Klassen und ihre Beziehungen II: Einfache Vererbung und Abhängigkeit

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1 Klassen und ihre Beziehungen II: Einfache Vererbung und Abhängigkeit Martin Wirsing Ziele en Begriff der einfachen und mehrfachen Vererbung verstehen Vererbung und Redefinition von Oberklassenmethoden verstehen Vererbungspolymorphie verstehen ie Klasse Object kennenlernen 2 in Zusammenarbeit mit Matthias Hölzl, Piotr Kosiuczenko, irk Pattinson 05/ Vererbung Vererbung Klasse ist Erbe einer Klasse, falls alle Attribute und Methoden von erbt, Superklasse von in UML: T1 m() x m() Attribute von = {y Attribute von Subklasse von in Java: class extends d.h besitzt alle Methoden und Attribute von und von allen Oberklassen von. Man nennt auch allgemeiner als bzw. spezieller als. T2 y n() Methoden von = {n() Methoden von Folgerung: ie Vererbungsbeziehung ist transitiv: Wenn von B erbt, dann besitzt auch alle Attribute und Methoden von B 1

2 Beispiel: Sparkonto Vererbung Ein Sparkonto ist ein Bankkonto, bei dem Zinsen gezahlt werden: BankAccount SavingsAccount double interestrate SavingsAccount (double rate) void addinterest () 5 public class SavingsAccount extends BankAccount { private double interestrate; public SavingsAccount(double rate) { super(0); interestrate = rate; public void addinterest() { double interest = getbalance() * interestrate/100; // auf das Attribut balance kann hier Implementierung in Java //nicht zugegriffen werden deposit(interest); // geerbte Methode Zugriff auf Konstruktor der Oberklasse siehe später 6 7 Ist ist Erbe von, so gilt: Vererbung man kann von aus nicht direkt auf die privaten Attribute von zugreifen, sondern nur mittels nichtprivater (geerbter) Zugriffsmethoden von. Eine Variable der Klasse kann jede nicht-private Methode von aufrufen; Einer Variablen der Klasse kann man ein Objekt eines Nachfahren zuweisen. Beispiel: d =...; c = d; Umgekehrt kann man einer Variablen vom Typ KEIN Objekt einer Vorfahrenklasse zuweisen. Beispiel: d1 = c; //falsch! Abhängigkeitsrelation (Verwendungsrelation, engl. dependency) UML A Beispiel: In unserem Beispiel erhalten wir BankAccount 8 SavingsAccount AccountMain 2

3 9 10 Beispiel: AccountMain in Java Redefinition von Methoden public class AccountMain { public static void main(string)[] args) { SavingsAccount sparkonto = new SavingsAccount(5); BankAccount konto1 = sparkonto; //ok Sparkonto vom //spezielleren Typ konto1.deposit(1000); // ok // konto1.addinterest(); // nicht ok, da konto1 // nicht den Typ einer // Subklasse hat (SavingsAccount)konto1.addInterest(); // ok, wegen Typcast sparkonto.getbalance(); // ok, geerbte Methode konto1.getbalance(); // ok In vielen Fällen kann man die Implementierung einer Methode m nicht direkt von der Superklasse übernehmen, da z.b. die neuen Attribute in der Superklasse nicht berücksichtigt werden (können). ann ist es nötig, für die Erbenklasse eine neue Implementierung von m anzugeben. Redefinition von m in UML: Methodenkopf von m wird in der Erbenklasse noch einmal angegeben; Java: neue Implementierung für m im Erben Bemerkung: Bei der Redefinition wird die alte Methode nicht überschrieben; man kann auf sie mit der speziellen Variable super zugreifen. Genauer gesagt, greift man mit super.m() auf die nächste Methodenimplementierung in der Vererbungshierarchie zu. Redefinition von Methoden und Konstruktoren Beispiel: Girokonto Bei einem Girokonto werden bei jeder Transaktion Gebühren verlangt Redefinition nötig heckingaccount deductfees deposit withdraw BankAccount deposit withdraw getbalance SavingsAccount addinterest 11 Redefinition von Methoden Statische Konstanten, die für jede Instanz public class heckingaccount extends BankAccount von heckingaccount { private double InterestRate; private int transactionount; public static final int FREE_TRANSATIONS = 3; gelten. public static final double TRANSATIONS_FEE = 0.3; public void deposit(double d) { super.deposit(d); // Aufruf von BankAccount::withdraw transactionount++; public void withdraw(double d) { super.withdraw(d); // Aufruf von BankAccount::deposit transactionount++; 12 3

4 13 14 Redefinition von Methoden Redefinition von Konstruktoren Fortsetzung public void deductfees() { if (transactionount > FREE_TRANSATIONS) { double fees = TRANSATIONS_FEE * (transactionount - FREE_TRANSATIONS); super.withdraw(fees); transactionount = 0; Zugriff auf einen Konstruktor einer Superklasse: super(); // parameterloser Konstruktor bzw. super(p 1,...,p n ); // Konstruktor mit n Parametern Bemerkung: ieser Aufruf muß die erste Anweisung des Subklassenkonstruktors sein Redefinition von Konstruktoren Falscher Zugriff auf super Beispiel: heckingaccount public heckingaccount(double initialbalance) { super(initialbalance); // muß 1. Anweisung sein transactionount = 0; Äquivalent dazu könnte man die Methode deposit verwenden: public heckingaccount(double initialbalance) { transactionount = 0; super.deposit(initialbalance); // super.m() kann // überall im Rumpf // vorkommen Man kann mit super(...) nur auf den Konstruktor der direkten Oberklasse zugreifen, aber nicht transitiv auf Konstruktoren weiter oben liegender Klasse. ie ompilerausgabe für diesen, im folgenden Beispiel zu findenden Fehler lautet: >java.java.java:17: cannot resolve symbol symbol : constructor B (int,int) location: class B super(a, b); ^ 1 error 4

5 17 18 Redefinition von Methoden und Konstruktoren Vererbungspolymorphie und dynamisches Binden class A { A(int a, int b) { System.out.println(a); System.out.println(b); A(){ class B extends A { B(int a, int b, int c) { super(a, b); class extends B { (int a, int b, int c, int d) { super(a, b); public static void main(string args[]) { c = new (1, 2, 3, 4); Vererbungspolymorphie Man spricht von Vererbungspolymorphie, wenn eine Methode von Objekten von Subklassen aufgerufen werden kann ynamisches Binden Falls eine Methode T m(t 1 x 1,..., T n x n ) mehrere Implementierungen besitzt (die im Vererbungsbaum übereinander liegen), so wird bei einem Aufruf o.m(a 1,..., a n ) die richtige Implementierung dynamisch bestimmt und zwar sucht man ausgehend von der Klasse des dynamischen Typs von o die speziellste Methodendeklaration, auf die der Methodenaufruf anwendbar ist (genauer siehe übernächste Folie). Man nennt dies auch dynamische Bindung, da der Methodenrumpf erst zur Laufzeit ausgewählt wird m() n() m() E m() F n() Beispiel für ynamische Bindung d = exp1; //exp1 sei vom Typ d.n(); //Aufruf von n in F f = exp2; //exp2 sei vom Typ F d = f; //R-Wert von d ist Instanz von F d.m(); //Aufruf von m in E d.n(); //Aufruf von n in F Vererbungspolymorphie und dynamisches Binden ynamisches Binden Methodenaufruf in Java von o.m(a 1,...,a n )mit o vom Typ und a 1,...,a n vom Typ T 1,..., T n. Ein Methodenkopf R m(p 1,..., P n ) der Klasse heißt anwendbar auf o.m(a 1,...,a n ), wenn gleich oder allgemeiner als ist und wenn jedes P i gleich T i oder allgemeiner als T i ist (für i=1,...,n). Für den Aufruf einer Methode wird zunächst zur Übersetzungszeit der speziellste Methodenkopf R m(p 1,..., P n ) bestimmt, der auf o.m(a 1,...,a n ) anwendbar ist. Zur Laufzeit suche die speziellste Klasse mit einer Methodendeklaration mit Namen m und Parametertypen P 1,..., P n, so daß allgemeiner oder gleich ist. Wähle diese Methodendeklaration für den Aufruf. 5

6 21 22 Formen der Polymorphie Formen der Polymorphie Ad hoc Polymorphie Polymorphie Überladen oercion Parametrische Polymorphie Universelle Polymorphie Vererbunngspolymorphie Polymorphie: aus dem Griechischen: vielgestaltig Überladen 2 oder mehrere Operationen mit demselben Namen, aber verschiedener Implementierung und Semantik Beispiel: Addition auf ganzen Zahlen und Gleitpunktzahlen oercion: Automatische Typanpassung Beispiel: Anpassung von Byte nach int nach double Formen der Polymorphie ie Klasse Object Parametrische Polymorphie : er gleiche Algorithmus für mehrere Typen Beispiel: Listenalgorithmen in SML kann auf Werte beliebiger Typen angewendet werden. Vererbungspolymorphie: Eine Methode der Klasse kann auch von Objekten eines Subtyps von aufgerufen werden. Beispiel: deposit von BankAccount kann auch von Instanzen von SavingsAccount aufgerufen werden. Object ist die allgemeinste Klasse in Java. Alle Klassen sind Erben von Object. Beispiel SavingsAccount BankAccount Object Point heckingaccount Hallo 6

7 25 26 ie Klasse Object ie Klasse Object ie Klasse Object besitzt u.a. die folgenden Methoden, die man häufig benötigt: Textrepräsentation von this String tostring(): ie tostring-methode erzeugt eine Textrepräsentation einer Klasse. Im Allgemeinen ist es nötig, für selbstdefinierte Klassen eine tostring-methode zu definieren. Object String tostring() boolean equals(object o)... n n Vergleich zweier Objekte Beispiel: BankAccount String tostring() { return BankAccount[balance is + balance + ] ; ie Klasse Object boolean equals(object o): equals vergleicht die Objektreferenzen von this und o. this o1 o2 : a = null b = 100 this.equals(o1) == true this.equals(o2) == false : a = null b = Zusammenfassung ie Abhängigkeitsbeziehung gibt an, daß Symbole der Klasse verwendet. ie Vererbungsbeziehung hat folgende Eigenschaften: Für Variablen gilt: a) Jedes Attribut von ist automatisch Attribut von. Möglicherweise kann man aber auch von nicht direkt darauf zugreifen! b) Ein neu definiertes Attribut von ist nicht Attribut von. c) Einer lokalen Variablen oder einem Parameter der Klasse kann ein Objekt der Klasse zugewiesen werden (aber nicht umgekehrt, dazu ist ein gültiger ast nötig!) 28 7

8 Zusammenfassung 29 Für Methoden gilt: a) Jede Methode von ist automatisch eine Methode von und kann daher mit Objekten von aufgerufen werden (Vererbungspolymorphie). Eine Methode von kann aber nicht von einer lokalen Variablen vom Typ aufgerufen werden. b) Soll in einem Methodenrumpf auf die Methode der Superklasse zugegriffen werden, verwendet man spezielle Variable super. c) In der Subklasse können Methoden redefiniert werden. Solche Methoden müssen im UML-iagramm der Klasse explizit genannt werden. 8