Einstieg in die Informatik mit Java

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1 1 / 27 Einstieg in die Informatik mit Java Klassen als Datenstrukturen Gerd Bohlender Institut für Angewandte und Numerische Mathematik

2 Gliederung 2 / 27 1 Überblick: Klassen als Datenstruktur 2 Vereinbarung von Klassen 3 Erzeugen von Objekten - Instanzen einer Klasse 4 Zugriff auf Attribute 5 Initialisierung 6 Geschachtelte Datentypen 7 Konstruktoren 8 Referenzen Wertzuweisung Vergleich von Objekten

3 Gliederung 3 / 27 1 Überblick: Klassen als Datenstruktur 2 Vereinbarung von Klassen 3 Erzeugen von Objekten - Instanzen einer Klasse 4 Zugriff auf Attribute 5 Initialisierung 6 Geschachtelte Datentypen 7 Konstruktoren 8 Referenzen Wertzuweisung Vergleich von Objekten

4 4 / 27 Überblick: Klassen als Datenstruktur Im Gegensatz zu Feldern können auch verschiedenartige Daten zusammen abgespeichert werden. Beispiel Person: Name (String), Vorname (String), Geburtsdatum (3 ganze Zahlen). Konto: Inhaber (String oder Person), Nummer (ganze Zahl), Saldo (Gleitkommazahl) Die Einträge in einer Klasse heißen Attribute (Eigenschaften), Daten-Komponenten oder Instanzvariablen. Jedes Attribut kann einen beliebigen anderen Typ besitzen (Komponententyp). Variablen vom Typ einer Klasse heißen Objekte oder Instanzen der Klasse. Diese werden dynamisch erzeugt.

5 Beispiel: Karteikarte 5 / 27

6 Gliederung 6 / 27 1 Überblick: Klassen als Datenstruktur 2 Vereinbarung von Klassen 3 Erzeugen von Objekten - Instanzen einer Klasse 4 Zugriff auf Attribute 5 Initialisierung 6 Geschachtelte Datentypen 7 Konstruktoren 8 Referenzen Wertzuweisung Vergleich von Objekten

7 Vereinbarung von Klassen Syntax class Klassenname { // oder public class... Komponententyp Bezeichnerliste ;... } Achtung Durch die Deklaration einer Klasse wird noch kein Speicher für die Attribute / Instanzvariablen reserviert; es existieren noch keine Instanzen! Beispiel class Person { S t r i n g name, vorname ; i n t tag, monat, j a h r ; } 7 / 27

8 Gliederung 8 / 27 1 Überblick: Klassen als Datenstruktur 2 Vereinbarung von Klassen 3 Erzeugen von Objekten - Instanzen einer Klasse 4 Zugriff auf Attribute 5 Initialisierung 6 Geschachtelte Datentypen 7 Konstruktoren 8 Referenzen Wertzuweisung Vergleich von Objekten

9 Erzeugen von Objekten - Instanzen einer Klasse 9 / 27 Der Name der Klasse kann als neuer Datentyp verwendet werden. Damit werden Referenzvariablen vereinbart, also noch keine Objekte vom Typ der Klasse! Beispiel Person c l a r a ; Objekte (Instanzen der Klasse) können mit dem Operator new erzeugt werden (bei der Initialisierung oder später per Wertzuweisung). Dabei wird der Klassenname mit runden (!) Klammern angegeben. Beispiel Person dora = new Person ( ) ; c l a r a = new Person ( ) ;

10 Gliederung 10 / 27 1 Überblick: Klassen als Datenstruktur 2 Vereinbarung von Klassen 3 Erzeugen von Objekten - Instanzen einer Klasse 4 Zugriff auf Attribute 5 Initialisierung 6 Geschachtelte Datentypen 7 Konstruktoren 8 Referenzen Wertzuweisung Vergleich von Objekten

11 Zugriff auf Attribute 11 / 27 Auf ein Attribut einer Instanz kann zugegriffen werden durch die Schreibweise Instanzname. Attributname Hierbei muss der Instanzname auf ein gültiges Objekt verweisen, er darf nicht eine undefinierte Referenz oder null sein. Beispiel c l a r a. name = Maier ; c l a r a. vorname = Clara ; System. out. p r i n t l n ( c l a r a. vorname + + c l a r a. name ) ;

12 Gliederung 12 / 27 1 Überblick: Klassen als Datenstruktur 2 Vereinbarung von Klassen 3 Erzeugen von Objekten - Instanzen einer Klasse 4 Zugriff auf Attribute 5 Initialisierung 6 Geschachtelte Datentypen 7 Konstruktoren 8 Referenzen Wertzuweisung Vergleich von Objekten

13 Initialisierung 13 / 27 Die Attribute werden automatisch initialisiert (wenn nicht anders angegeben, mit 0, 0.0, null, false,...) Beispiel Person claus = new Person ( ) ; / / i n i t i a l i s i e r t System. out. p r i n t l n ( Geburtsjahr : +claus. j a h r ) ; / / Ausgabe : Geburtsjahr : 0 i n t j a h r ; / / n i c h t i n i t i a l i s i e r t System. out. p r i n t l n ( Geburtsjahr : + j a h r ) ; / / Ausgabe : Fehlermeldung

14 Gliederung 14 / 27 1 Überblick: Klassen als Datenstruktur 2 Vereinbarung von Klassen 3 Erzeugen von Objekten - Instanzen einer Klasse 4 Zugriff auf Attribute 5 Initialisierung 6 Geschachtelte Datentypen 7 Konstruktoren 8 Referenzen Wertzuweisung Vergleich von Objekten

15 Geschachtelte Datentypen 15 / 27 Klassen dürfen als Komponententyp bei Feldern auftreten. Beispiel / / Feld m i t 4 Referenzen a u f Person erzeugen, / / es werden keine Instanzen erzeugt Person [ ] f a m i l i e = new Person [ 4 ] ; / / 4 Instanzen von Person erzeugen, / / es wird kein Feld erzeugt for ( i n t i =0; i <4; i ++) f a m i l i e [ i ] = new Person ( ) ; / / j e t z t i s t Z u g r i f f auf Instanzen möglich f a m i l i e [ 2 ]. vorname = Hannah ;

16 16 / 27 Geschachtelte Datentypen Ebenso dürfen Attribute von Klassen einen beliebigen Datentyp haben, also z.b. Felder, Klassen, Zeichenketten, Schachtelungen von Feldern und Klassen beliebiger Tiefe. Beispiel class Familie { Person vater, mutter ; Person [ ] kinder ; i n t [ ] a l t e r ; }

17 17 / 27 Geschachtelte Datentypen Der Typ eines Attributs einer Klasse darf auch vom Typ dieser Klasse sein. Dies ist erlaubt, weil es sich nur um geschachtelte Referenzen handelt, nicht um geschachtelte Instanzen. Beispiel class Stammbaum { S t r i n g name, vorname ; Stammbaum vater, mutter ; }

18 Gliederung 18 / 27 1 Überblick: Klassen als Datenstruktur 2 Vereinbarung von Klassen 3 Erzeugen von Objekten - Instanzen einer Klasse 4 Zugriff auf Attribute 5 Initialisierung 6 Geschachtelte Datentypen 7 Konstruktoren 8 Referenzen Wertzuweisung Vergleich von Objekten

19 Konstruktoren Bisher zuerst ein Objekt erzeugen dann seine Attribute per Wertzuweisung definieren. Dies ist umständlich und fehleranfällig. Alternative: Definition eines Konstruktors: Konstruktoren sind spezielle Methoden mit dem Namen der Klasse ohne Ergebnistyp Es darf nicht static angegeben werden. Es darf keine return-anweisung verwendet werden. Syntax Konstruktordefinition Modifizierer Klassenname (Typ Parametername,...) { // Variablendefinitionen und Anweisungen, // meist Initialisierungen der Form: Instanzvariable = Parametername;... } 19 / 27

20 Konstruktoren: Beispiele zur Syntax 20 / 27 Richtige Konstruktordefinitionen class Demo { Demo ( i n t x )... / / okay, k o r r e k t e r Konstruktor Demo ( )... / / okay, der Standardkonstruktor } Falsche Konstruktordefinitionen class Demo { void Demo ( )... / / Fehler : Ergebnistyp i s t verboten Demo d ( )... / / Syntax okay, dies i s t aber kein Konstruktor, / / sondern eine Methode mit Ergebnistyp Demo Demo ( ) { return ; } / / Fehler : r e t u r n i s t bei Konstruktoren verboten s t a t i c Demo ( )... / / Fehler : s t a t i c i s t bei Konstruktoren verboten }

21 21 / 27 Konstruktoren: Aufruf Aufruf von Konstruktoren: Ein Konstruktor wird mit dem Zusatz new ähnlich wie eine Methode aufgerufen. Als Ergebnis liefert er eine Referenz auf die neue Instanz. Diese Referenz kann in einer Referenzvariablen vom passenden Typ gespeichert werden. Syntax Konstruktoraufruf new Klassenname (Wert,...) Konstruktoraufrufe / / mit den obigen K o n s t r u k t o r d e f i n i t i o n e n Demo d = new Demo ( 1 ) ; Demo e = new Demo ( ) ;

22 Beispiel: Klasse mit Konstruktor 22 / 27 Definition einer Klasse mit Konstruktor class PersonK { S t r i n g name, vorname ; PersonK ( S t r i n g n, S t r i n g v ) { name = n ; vorname = v ; } } Erzeugen einer Instanz dieser Klasse PersonK nora = new PersonK ( Schneider, Nora ) ;

23 23 / 27 Bemerkungen zu Konstruktoren Die angegebenen Werte werden der Reihe nach an die Parameternamen übergeben. Anzahl und Typ muss übereinstimmen. Mittels new wird der benötigte Speicher beschafft, und die angegebenen Anweisungen im Konstruktor ausgeführt. Es dürfen mehrere Konstuktoren für eine Klasse definiert werden. Sie müssen unterschiedliche Argumentlisten haben. Standardkonstruktor: Konstruktor ohne Argumente, wird vom Compiler automatisch erzeugt aber nur wenn keine Konstruktoren explizit definiert werden.

24 Gliederung 24 / 27 1 Überblick: Klassen als Datenstruktur 2 Vereinbarung von Klassen 3 Erzeugen von Objekten - Instanzen einer Klasse 4 Zugriff auf Attribute 5 Initialisierung 6 Geschachtelte Datentypen 7 Konstruktoren 8 Referenzen Wertzuweisung Vergleich von Objekten

25 25 / 27 Referenzen - Wertzuweisung Im Gegensatz zu den Grundtypen (Zahlen, Zeichen und boolsche Typen) werden Klassen wie alle Objekte als Referenzen behandelt. Das bedeutet, daß eine Zuweisung über den Zuweisungsoperator = nur die Referenz kopiert (also einen Aliasnamen für das Objekt erzeugt). Es wird jedoch keine Kopie z.b. der Instanzvariablen erzeugt. Achtung Bei Kopien mit Hilfe des Zuweisungsoperators wird bei Grundtypen der Wert kopiert, bei Referenztypen (Klassen, Felder, Strings) nur die Referenz, nicht der Wert! Spezielle Referenz null verweist auf kein Objekt!

26 Referenzen - Zuweisung 26 / 27 Beispiel PersonK nora = new PersonK ( Schneider, Nora ) ; PersonK nora2 = nora ; / / nora2. name = Schneider... nora. name = Schuster ; / / aendert auch nora2. name nora und nora2 sind lediglich zwei unabhängige Referenzen auf das selbe Objekt. Beispiel nora = null ; / / Verbindung Referenz / Instanz loesen nora. name = Schmidt ; / / Fehler!!! / / A l t e r n a t i v e : nora = new PersonK ( Maier, Nena ) ; / / hat keinen E i n f l u s s auf nora2

27 Referenzen - Vergleich von Objekten 27 / 27 Mit dem logischen Vergleich a==b werden nur die Referenzen verglichen, nicht jedoch der Inhalt der Attribute. Beispiel PersonK paul1 = new PersonK ( Mac Intosh, Paul ) ; PersonK paul2 = new PersonK ( Mac Intosh, Paul ) ; i f ( paul1==paul2 )... / / Bedingung e r g i b t f a l s e, obwohl I n h a l t g l e i c h i s t