Klassen und Methoden

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1 Klassen und Methoden Strukturierung von Daten und Programmen in Java strukturiertes Programmieren Der "prozedurale" Teil von Java wurde im vorigen Abschnitt behandelt. Um größere Projekte zu bearbeiten ist eine Strukturierung von Daten und Anweisungen unerläßlich. Kombination von Daten zu zusammengehörigen Datensätzen Verbindung der Datem mit Methoden zur Datenmanipulation Zerlegung des Programms in kleine überschaubare Einheiten (Klassen) Kapselung der Implementationsdetails in den betroffenen Klassen Wiederverwendung (Vererbung) von bereits generiertem Code getrennte Übersetzung der einzelnen Klassen effiziente Fehlerbehandlung gute Wartbarkeit

2 elementarer Typ Typen im Vergleich Referenztyp Feld Referenztyp Objekt Deklaration int i ; String[ ] Args ; Zaehler z ; // i == 0 i = 4711 // Args == null Args = new String[3] ; Args = new String []{ Test, Nr., 6 ; Zugriff i = (i + 2)*i i = Integer.parseInt(Args[2]); //String als int lesen Initialisierung Speicher- Inhalt eine Wert des entsprechenden Typs eine Referenz (Speicheradresse) auf ein Feld // z == null z = new Zaehler() ; z = new Zaehler(17); z.inkrementiere ; i = z.wert() ; eine Referenz (Speicheradresse) auf ein Objekt Methoden Methoden sind Programmstücke mit einem Namen und sind an Klammern (... ) hinter dem Namen erkennbar. Unter ihrem Namen kann eine Methode aufgerufen werden. Jede Methode verwaltet die ihr beim Aufruf in (..) übergebenen Parameter. Der Name der Methode und die Typen (=Klassennamen) der Parameter bilden die Signatur der Methode. Eine Methode kann einen Wert zurückgeben, dieser kann Wert eines elementaren Typs sein oder ein Objekt ( = Verweis auf einen komplexeren Datensatz). Keine Rückgabe wird durch void angedeutet. Eine Methode verändert meist die ihr übergebenen Parameter (Seiteneffekte).

3 Beispiel :Methoden Beispiel: out.println("variable x = " + x); out : Objekt out, das die Methode ausführt. Punktnotation. println : Name der Methode. "Variable x = " + x : String-Parameter, der der Methode übergeben wird. ; Abschluß der Methode. Beispiel: z.incrementiere(); z : Objekt z, das die Methode ausführt. Punktnotation. increment : Name der Methode. () : leere Parameterliste. ; Abschluß der Methode. Blöcke Wir haben schon gesehen, daß man zusammengehörige Anweisungen durch { -Klammerung zu einem Block (einer Anweisung) zusammenfassen kann. Über diese reine Strukturierung hinaus kann man Blöcke auch als eine Art Methoden auffassen, die jedoch keinen Namen und keine eigene Parameterverwaltung besitzen. Da ein Block keinen Namen besitzt, kann er an anderer Stelle nicht wieder aufgerufen werden, er ist deshalb als Methode nur für einmalige Aktionen, insbesondere für Initialisierungen geeignet.

4 Klassen Eine Klasse ist ein Referenz-Datentyp, der neben seinem Datenbereich auch Methoden zur Behandlung dieser Daten besitzt. Klasse Datenbereich Klassenvariablen (static) Instanzvariablen Methoden Klassenmethoden (static) Instanzmethoden eingebettete Klassen class Rechnung { static long nr = 0; final long nummer = ++nr; Date datum = new Date();... Was bedeutet das Wort static? Was bedeutet das Wort final? Beispiel : Rechnung (1)

5 Objekte Klassen legen definitorisch die Eigenschaften von den in ihnen verwalteten Datensätzen fest (Datentypen). Objekte sind dann Instanzen (Realisationen) von Klassen, in denen die Datensätze gemäß der Klassendefinition konkret angelegt und mit Werten besetzt werden (Variablen des Datentyps der Klasse). Ein Objekt hat (bis auf Ausnahmefälle) einen Namen unter dem eine Referenz (Zeiger, Verweis) auf den zugehörigen Datensatz im Speicher festgelegt ist. Unter dem Objektnamen kann (mit Punktnotation) auf die einzelnen Datenbereiche wie auch auf die Methoden des Objekts zugegriffen werden, soweit es die von Java kontrollierten Zugriffsrechte zulassen. Beispiel: Rechnung (2) Die Klasse Rechnung beschreibt, wie eine Rechnung auszusehen hat, ihre Instanzen (mit new erzeugt) sind dann konkrete Rechnungen. Das Wort static vor der long Zahl nr bedeutet, daß sie zur Klasse gehört und deshalb nur einmal für alle Instanzen gemeinsam erzeugt wird. Alle Variablen ohne die Modifikation static sind Instanzvariablen, d.h. sie werden beim Erzeugen einer Instanz speziell für diese Instanz neu erzeugt und nur von ihr verwaltet. Das Wort final vor der long Zahl nummer bedeutet, daß diese Zahl zwar gelesen, aber außer bei der Initialisierung nicht mehr beschrieben werden kann (sie ist konstant).

6 Interaktion von Objekten Jedes Java Programm erzeugt beim Ablauf verschiedene Objekte, die jeweils ihren eigenen Datenbereich besitzen und ihre Dienste anderen Objekten in Form von Methoden anbieten. ein Methodenaufruf besteht also aus der Übertragung der Parameter (-Referenzen) an das anbietende Objekt, das dann mit Zugriff auf diese Parameter die angeforderte Methode ausführt. Ein Sytem von Zugriffsberechtigungen, die über die Zusätze private, public, protected modifiziert werden können, ermöglicht eine ausgefeilte Sicherheitsstruktur in Java Programmen. //Parameter.java import java.io.*; Beispiel: Parameter (1) class Parameter { static void m(int i, Zaehler z) { i++ ; z.inkrementiere(); static void main(string[] args) { PrintWríter out = new PrintWriter(System.out, true); int a = 2; Zaehler b = new Zaehler(); b.wert = 2; out.println(a + " " + b.wert()); m(a,b); out.println(a + " " + b.wert());

7 Beispiel: Parameter (2) In main werden zunächst out, a und b deklariert und initialisiert, dann der Zähler b auf 2 gesetzt. a und der Zählerwert 2 werden ausgegeben. Der Aufruf von m erzeugt neue Elemente i und z die durch Parameterübergabe mit den Werten 2 und (Zeiger auf) b initialisiert werden i wird erhöht a 2 b z.wert (b.wert) wird erhöht wert beim Verlassen von m 23 werden i, z aufgegeben. i 23 z Die Ausgabe liefert nun 2 3, weil a nicht geändert wurde, aber b.wert. Variablen treten uns in Java in folgenden Rollen entgegen: 1.Klassenvariablen, die einmal pro Klasse angelegt werden. Variablen 2.Instanzvariablen, die für jedes Objekt neu angelegt werden. 3.Feldkomponenten, die bei der Erzeugung eines Feldes angelegt werden. 4.Methodenparameter,sie werden beim Aufruf der Methode angelegt und nach Abarbeitung des Methodenrumpfes aufgegeben. 5. Methoden-Rückgabe, sie ist unbenannt uns steht nur noch unmittelbar nach Abarbeitung des Methodenrumpfes für eine Zuweisung zur Verfügung, danach wird sie aufgegeben. 6.lokale Variablen eines Blocks (z.b. for-anweisung), die im Block angelegt und beim Verlassen des Blocks aufgegeben werden.

8 Klassendeklaration Durch eine Klassendeklaration wird ein neuer Referenztyp definiert. Er besteht aus folgenden (z.t. optionalen) Bestandteilen: 1.opionale Modifizierer (z.b. static, public, abstract, final,...), die spezielle Attribute (Zugriffsrechte) der Klasse festlegen 2.das Schlüsselwort class 3.Name, einem Bezeichner, mit dem die Klasse benannt wird. 4.optionales extends mit nachfolgendem Klassennamen 5.optionales implements mit nachfolgender Liste von Interfacenamen. 6.der Klassen-Rumpf, der die Deklarationen einer beliebigen Anzahl von Variablen, Initialisierungen, Methoden, Konstruktoren und eingebetteten Klassen enthält. Methodendeklaration Durch eine Methodendeklaration wird eine neue Methode definiert. Sie besteht aus folgenden (z.t. optionalen) Bestandteilen: 1.opionale Modifizierer (z.b. static, public, abstract, final,...), die spezielle Attribute (Zugriffsrechte) der Methode festlegen 2.void oder dem Typ des Resultats, das die Methode zurückgibt 3.Name, einem Bezeichner, mit dem die Methode benannt wird. 4.in ( ) eingeschlpossene Liste der Methodenparameter mit ihrem Typ. Die Klammern ( ) müssen auch stehen, wenn die Parameterliste leer ist! 5.optionale throws -Klausel, die anzeigt, welche Ausnahmen (Fehler) durch einen Aufruf der Methode ausgelöst werden könnten. 6.der Methoden-Rumpf, der die Folge von Anweisungen (durch ; getrennt) enthält, die die Funktionalität der Methode ausmachen.

9 Beispiel Timer (1) 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 +" sek\n" ; Nun kann timer wie jeder andere Typ (z.b. int,..) benutzt werden Zugriffe Innerhalb einer Klasse kann man auf deren Elemente mit deren Namen zugreifen: Class Zugriff { void g(){...f();...; void f(){... Auf Elemente, die nicht in der Klasse deklariert sind, muß das Element mit dem Namen des Objektes (bzw. der Klasse) referenziert sein (Punkt-Notation), aus dem das Element angesprochen wird. system.out.println(min+"."+sec+","+msec+" sek");

10 Wertübergabe Methoden (z.b. zeigean) können auch Werte übergeben Beispiel: in Timer wird noch eine Methode eingefügt: int[] liesab() { int[] werte = {min, sec, msec;//lokale Variable return werte; Diese Methode erzeugt ein Integerfeld (lokale Variable), das mit den aktuellen Angaben aus Timer initialisiert wird und dann so ausgegeben wird (return-anweisung). Zum Abschluß von liesab steht eine Referenz auf das Feld für eine Zuweisung oder Parameterübergabe bereit, die lokale Variable werte wird dabei aufgegeben. Klassenmethoden Auch Methoden können mit dem Modifikator static der Klasse (nur indirekt ihren Instanzen) zugeordnet werden, sofern sie ausschließlich Klassenvariablen, ihre Parameter und lokale Variablen verwenden. vgl. dazu Parameter.m und die main-methoden. Klassenmethoden können schon aufgerufen werden, bevor eine Instanz der Klasse erzeugt wurde (z.b. main) Deshalb können Klassenmethoden auch nur auf Klassenvariablen und nicht auf Instanzvariablen zugreifen. Beispiele sind etwa: Math.random, Math.sqrt, Integer.parseInt, System.out.println, System.in.readLine

11 Konstruktor Wieso stehen nach new hinter dem Klassennamen Klammern () wie bei einer Methode? Es gibt eine Methode ohne Parameter (den Konstruktor), die genauso heißt wie die Klasse (wo?) und bei new wird der Konstruktor aufgerufen. Java stellt automatisch den "Standardkonstruktor" zur Verfügung, wenn der Programmierer keinen schreibt (sonst wird der Standardkonstruktor überschrieben). Man kann auch mehrere Konstruktoren für eine Klasse schreiben, wenn sie sich in ihren Parameter-typen unterscheiden ( überladen). Konstruktoren sind zur Initialisierung und Einrichtung der Instanzvariablen da, sie können deshalb nicht static sein. Konstruktor als Methode Der Konstruktor trägt den Namen der Klasse und hat keinen Rückgabetyp (denn der steckt in seinem Namen). Ein Konstruktor kann von new aufgerufen werden oder explizit als erste Anweisung von einem anderen Konstruktor aufgerufen werden. Ein Konstruktor besitzt keine return-anweisung obwohl er mit new ein Objekt (Referenz) des gleichnamigen Typs zurückgibt. Ein Konstruktor wird ausschließlich bei der Neueinrichtung (new) einer Instanz der gleichnamigen Klasse verwendet. Hat eine Klasse keinen expliziten Konstruktor, gibt Java ihr automatisch den Standardkonstruktor, der alle Instanzvariablen mit Nullwerten initialisiert.

12 Beispiel Timer (2) Zur Klasse Timer könnte man z.b. folgende Konstruktoren konzipieren: Timer(int m, int s, int t ) { min = m ; sec = s, msec = t Timer() {this.timer(0,0,0) Timer(String s) { this.timer(0,0,0) ; int i = 0; while((s.charat(i)!='.')&(i<s.length()) min =10*min + s.charat(i++) - '0' ; i++; while((s.charat(i)!=',')&(i<s.length()) sec =10*sec + s.charat(i++) - '0' ; i++; while(i<s.length() msec =10*msec + s.charat(i++) - '0' ; //Eingabe in der Form m.. m.s.. s,t.. t Überladen von Methoden Wie bei Konstruktoren können auch andere Methoden überladen werden, d.h. es kann mehrere Methoden mit demselben Namen geben. Zwei Methoden desselben Namens (in einer Klasse) müssen sich durch ihre Signatur (die Folge der Typen ihrer Parameter) unterscheiden. String repeat(string s, int mal){... String repeat(int mal, String s){... sind zulässig int ggt(int x, int y){... int ggt(int u, int v){... //unzulässig, da gleiche Signatur int verschiebe(int dx, int dy){.... void verschiebe(int dx, int dy){... //unzulässig, da gleiche Signatur (Rückgabetyp gehört nicht zur Signatur!)

13 initialisierung von Klassen Konstruktoren initialisieren die Instanzen von Klassen, aber was ist mit den Klassenvariablen? Gewöhnlich initialisiert man Klassenvariablen bei ihrer Deklalration, man kann aber auch einen oder mehrere Blöcken mit dem static-modifikator davor verwenden, um komplexere Initialisierungen der Klasse (vor der ersten Instanziierung) durchzuführen. static {... nennt man daher auch static Initialisierer. Diese Initialisierer werden häufig dann eingesetzt, wenn Resourcen, wie z.b. Dateien Netzanbindungen etc., für die Klasse und ihre Instanzen bereitgestellt werden müssen. Objektzerstörung Bevor ein Objekt aufgegeben wird kann es nötig sein, die für dieses Objekt bereitgestellten Resourcen freizugeben. Für diesen Zweck gibt es eine Methode finalize, die in der Form: protected void finalize() throws Throwable {... definiert sein muß. Es macht keinen Sinn, für die Speicherrückgabe einen Finalizer zu definieren, aber für ander Resourcen wie Drucker, Netzwerk, Dateien ist eine Rückgabe vor Beendigung angebracht. finalize wird automatisch vor der Aufgabe des Objektes aufgerufen.

14 Javas Wertaufruf-Parameter Java kennt für die Methodenparameter ausschließlich den Wertaufruf, d.h. der Parameter wird der Methode als berechneter Wert übergeben und daher kann die Methode den Parameter nicht verändern. Da aber bei allen Typen, außer den elementaren Typen, dieser unveränderliche Wert die Referenz auf das Objekt ist, bedeutet das, daß keine Methode die Objekte selbst verändern kann, wohl aber (mittels dieser Referenz) die Eigenschaften(Variablen) des übergebenen Objekts) void swap(x x, X y) {X temp = new X(); temp = x; x=y; y=temp; hat keinerlei Effekt auf die übergebenen Parameter!! void incr(timer y){y.tick(); erhöht die Zeitangabe um eine msec. Referenz-Aufruf Da für alle nicht elementaren Typen immer Referenzen als Parameter übergeben werden, handelt es sich dabei praktisch um einen Referenzaufruf. Will man bei elementaren Parametertypen trotzdem den Effekt des Referenzaufrufs erzeugen ( Werte verändern ), so muß man statt der elementaren Datentypen boolean, byte, char, short, int, long, float, double deren Hüllklassen Boolean, Byte, Character, Short, Integer, Long, Float und Double verwenden, die jeweils einen Zeiger auf ein Feld des jeweiligen Typs realisieren. Verwendung: Integer x = new Integer(1234) int i = x.intvalue()