Beispiel: (Vererbung) Vererbung. Begriffsklärung: (Vererbung) Feststellungen: Vererben von Attributen: Hinzufügen von Attributen:

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1 5.3.3 Vererbung Begriffsklärung: (Vererbung) Vererbung (engl. inheritance) im engeren Sinne bedeutet, dass eine Klasse Programmteile von einer anderen übernimmt. Die erbende Klasse heißt Subklasse, die vererbende Klasse heißt Superklasse. In Java sind die ererbten Programmteile Attribute, Methoden und geschachtelte Klassen, nicht vererbt werden Klassenattribute, Klassenmethoden und Konstruktoren. In Java ist die Subklasse immer ein Subtyp des Typs der Superklasse. Vererbung unterstützt Spezialisierung durch: - Hinzufügen von Attributen (Zustandserweiterung) - Hinzufügen von Methoden (Erweiterung der Funktionalität) - Anpassen, Erweitern bzw. Reimplementieren von Supertyp-Methoden (Anpassen der Funktionalität) A. Poetzsch-Heffter, Universität Kaiserslautern 647 Beispiel: (Vererbung) class Person { String name; int gebdatum; /* Form JJJJMMTT */ void drucken() { System.out.println("Name: "+ this.name); System.out.println("Gebdatum: "+gebdatum); boolean hat_geburtstag ( int datum ) { return (gebdatum%10000)==(datum%10000); Person( String n, int gd ) { name = n; geburtsdatum = gd; class Student extends Person { int matrikelnr; int semester; void drucken() { super.drucken(); System.out.println("Matnr: "+ matrikelnr); System.out.println("Semzahl: "+ semester); Student(String n,int gd,int mnr,int sem) { super( n, gd ); matrikelnr = mnr; semester = sem; A. Poetzsch-Heffter, Universität Kaiserslautern 648 Vererben von Attributen: public int a = 0; int b = 1; private int c = 2; static int d = 3; int getc() { return c; int getb() { return b; public class Attributvererbung { System.out.println("a,D-Obj:"+ dv.a); System.out.println("b,D-Obj:"+ dv.getb()); System.out.println("c,D-Obj:"+ dv.getc()); System.out.println("C.d: "+ C.d); D.d = 13; System.out.println("D.d: "+ D.d); System.out.println("C.d: "+ C.d); Feststellungen: Objekte der Subklassen haben für alle nicht-statischen Attribute der Superklasse eine objektlokale Variable. Statische Attribute werden nicht in dem Sinn vererbt, dass die Subklasse eine eigene Klassenvariable bekommt. Vererbung ist transitiv. Hinzufügen von Attributen: Um den Zustandsraum in Subklassenobjekten zu erweiteren, können Attribute hinzugefügt werden: public int a = 0; int b = 1; private int c = 2; int getc() { return c; public int e = 10; int b = 11; public int c = 12; A. Poetzsch-Heffter, Universität Kaiserslautern A. Poetzsch-Heffter, Universität Kaiserslautern 650

2 Folgendes Fragment demonstriert den Zugriff auf die Attribute: public class Zustandserweiterung {... dv.e // deklariertes e... dv.b // deklariertes b... dv.c // deklariertes c... dv.a // ererbtes a... ((C)dv).b // ererbtes b... dv.getc() // ererbtes c Feststellungen: Attribute können ererbte Attribute gleichen Namens verschatten. Dies sollte vermieden werden, kann aber nicht ausgeschlossen werden. Attribute werden statisch gebunden. D.h. : Maßgebend ist der (statische) Typ des selektierten Ausdrucks und nicht der Typ des Objekts, dass sich bei Auswertung des Ausdrucks ergibt. Vererben von Methoden: public int ma(){ return 0; int mb(){ return 1; private int mc(){ return 2; static int md(){ return 3; int getc() { return mc(); public class Methodenvererbung { System.out.println("ma: " + dv.ma() ); System.out.println("mb: " + dv.mb() ); System.out.println("mc: " + dv.getc() ); System.out.println("D.md: "+ D.md() ); Feststellung: Alle Methoden der Superklasse arbeiten auch auf den Objekten der Subklasse. Vererbt werden aber nur die Methoden, die in der Subklasse zugreifbar sind A. Poetzsch-Heffter, Universität Kaiserslautern A. Poetzsch-Heffter, Universität Kaiserslautern 652 Hinzufügen von Methoden: Um die Funktionalität von Subklassenobjekten zu erweitern, können Methoden hinzugefügt werden: public int ma(){ return 0; int mb(){ return 1; private int mc(){ return 2; int getc() { return this.mc(); public int me(){ return 10; public int mc(){ return 12; public class MethodenHinzufuegen { System.out.println("me: " + dv.me() ); System.out.println("mc: " + dv.mc() ); System.out.println("C:mc:"+ dv.getc() ); Feststellung: Auch bei den Methoden kann es zur Verschattung kommen A. Poetzsch-Heffter, Universität Kaiserslautern 653 Anpassen von Methoden: In vielen Fällen ist es nötig, die Implementierung einer Methode der Superklasse in der Subklasse anzupassen, insbesondere um den erweiterten Zustand mit zu berücksichtigen. In den meisten objektorientierten Programmiersprachen geschieht die Anpassung durch einen Mechanismus, den man Überschreiben nennt: Begriffsklärung: (Überschreiben) Überschreiben (engl. overriding) einer ererbten Methode m der Superklasse bedeutet, dass man in der Subklasse eine neue Deklaration für m angibt. Die überschreibende Methode muss in Java die gleiche Signatur wie die überschriebene haben und mindestens so zugreifbar sein. Die überschriebene Methode muss zugreifbar sein und kann durch super -Aufrufe benutzt werden: super.<methodenname>( <AktParam1>,...) Der aktuelle implizite Parameter eines Super-Aufrufs ist der aktuelle implizite Parameter der aufrufenden Methode A. Poetzsch-Heffter, Universität Kaiserslautern 654

3 Beispiel: (Überschreiben) private int a = 0; public void drucke(){ System.out.println("a: " + a); this.spruch(); public void spruch() { System.out.println("Er erblich."); private int b = 1; public void drucke(){ super.drucke(); System.out.println("b: " + b); this.spruch(); public void spruch() { System.out.println("erblich vorbelastet"); Beachte: Überschreiben findet nur statt, wenn die Methode in der Subklasse zugreifbar ist. Konstruktoren und Vererbung: Konstruktoren werden in Java nicht vererbt; d.h. wenn eine Subklasse keinen eigenen Konstruktor deklariert, steht nur der default-konstruktor zur Verfügung. Jeder Konstruktor kann in seiner ersten Anweisung einen Konstruktor der Superklasse aufrufen. Impliziter Parameter ist das neu erzeugte Objekt (Syntax siehe Beispiel). Fehlt ein expliziter Aufruf eines Superklassen- Konstruktors, wird implizit der Konstruktor mit leerer Parameterliste aufgerufen. Gibt es keinen solchen Konstruktor oder ist er nicht zugreifbar, meldet der Übersetzer einen Fehler. public class UeberschreibenTest { dv.drucke(); A. Poetzsch-Heffter, Universität Kaiserslautern A. Poetzsch-Heffter, Universität Kaiserslautern 656 Beispiel: class Superklasse { String a; int b; Superklasse(){ a = "\"Java ist "; Superklasse( int i ){ a = "Auch "+ new Integer(i).toString(); class Subklasse extends Superklasse { Subklasse( String s ){ a = a + s; (zum Umgang mit Konstruktoren) Subklasse( int i, int j ){ super(i*j); a = a + " Wiederholungen machen Legenden"; class VererbungsTest { public static void main( String[] args ){ Subklasse sk = new Subklasse("einfach.\""); System.out.println( sk.a ); sk = new Subklasse(100,10); System.out.print( sk.a ); System.out.println(" nicht wahr."); A. Poetzsch-Heffter, Universität Kaiserslautern 657 Diskussion von Vererbung Vererbung ist ein mächtiges Sprachkonzept. Das Konzept ist im Kern einfach: Statt Programmcode explizit von der Super- in die Subklassen zu kopieren, steht der vererbte Code automatisch in der Subklasse bereit. Vorteile gegenüber explizitem Kopieren & Einfügen: - zuverlässiger - Reduktion der Programmcodegröße - besser zu warten/pflegen - Spezialisierung unzugänglicher Programmteile wird erleichtert Die sprachliche Umsetzung führt bei den meisten Sprachen zu komplexen Wechselwirkungen zwischen den Konstrukten: - zur Vererbung - zum Information Hiding (private, protected,...) - zur dynamischen Methodenauswahl A. Poetzsch-Heffter, Universität Kaiserslautern 658

4 Beispiel: class Oberklasse { String a; (Konstruktoren/dyn. Bindung) Oberklasse(){ a = "aha"; m(); void m(){ System.out.print("Laenge a:"+a.length()); class Unterklasse extends Oberklasse { String b; Unterklasse(){ b = "boff"; m(); void m(){ System.out.print("Laenge b:"+b.length()); class KonstruktorProblemTest { public static void main( String[] args ){ new Unterklasse(); A. Poetzsch-Heffter, Universität Kaiserslautern 659 In Verbindung mit Subtyping ist Vererbung: - ein sehr mächtiger Strukturierungsmechanismus, - der die Entwicklung offener Programme unterstützt - und Wartbarkeit und Lesbarkeit verbessert (bei geeignetem Einsatz). Subclassing = Subtyping + Vererbung Wir betrachten den Zusammenhang zwischen Subtypbildung und Vererbung. Für Java ist das insbesondere der Zusammenhang von - Schnittstellentypen - abstrakten Klassen - (vollständigen) Klassen Begriffsklärung: (abstrakte Meth. & Klassen) Eine Methode heißt abstrakt, wenn für sie kein Rumpf angegeben ist. Eine Klasse heißt abstrakt, wenn sie abstrakte Methoden besitzt oder als abstrakt deklariert ist (Modifikator ). Es ist unzulässig, Instanzen abstrakter Klassen zu erzeugen A. Poetzsch-Heffter, Universität Kaiserslautern 660 Abstrakte Klassen stehen zwischen Schnittstellen und vollständigen Klassen: Schnittstellentyp: - keine Attribute, keine Methodenimplementierung - Typ umfasst alle Objekte der Subklassen Typ deklariert durch abstrakte Klasse: - Attribute, Methodenimplementierung (Vererbung) - Typ umfasst alle Objekte der Subklassen Typ deklariert durch vollständige Klasse K: - Attribute, Methodenimplementierung (vollständig) - Objekterzeugung - Typ umfasst die Objekte von K und alle Objekte in Subklassen Den Zusammenhang zwischen diesen Sprachkonzepten studieren wir anhand folgenden Beispiels A. Poetzsch-Heffter, Universität Kaiserslautern 661 Beispiel: A void mp() C (Realisieren von Typhierarchien) void mp() void mq() void mr() Drei Realisierungsvarianten: A. Poetzsch-Heffter, Universität Kaiserslautern 662 B void mq() D void mp() void mq() void ms() 1. Nur Subtyping, keine Vererbung: - A und B als Schnittstellen - C und D als Klassen 2. Einfache Vererbung von einer Klasse: - A als abstrakte Klasse - B als Schnittstelle - C und D als Klassen, erben von A. 3. Mehrfachvererbung: - A, B, C und D als Klassen; C, D erben von A u. B.

5 1. Variante: interface A { ; void mp(); interface B { ; void mq(); class C implements A, B { int a, b, c; c = 2000;... { // dieser Block benutzt nur Attribut a // und ist identisch mit entsprechendem // Block in Klasse D... a... c = a + c; // benutzt die Attribute a und c public void mq(){ b = 73532; public void mr(){ A. Poetzsch-Heffter, Universität Kaiserslautern 663 class D implements A, B { int a, b; String d; // dieser Block benutzt nur Attribut a // und ist identisch mit Block in Klasse C... a... // benutzt die Attribute a und d public void mq(){ b = 73532; public void ms(){... C und D haben das Attribut a und den Block in der Methode mm gemeinsam. Diese Programmteile lassen sich in A zusammenfassen. 2. Variante: abstract class A { int a; public { // der Block von mm in C aus der ersten // Variante bzw. der Rumpf von mm in D... a... public abstract void mp(); A. Poetzsch-Heffter, Universität Kaiserslautern 664 In der zweiten Variante ist der Typ B nach wie vor als Schnittstelle realisiert. Die Klasse C und D erben von der abstrakten Klasse A: class C extends A implements B { int b, c; c = 2000;... super.mm(); c = a + c; // benutzt die Attribute a und c public void mq(){ b = 73532; public void mr(){... class D extends A implements B { int b; String d; // benutzt die Attribute a und d public void mq(){ b = 73532; public void ms(){... Diese Variante ist knapper als die erste. Begriffsklärung: (Mehrfachvererbung) Übernimmt eine Klasse Programmteile von mehreren anderen Klassen spricht man von Mehrfachvererbung (engl. multiple inheritance). C++ unterstützt Mehrfachvererbung, Java nicht. 3. Variante: Wir illustrieren Mehrfachvererbung hier mit einer fiktiven Spracherweiterung von Java, die Mehrfachvererbung unterstützt. Klasse A bleibt wie in Variante 2. Typ B wird durch eine Klasse realisiert: class B { int b;... // gemaess den Anforderungen von B public void mq(){ b = 73532; Die Klassen C und D können nun von B erben. Allerdings müssen sie den Konflikt bzgl. mm auflösen A. Poetzsch-Heffter, Universität Kaiserslautern A. Poetzsch-Heffter, Universität Kaiserslautern 666

6 class C extends A, B {// KEIN Java!!! int c; c = 2000;... super.a:mm(); c = a + c; // benutzt die Attribute a und c public void mr(){... class D extends A,B { // KEIN Java!!! String d; super.a:mm(); // benutzt die Attribute a und d public void ms(){... Da in Java Mehrfachvererbung nicht möglich ist, muss man es durch Einfachvererbung und mehrfache Subtypbildung ersetzen, z.b. wie in der zweiten Variante demonstriert. Vererbung und Information Hiding Durch die Vererbung gibt es nun zwei Arten, eine Klasse K zu nutzen: - Anwendungsnutzung: Erzeugen und nutzen der Objekt von K. - Vererbungsnutzung: Spezialisieren und erben von K. Geschützter Zugriff: Damit die erbende Klasse die geerbten Programmteile geeignet nutzen kann, benötigt sie meist einen intimeren Zugriff als ein Anwendungsnutzer. Deshalb gibt es einen Zugriffsbereich für Vererbung, der alle Subklassen einer Klasse umfasst. Programmelemente, die als geschützt deklariert sind, d.h. mit dem Modifikator protected, sind in allen Subklassen zugreifbar. Will man also Programmelemente, insbesondere Attribute, für Subklassen bereitstellen, müssen sie mindestens geschützten Zugriff gewähren. Geschützter Zugriff ermöglicht allerdings erhebliches Verändern einer Klasse in Subklassen und birgt dementsprechend auch Gefahren, wie folgendes Beispiel zeigt A. Poetzsch-Heffter, Universität Kaiserslautern A. Poetzsch-Heffter, Universität Kaiserslautern 668 Beispiel: (geschütztes Zugriffsrecht) package soweitallesok; public class A_nicht_Null { protected int a = 1; public int geta() { return a; protected void seta( int i ) { if( i>0 ) a = i; public class Anwendung {... public static void m( A_nicht_Null ap ){ float f = 7 / ap.geta(); Die Anwendung kann hier davon ausgehen, dass die Instanzvariable a nie den Wert 0 annimmt. Durch Vererbung können Subtyp-Objekte erzeugt werden, die sich ganz anders als die Objekte der Superklasse verhalten: package einhackmitzweck; import soweitallesok.*; public class A_doch_Null extends A_nicht_Null { public int geta() { return -a; public void seta( int i ) { a = i; public class Main { A_doch_Null adn = new A_doch_Null(); adn.seta( 0 ); A_nicht_Null ann = adn;... // hier könnte die Herkunft von // ann verschleiert sein Anwendung.m(ann); Um Szenarien wie im obigen Beispiel zu vermeiden, sollten Subklassen-Objekte das Verhalten der Superklassen-Objekte spezialisieren und sich ansonsten konform verhalten A. Poetzsch-Heffter, Universität Kaiserslautern A. Poetzsch-Heffter, Universität Kaiserslautern 670

7 Zusammenfassende Bemerkungen zu 5.3 Subtypen erlauben es, spezialisierte Objekte anstelle von Supertyp-Objekten zu verwenden. Dadurch können Programme auf der Ebene allgemeinerer Objekte formuliert und wiederverwendet werden. Vererbung erlaubt die Weitergabe und damit Wiederverwendung von Programmteilen der Superklasse an die Subklasse. Subtypen in Kombination mit Vererbung erlauben eine direkte Realisierung von Klassifikationen im Rahmen der Programmierung. Die Vorteile wirken sich vor allem bei der Entwicklung von Programmbibliotheken und Programmgerüsten/Frameworks aus A. Poetzsch-Heffter, Universität Kaiserslautern 671