Programmieren 1 09 Vererbung und Polymorphie

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1 Programmieren 1 09 Vererbung und Polymorphie Bachelor Medieninformatik Sommersemester 2015 Dipl.-Inform. Ilse Schmiedecke 1

2 I. VERERBUNG 2 2

3 Vererbung Von Interfaces übernehmen Klassen die Methoden-Signaturen: void zaehlen(); aber es geht noch mehr: Vererbung bedeutet, dass auch die Methoden-Implementierungen übernommen werden können. void zaehlen() { wert ++; Das spart Schreibarbeit! 3 3

4 Zähler-Interface und 2 Implementierungen interface Zaehler { void zaehlen(); int wertlesen(); class Basiszaehler implements Zaehler { int wert = 0; void zaehlen() { wert ++; int wertlesen() { return wert; class Weiterzaehler implements Zaehler { int wert = 0; void zaehlen() { wert ++; int wertlesen() { return wert; void setzestartwert (int startwert) { wert = startwert; Code doppelt implementiert 4

5 Implementierungen übernehmen Interface - beschreibt gemeinsame Schnittstelle von Klassen Implementierende Klassen - müssen alle Methoden des Interface implementieren - können weitere Methoden und Felder hinzufügen Was passiert bei identischer Methoden- Implementierung? Code-Kopie 55

6 Vererbung public class Unterklasse extends Oberklasse { // Felder und Methoden der Oberklasse // sind implizit vorhanden public void extramethode(int i) {... // hinzugefügte Methode Eine Klasse kann eine andere beerben und erweitern. Man nennt das auch sich von der Oberklasse ableiten. Die beerbte Klasse heißt Oberklasse Die erbende Klasse heißt Unterklasse Die Unterklasse erbt alle Methoden und Felder der Klasse. Sie erbt auch den Typ d.h. sie ist an eine Variable vom Oberklassentyp zuweisbar (vgl. Interfaces) 66

7 Vererbung beim Zähler interface Zaehler { void zaehlen(); int wertlesen(); class Basiszaehler implements Zaehler { int wert = 0; void zaehlen() { wert ++; int wertlesen() { return wert; class Weiterzaehler extends Basiszaehler { void startwertsetzen(int startwert) { wert = startwert; Eine neue Methode, alles andere geerbt! 77

8 Typverwendung wie bei Interfaces public class Oberklasse { public void basismethode(){... public class Unterklasse extends Oberklasse { // Felder und Methoden der Oberklasse // sind implzit vorhanden public void extramethode(int i) {... // hinzugefügte Methode Unterklasse erweitert= new Unterklasse(); Oberklasse basis = erweitert; // erlaubt erweitert.basismethode(); // funktioniert erweitert.extramethode(); // funktioniert basis.basismethode(); // funktioniert basis.extramethode(); // Typfehler ((Unterklasse)basis).extraMethode(); // auf eigene Gefahr 88

9 Was wird vererbt? ALLES alle Instanz-Felder und -Methoden alle Klassenfelder und Klassenmethoden Aber: was als "private" gekennzeichnet ist, kann in der Unterklasse nicht benutzt werden (kommt später). 99

10 II. ÜBERSCHREIBEN UND POLYMORPHIE 10 10

11 Überschreiben Nicht alles, was man erbt, muss man unverändert übernehmen... Geerbte Methoden können für die Verwendung in der Unterklasse anders implementiert werden (Signatur bleibt!) Was passiert dann? In der Oberklasse bleibt die alte Implementierung gültig. In der Unterklasse gilt die neue Implementierung. Den Vorgang des Um-Implementierens nennt man überschreiben (override) 11 11

12 Bauen wir den Zähler weiter aus: interface Zaehler { void zaehlen(); int wertlesen(); class Basiszaehler implements Zaehler { int wert = 0; void zaehlen() { wert ++; int wertlesen() { return wert; class Weiterzaehler extends Basiszaehler { void startwertsetzen(int startwert) { wert = startwert; Überschrieben. zaehlen() funktioniert hier anders! class Countdownzaehler extends Weiterzaehler { void zaehlen() { wert --; 12

13 Polymorphie Zaehler zaehler, zaehler1 = new Basiszaehler(), zaehler2 = new Weiterzaehler(100); zaehler3 = new Countdownzaehler(); zaehler = zaehler1; zaehler.zaehlen(); // aus Basiszaehler,"++" zaehler = zaehler2; zaehler.zaehlen(); // aus Weiterzaehler, "++" zaehler = zaehler3; zaehler.zaehlen(); // aus Countdownzaehler, "--" zaehler.zaehlen(); hat jedesmal eine andere Bedeutung Das kennen wir schon aus der Implementierung von Interfaces: Die ausgeführte Methode richtet sich nach dem Typ der Instanz Dieser kann erst zur Laufzeit ermittelt werden Achtung: andere Sprachen kennen sowohl die Laufzeit-Bindung (Typ der Instanz - Polymorphie) als auch die Compilezeit-Bindung (Typ der Referenz keine Polymorphie) 13 13

14 Zurück zu Etch-a-Sketch 14 14

15 Vererbung in Etch-A-Sketch 15 15

16 Polymorphie in Etch-A-Sketch 16 16

17 Interface-Implementierung in Etch-A-Sketch Beide Klassen implementieren das Interface SketchboardInterface Beide Klassen haben daher zusätzlich den Typ SketchboardInterface Instanzen beider Klassen können einer Variable vom Typ SketchboardInterface zugewiesen werden. 17

18 Zwei Implementierungen Beide Klassen implementieren das Interface SketchboardInterface Beide Klassen sind fast deckungsgleich Einzige Unterschiede: startsketchboard ist unterschiedlich implementiert und canvassketch.novosketch hat ein zusätzliches Attribut: canvas Dann sollte man nicht ales doppelt schreiben! 18 18

19 Vererbung bei den beiden Implementierungen canvassketch: Alles geerbt, nur startsketchboard überschrieben! 19 19

20 Zusammenfassung Interfaces und Vererbung Interfaces schaffen verlässliche Schnittstellen Interfaces erleichtern den Austausch von Klassen- Implementierungen und Versionen Interfaces schaffen Typhierarchien Vererbung spart Arbeit Vererbung vermeidet Kopier-Fehler Verebung vermeidet Update-Inkonsistenzen Verebung schafft Typhierarchien Überschreiben schafft Verhaltensvarianten von Klassen Überschreiben führt zu Polymorphie 20 20

21 III. TYPHIERARCHIEN UND POLYMORPHIE 21 21

22 Keine Mehrfachvererbung! Eine Klasse kann nur von einer Klasse erben aber beliebig viele Interfaces implementieren. D.h. Objekte einer Klasse können viele Typen haben. Oberklasse Interface1 Interface2 Unterklasse public class Unterklasse extends Oberklasse implements Interface1, Interface2 {.. Unterklassen-Instanzen haben folgende Typen: Unterklasse, Oberklasse, Interface1, Interface

23 Vererbung ist transitiv Eine Unterklasse kann weiter erweitert werden. Auch dadurch entstehen Mehrfachtypen Alle Java-Klassen erweitern Object. Object class A { // extends Object A class B extends A { B class C extends B { C C-Instanzen haben die Typen: C, B, A, Object 23 23

24 Object ist nicht etwa leer... Die Klasse Object enthält nützliche Methoden, wie equals() und tostring() 24 24

25 Die beliebteste Polymorphie Alle Klassen erben die Methode tostring() von Object. Jede Klasse sollte tostring() geeignet überschreiben, damit mithilfe von tostring() sinnvolle Ausgaben (v.a. Fehlermeldungen) erzeugt werden können. Pr1-8 Vererbung 25 25

26 Object ist ein universeller "Transporttyp" Einer Object-Variablen kann man (fast) alles zuweisen Zur Benutzung muss man dann eine explizite Typanpassung machen... interface Nikolaussack { void hineinstecken(object etwas); Object herausholen(); Nikolaussack sack = new SackImpl(); sack.hineinstecken(new Auto()); sack.hineinstecken("tralala"); sack.hineinstecken(new Ball()); Object irgendwas = sack.herausholen(); (Auto)irgendwas.losfahren(); // vielleicht klappt's... Object ist wie ein Geschenkkarton: Man sieht nicht, was drin ist 26 26

27 Verwendung durch den Nikolaus interface Nikolaussack { void hineinstecken(geschenk etwas); Geschenk herausholen(); Geschenk, nicht Object class Geschenk { Icon beschreibung(){ return new Icon(this.toString()); class Auto extends Geschenk { Icon beschreibung() { return new Icon(katalog.getFoto()); class Pralinen extends Geschenk { Icon beschreibung () { return new Icon(Sarotti.logo); 27 27

28 Geschenke verhalten sich polymorph public class Weihnachten { static void geschenkparade (Nikolaissack sack) { while (anfragen) { displayicon (sack.herausholen().beschreibung()); Typ Geschenk, Untertyp unbekannt Jedes Geschenk wird ein geeignetes Icon darstellen: Geschenke von Typ Auto ein Katalogfoto Geschenke vom Typ Pralinen ein Sarotti-Logo Andere Geschenke den Typnamen als Text (von Geschenk geerbte Methode beschreibung()) 28 28

29 Und wozu das Ganze? "Vererbung und Polymorphie sind der oo Schlüssel zur Faulheit". Vererbung ist der Schlüssel zur Wiederverwendung von Software: Einbinden von fremdem Code, ohne ihn zu kopieren Quellen müssen nicht bekannt sein Polymorphie ist der Schlüssel zur Verwendung allgemeiner Lösungen und ihrer Spezialisierung Viele allgemeine Algorithmen und Datenstrukturen sind für allgemeine Oberklassen (z.b. Object) definiert Durch Polymorphie sind sie auch für speziellere Typen verwendbar (Nikolaussack) Bei der Behandlung von Datenstrukturen werden wir damit arbeiten

30 Faulheit klingt gut aber man muss schon clever sein, damit es klappt

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