exakte Kopie von sich selbst Von Object geerbtes clone(): Flache Kopie Eigenes clone(): Tiefe Kopie ist möglich Javas Ersatz für Kopierkonstruktor Aufräumen mit finalize() Aufgerufen, wenn Garbage Collector Objekt entfernen möchte Freigeben erworbener Ressourcen Datei schließen Dynamische Objekte freigeben (nicht unbedingt nötig) Keine Garantie, dass überhaupt irgendwann aufgerufen wird! Wenn überschrieben, dann auch immer finalize() der Oberklasse aufrufen: super.finalize(); Prof. Dr. Björn Dreher Liste Programmieren - Java 117

16 Liste Programmieren Java Überblick: 3. Vererbung 3.3 Methoden überschreiben 3.5 Polymorphismus Prof. Dr. Björn Dreher Liste Programmieren - Java Polymorphismus Überschreiben einer Methode (Overriding) Oberklasse kann einfache Implementierung vorgeben Unterklasse kann diese durch Überschreiben spezialisieren Laufzeitumgebung sucht in Klassenhierarchie von unten nach oben nach passender Methode Hätte Hose keine kennung(), würde die von Kleidung aufgerufen class Kleidung { protected String farbe; public void setfarbe (String f) { farbe = f; public String getfarbe() { return farbe; return "Ich habe die Farbe " + farbe + " und "; class Socke extends Kleidung { return super.kennung() + " ich bin eine Socke!"; class Hose extends Kleidung { return super.kennung() + " ich bin eine Hose!"; Prof. Dr. Björn Dreher Liste Programmieren - Java 119

17 3.5 Polymorphismus Polymorphismus durch dynamische Bindung public class WasIstAllesKleidung { public static void main(string args[]) { Kleidung [] kl = new Kleidung[2]; Socke s = new Socke(); s.setfarbe("rot"); Hose h = new Hose(); h.setfarbe("grau"); Wird hier kennung() von Kleidung oder von Socke bzw. Hose aufgerufen? for (int i = 0; i < 2; i++) System.out.println( kl[i].kennung() ); Als Voreinstellung werden Methoden in Java dynamisch gebunden Zur Laufzeit wird festgestellt, zu welcher Klasse das Objekt gehört Dann wird die zugehörige Methode aufgerufen In C++: Virtuelle Methoden Prof. Dr. Björn Dreher Liste Programmieren - Java Polymorphismus Keine dynamische Bindung: Bei nicht überschreibbaren Methoden final private static class NoPolymorphismWithPrivate { public static void main( String args[] ) { Unter unsicht = new Unter(); System.out.println( unsicht.bar() ); // --- class Ober { private int furcht() { return 2; int bar() { return furcht(); Hier wird in bar() furcht() von Ober aufgerufen! furcht() wird statisch gebunden! class Unter extends Ober { int furcht() { return 1; Kein Compilerfehler: Unterklasse weiß nichts von privater Methode der Oberklasse Prof. Dr. Björn Dreher Liste Programmieren - Java 121

18 3.5 Polymorphismus Konstruktoren in der Vererbung Konstruktoren werden nicht vererbt Zu Beginn eines Konstruktors wird immer automatisch der Standard- Konstruktor der Oberklasse aufgerufen: super(); Initialisiert den geerbten Teil des Objektes Möglichkeit, einen parametrisierten Konstruktor der Oberklasse aufzurufen: public GraphObject(double x, double y, String farbe) { this.x = x; this.y = y; this.farbe = new String(farbe); public Kreis(double x, double y, String farbe, double radius){ super(x, y, farbe); this.radius = radius; Kreis ist Nachfahre von GraphObject Prof. Dr. Björn Dreher Liste Programmieren - Java 122 Liste Programmieren Java Überblick: 3. Vererbung 3.3 Methoden überschreiben 3.5 Polymorphismus Prof. Dr. Björn Dreher Liste Programmieren - Java 123

19 Klassen, von der keine Instanzen gebildet werden sollen Wurzelklasse einer Klassenhierarchie Kann/soll vielleicht noch nicht voll ausprogrammiert werden Hält gemeinsame Attribute vor Realisiert schon voll implementierbare Methoden Gibt für abstrakte Methoden die Signatur vor Implementierung liegt bei den Unterklassen Eine konkrete Unterklasse muss diese Methode implementieren Wenn nicht, ist auch sie abstrakt Gegenteil: Konkrete Klasse: Es können davon Instanzen gebildet werden Prof. Dr. Björn Dreher Liste Programmieren - Java 124 Abstrakte Klasse Basisklasse für Container, der alle Nachfahren enthalten können soll Wurzel einer is-a Beziehungshierarchie Gibt Signaturen für Unterklassen vor Bereits fertige Methoden können hier voll implementiert werden und werden so geerbt Andere Methoden werden in Unterklasse überschrieben, wenn sich dort das Verhalten ändert abstract class Kleidung { protected String farbe; public void setfarbe (String f) { farbe = f; public String getfarbe() { return farbe; return "Ich habe die Farbe " + farbe + " und "; Prof. Dr. Björn Dreher Liste Programmieren - Java 125

20 Abstrakte Methoden Methode, die in der (abstrakten) Klasse noch nicht implementiert werden kann Besitzt keinen Methodenrumpf Gibt jedoch bereits Signatur vor public abstract double flaeche(); Nachfahrenklassen müssen diese Methode implementieren, damit von ihnen Instanzen erzeugt werden können Eine Klasse mit mindestens einer abstrakten Methode muss selbst auch als abstrakt definiert sein Prof. Dr. Björn Dreher Liste Programmieren - Java 126 Beispiel Delphin ausgabe(): void Saeugetier alter: int istsaeuger(): boolean Tier setalter(a: int): void istsaeuger(): boolean ausgabe(): void Mensch ausgabe(): void abstract class Tier { int alter = -1; void altersetzen( int a ) { alter = a; abstract boolean istsaeuger(); abstract void ausgabe(); abstract class Saeugetier extends Tier { boolean istsaeuger() { return true; class Mensch extends Saeugetier { void ausgabe() { System.out.println( "Ich bin ein Mensch" ); class Delphin extends Saeugetier { void ausgabe() { System.out.println( "Ich bin ein Delphin" ); Prof. Dr. Björn Dreher Liste Programmieren - Java 127

21 Unser Beispiel Tier m = new Mensch(); Tier d = new Delphin(); Aufgrund des Substitutionsprinzips möglich Standard-Konstruktor wird aufgerufen Auch der der Superklasse Auch wenn sie abstrakt ist Kann jedoch nicht direkt aufgerufen werden Tier s = new Saeugetier(); // geht nicht! Auch Attribute werden initialisiert (alter = -1)! Aufruf von m.ausgabe(); d.ausgabe(); liefert Ich bin ein Mensch Ich bin ein Delphin Prof. Dr. Björn Dreher Liste Programmieren - Java 128 abstract und final? abstract: Keine Instanz final: Keine Vererbung Widerspruch Compiler lässt das nicht zu! Prof. Dr. Björn Dreher Liste Programmieren - Java 129

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