Programmiertechnik Klassenvariablen & Instantiierung

Transkript

1 Programmiertechnik Klassenvariablen & Instantiierung Prof. Dr. Oliver Haase Oliver Haase Hochschule Konstanz 1

2 Klassenvariablen Zur Erinnerung: Klassen bestehen aus Variablen und Methoden; beide zusammen sind die Komponenten einer Klasse. Zur Erinnerung: Es gibt Klassenkomponenten und Instanzkomponenten. Klassenkomponenten gehören der gesamten Klasse (es existiert nur eine Kopie der Komponente), Instanzkomponenten gehören zu einer Instanz (einem Objekt) der Klasse (es existiert eine Kopie pro Instanz). Zur Erinnerung: Klassenkomponenten enthalten das Schlüsselwort static in der Deklaration, Instanzkomponenten nicht. Oliver Haase Hochschule Konstanz 2

3 Klassenvariablen Das ergibt 4 Arten von Komponenten: hier behandelt Klassenvariablen Instanzvariablen erste behandelte Methoden in dieser Vorlesung Klassenmethoden Instanzmethoden behandelt im Kontext der Objektorientierung (ein Objekt besteht aus Daten (Instanzvariablen) und Verhalten (Instanzmethoden) Eine Klassenvariable existiert nur einmal für die ganze Klasse; alle Instanzen (Objekte) teilen sich die gemeinsame Kopie! Oliver Haase Hochschule Konstanz 3

4 Beispiel Aufgabe: Aufbauend auf der Klasse Student, zähle die Zahl der instantiierten Studentenobjekte. Beobachtung: Diese Zahl (zaehler) ist keine Eigenschaft eines einzelnen Objekts, sondern der Gesamtklasse Klassenvariable! public class Student { private static int zaehler = 0; private String name; private int nummer; // Matrikelnummer public String getname() { return name; public void setname(string name) { this.name = name; public int getnummer() { return nummer; public void setnummer(int n) { nummer = n; Oliver Haase Hochschule Konstanz 4

5 Beispiel Ausgabe des Zählers als Klassenmethode: public class Student { private static int zaehler = 0; private String name; private int nummer; // Matrikelnummer public static int getzaehler() { return zaehler; public String getname() { return name; public void setname(string name) { this.name = name; public int getnummer() { return nummer; public void setnummer(int n) { nummer = n; Benutzung: System.out.println(Student.getZaehler()); Oliver Haase Hochschule Konstanz 5

6 Beispiel Setzen des Zählers: public class Student { private static int zaehler = 0; private String name; private int nummer; // Matrikelnummer public static Student createstudent() { zaehler++; return new Student(); public static int getzaehler() { return zaehler; public String getname() { return name; public void setname(string name) { this.name = name; public int getnummer() { return nummer; public void setnummer(int n) { nummer = n; Oliver Haase Hochschule Konstanz 6

7 Konstanten Aufgabe: Erweitere Klasse Student um ein weiteres Attribut für das Studienfach, gemäß der folgenden Tabelle: Studienfach Architektur 3 Biologie 5 Germanistik 7 Geschichte 6 Informatik 2 Mathematik 1 Physik 9 Politologie 8 Wirtschaftswissenschaften 4 Verwaltungsnummer Oliver Haase Hochschule Konstanz 7

8 Konstanten Erweiterte Klasse Student: public class Student { private static int zaehler = 0; private String name; private int nummer; // Matrikelnummer private int fach; public int getfach() { return fach; public void setfach(int fach) { this.fach = fach; Oliver Haase Hochschule Konstanz 8

9 Konstanten Benutzung der erweiterten Klasse Student: Student student = Student.createStudent(); student.setname("karla Karlson"); student.setnummer(12345); student.setfach(9); Probleme: student.setfach(9) sagt nichts aus ohne Tabelle ( 9 = Physik). Auch unzulässige Fachnummern können eingegeben werden, etwa durch Vertippen. Oliver Haase Hochschule Konstanz 9

10 Konstanten Idee: Deklariere geeignete Konstanten. Syntaxregel public final static <Typ> <VariablenName> = <Wert>; Das Schlüsselwort final markiert die Variable als unveränderlich. Der Versuch, den Wert dennoch nachträglich zu ändern, führt zu einem Kompilierfehler! Per Konvention werden alle Buchstaben einer Konstanten groß geschrieben. Oliver Haase Hochschule Konstanz 10

11 Konstanten Anwendung auf Klasse Student: public class Student { public final static int MATHEMATIK = 1; public final static int INFORMATIK = 2; public final static int ARCHITEKTUR = 3; public final static int WIRTSCHAFT = 4; public final static int BIOLOGIE = 5; public final static int GESCHICHTE = 6; public final static int GERMANISTIK = 7; public final static int POLITOLOGIE = 8; public final static int PHYSIK = 9; private int fach; public int getfach() { return fach; public void setfach(int fach) { this.fach = fach; Oliver Haase Hochschule Konstanz 11

12 Konstanten Benutzung der nochmals erweiterten Klasse Student: Student student = Student.createStudent(); student.setname("karla Karlson"); student.setnummer(12345); student.setfach(student.physik); Die Konstante PHYSIK ist (wie die anderen Fächerkonstanten auch) eine Klassenvariable und wird deshalb als <KlassenName>.<Konstante>, d.h. Student.PHYSIK, angesprochen. Oliver Haase Hochschule Konstanz 12

13 Konstanten Rückgabe des Studienfachs als String: public String getfachalsstring() { switch ( fach ) { case MATHEMATIK: return "Mathematik"; case INFORMATIK: return "Informatik"; case ARCHITEKTUR: return "Architektur"; case WIRTSCHAFT: return "Wirtschaft"; case BIOLOGIE: return "Biologie"; case GESCHICHTE: return "Geschichte"; case GERMANISTIK: return "Germanistik"; case POLITOLOGIE: return "Politologie"; case PHYSIK: return "Physik"; default: return "unbekanntes Fach"; Oliver Haase Hochschule Konstanz 13

14 Objekt-Instantiierung Oliver Haase Hochschule Konstanz 14

15 Motivation Mit der Methode createstudent() wurde versucht, auf die Objekterzeugung Einfluss zu nehmen. D.h. jedes Mal, wenn ein neues Student-Objekt erzeugt wird, sollte die Klassenvariable zaehler um 1 erhöht werden. Das funktioniert, solange Benutzer der Klasse Student die Methode createstudent() verwenden, um neue Student- Objekte zu erzeugen. Aber: Das geht schief, wenn ein Benutzer ein Student-Objekt direkt erzeugt (Zähler wird nicht erhöht): Student student = new Student(); Idee: Kodiere die erweiterte Funktionalität (Erhöhen des Zählers) direkt in die Objekterzeugung mit new, so dass sie nicht umgangen werden kann. Oliver Haase Hochschule Konstanz 15

16 Konstruktor Bei der Erzeugung eines neuen Objekts mit dem new-operator wird intern ein Konstruktor aufgerufen. Syntaxregel public <KlassenName>(<FormaleParameter>) { // hier stehen die eigentlichen Anweisungen Bei einem Konstruktor entfällt die Angabe des Rückgabetyps (es wird immer ein Objekt der betreffenden Klasse zurückgegeben). Ein Konstruktor hat immer den Namen der betreffenden Klasse. <FormaleParameter> ist eine Liste von Eingabeparameter, genau wie bei jeder normalen Methode auch. Oliver Haase Hochschule Konstanz 16

17 Default-Konstruktor Wenn und nur wenn der Programmierer für die Klasse MyClass keinen Konstruktor implementiert, stellt Java automatisch einen "leeren" Default-Konstruktor bereit, der nichts tut: public MyClass() { Bisher haben wir immer den Default-Konstruktor zur Objekt- Instantiierung verwendet. Das gilt insbesondere auch für die Klasse Student. Oliver Haase Hochschule Konstanz 17

18 Default-Konstruktor Nun wollen wir unseren eigenen Konstruktor für die Klasse Student schreiben, der die Funktionalität der Klassenmethode createstudent() haben soll, d.h. den Studentenzähler hochzählt: public Student() { zaehler++; Damit wird die Methode createstudent() obsolet. Vorteil: createstudent() kann umgangen werden, der Konstruktor nicht! Oliver Haase Hochschule Konstanz 18

19 Überladen von Konstruktoren Annahme: Wir wollen die Klasse Student um ein weiteres Attribut geburtsjahr erweitern: public class Student { private static int zaehler = 0; private String name; private int nummer; // Matrikelnummer private int geburtsjahr; public int getgeburtsjahr() { return geburtsjahr; Aber: Das Geburtsjahr ist nicht veränderlich, deshalb keine Set- Methode! Oliver Haase Hochschule Konstanz 19

20 Überladen von Konstruktoren Das Attribut geburtsjahr soll nur im Konstruktor gesetzt werden: public class Student { public Student() { zaehler++; geburtsjahr = 1990; Problem: Nicht alle Studenten sind 1990 geboren Oliver Haase Hochschule Konstanz 20

21 Überladen von Konstruktoren Lösung: 2. Konstruktor, der das Geburtsjahr als Eingabeparameter erwartet: public class Student { public Student() { zaehler++; geburtsjahr = 1990; public Student(int geburtsjahr) { zaehler++; this.geburtsjahr = geburtsjahr; Beachte: Auch Konstruktoren können überladen werden, genauso wie jede andere Methode! Instantiierung: Student student = new Student(1991); Oliver Haase Hochschule Konstanz 21

22 this() Der parameterlose Konstruktor Student() ist ein Spezialfall des parameterbehafteten Konstruktors Student(int geburtsjahr); das Geburtsjahr wird auf einen speziellen Defaultwert gesetzt. Ähnlich gilt oft, wenn Konstruktoren mit verschieden langen Parameterlisten existieren: Konstruktor mit den meisten Parametern ist der allgemeinste Benutzer können viele Attribute bei der Objekterzeugung selbst bestimmen. Konstruktor mit den wenigsten Parametern ist der speziellste viele Attribute werden auf Defaultwerte gesetzt. In diesen Fällen ist es sinnvoll, speziellere Konstruktoren durch allgemeinere auszudrücken. Oliver Haase Hochschule Konstanz 22

23 this() Beispiel: public class Student { public Student() { this(1990); public Student(int geburtsjahr) { zaehler++; this.geburtsjahr = geburtsjahr; Mit Hilfe von this() kann von einem Konstruktor aus und nur von dort! ein anderer aufgerufen werden. Der Aufruf mit this() muss die erste Anweisung in Student() sein. Oliver Haase Hochschule Konstanz 23

24 Objekterzeugung Angenommen, die Klasse Student sähe wie folgt aus: public class Student { private static int zaehler = 0; private String name = "John Doe"; private int nummer; // Matrikelnummer private int geburtsjahr; public Student() { name = "Namenlos"; Welchen Namen würde das folgende Programmfragment ausgeben? Student student = new Student(); System.out.println(student.getName()); Oliver Haase Hochschule Konstanz 24

25 Objekterzeugung Was genau geschieht, wenn ein neues Objekt erzeugt wird? 1. Das Java Laufzeitmaschine die virtuelle Java-Maschine reserviert einen Speicherblock, der groß genug für alle Instanzvariablen des Objekts ist. 2. Alle Instanzvariablen werden mit ihren Defaultwerten initialisiert. Datentyp Defaultwert Ganzzahl 0 Gleitkommazahl 0.0 char (char) 0 boolean false Referenzdatentyp null * * Referenz, die nirgendwo hin verweist. Oliver Haase Hochschule Konstanz 25

26 Objekterzeugung 1. Der Konstruktor wird mit den übergebenen aktuellen Parametern aufgerufen. Hierbei wird wie folgt vorgegangen: a) Wenn der Konstruktor nicht mit einem this()-aufruf beginnt, dann rufe den parameterlosen Konstruktor der Superklasse auf; initialisiere alle Instanzvariablen, die mit Initialisierern deklariert sind, mit den entsprechenden Werten. Beispiel: private String name = "John Doe"; führe den Konstruktorrumpf aus. b) Wenn der Konstruktor mit einem this()-aufruf beginnt, dann rufe den entsprechenden Konstruktor derselben Klasse auf. Dies führt implizit zu einer verschachtelten Ausführung von Schritt 3; führe den Konstruktorrumpf aus. Oliver Haase Hochschule Konstanz 26

27 Ablaufdiagramm Konstruktor bearbeiten Beginnt K'tor mit this? nein ja Konstruktor der Superklasse bearbeiten entsprechenden Konstruktor bearbeiten Initialisierer anwenden Rumpf ausführen Oliver Haase Hochschule Konstanz 27

28 Objekterzeugung Zurück zur Eingangsfrage: public class Student { private static int zaehler = 0; private String name = "John Doe"; private int nummer; // Matrikelnummer private int geburtsjahr; public Student() { name = "Namenlos"; Student student = new Student(); System.out.println(student.getName()); Namenlos Konsole Oliver Haase Hochschule Konstanz 28

29 The End Oliver Haase Hochschule Konstanz 29