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1 Vererbung

2 Vererbung im Fall von Klassen Klassen unterstützen (nur) einfache Vererbung (engl. single inheritance ) Die Klasse object ist die allen gemeine Oberklasse (Hierarchie mit einer einzigen Wurzel) Implizit erbt jede neu deklarierte Klasse von der Klasse object Syntax (Auszug): class-declaration ::= class-modifier * class identifier class-base? class-body ;? class-modifier ::= new public protected internal private abstract sealed class-base ::= (: class-type ) (: interface-type +) (: class-type, interface-type +) class-body ::= { class-member-declaration * Einfachster Fall: B erbt von A class B : A {

3 Vererbte Elemente einer Klasse Vererbt werden Konstanten Variablen Methoden Eigenschaften Ereignisse Indizierer Operatoren Geschachtelte Typdefinitionen Nicht vererbt werden Funktionale Elemente Konstruktoren (weder Instanz- noch statische Konstruktoren) Finalisierer

4 Regeln der Vererbung Eine Klasse erbt die Elemente immer von ihrem direkten Vorfahren Vererbung ist transitiv Eine erbende Klasse kann Elemente hinzufügen, aber keine weglassen (Substitutionsprinzip) Das Verhalten funktionaler Elemente kann in Abhängigkeit vom Laufzeittyp einer Instanz definiert werden (polymorphes Verhalten)

5 Steuerung des polymorphen Verhaltens Zur Steuerung des polymorphen Verhaltens stellt C# die Schlüsselwörter virtual, override, sealed und new zur Verfügung Für das Verständnis dieser Konzepte lohnt sich ein Blick in die VM: Die virtuelle Maschine kennt (nur) 2 Arten von Aufrufen (IL-Instruktionen) einer Methode M: call bestimmt M auf Grundlage des (zur Übersetzungszeit bekannten) Typs der Referenz callvirt bestimmt M auf Grundlage des (nur zur Laufzeit bekannten) Typs der Instanz

6 Das Schlüsselwort virtual Ohne virtual ist eine Methode nicht-virtuell Der Aufrufer verwendet call Die Adresse der zu verwendenden Implementierung wird zur Übersetzungszeit fest in den aufrufenden Code geschrieben Das Schlüsselwort virtual macht eine Methode virtuell Der Aufrufer verwendet callvirt Die Adresse der zu verwendenden Implementierung wird zur Laufzeit bestimmt Wie in Java Wie geht das?

7 Virtuelle-Methoden-Tabelle (VMT) Wenn die Adresse der Implementierung nicht zur Übersetzungszeit bestimmt werden kann, muss dieses zur Laufzeit nachgeschlagen werden ( späte Bindung ) Jede Klasse hat eine eigene Liste von Adressen für die zu verwendenden funktionalen Elemente Alle Einträge der direkten Oberklasse werden in die Liste jeder Unterklasse kopiert Vererbung Zur Laufzeit wird 1. Der Typ der Instanz bestimmt 2. In der VMT dieses Typs die Adresse des funktionalen Elements bestimmt: Suche von hinten nach vorne 3. Der Code an der gefundenen Adresse wird ausgeführt (mit this als der erstem Parameter)

8 Das Schlüsselwort override Mit dem Schlüsselwort override wird der entsprechende Adresseintrag in der VMT ersetzt Regeln Die zu überschreibende Methode Muss virtuell sein Kann nicht static oder sealed sein (siehe nächste Folie) Die überschreibende und die überschriebene Methode müssen in C# Den selben Rückgabetyp haben Die selbe Zugreifbarkeit haben Das Substitutionsprinzip würde mehr zulassen! Kovarianz resp. Kontravarianz

9 Das Schlüsselwort sealed Das Schlüsselwort sealed legt fest, dass der Adresseintrag ab jetzt nicht mehr ersetzt werden darf. vergl. final in Java Regeln Es darf nur zusammen mit override verwendet werden.

10 niemals override Veranschaulichung Der Aufrufer verwendet call void bar() { void bar() { A B Codesegment bar foo1 foo2 foo3 Der Aufrufer verwendet callvirt A virtual void foo() { void foo() { B C override void foo() { void foo() { D E sealed override void foo() { void foo() { F beliebig häufig override ab hier kein override mehr

11 Beispiel: Vererbung allgemeiner funktionaler Elemente class A { public void F() { Console.WriteLine("A.F"); class B: A { public void G() { Console.WriteLine("B.G"); class Test { static void Main() { B b = new B(); b.f(); // Inherited from A b.g(); // Introduced in B A a = b; // Treat a B as an A a.f(); Ausgabe: A.F B.G A.F

12 Beispiel: Vererbung virtueller Elemente class A { public virtual void F() { Console.WriteLine("A.F"); class B: A { public override void F() { Console.WriteLine("B.F"); class Test { static void Main() { B b = new B(); b.f(); A a = b; a.f(); Ausgabe: B.F B.F

13 Vererbung: Deklarationsraum und Sichtbarkeitsbereich Vererbung bedeutet praktisch die Ausweitung des Sichtbarkeitsbereichs der Elemente einer Basisklasse auf ihre Kindklassen. Die Kindklassen bilden aber jeweils einen eigenen Deklarationsraum. Folgerung: Verdecken der Elemente möglich

14 Beispiel: Ausweitung des Sichtbarkeitsbereichs class A { public int i = 3; public void F() { Console.WriteLine(i); class B : A { public int i = 5; class Program { static void Main() { B b = new B(); b.f(); Der Sichtbarkeitsbereich von i und F wird auf B ausgeweitet Da es sich um getrennte Deklarationsräume handelt verdeckt das i in B das i aus A, es überschreibt es nicht. Das Programm gibt 3 aus.

15 Frage: Wie kann man trotzdem auf das verdeckende i zugreifen? Mit einem virtuellen funktionalen Element: Es wird callvirt in F verwendet Jetzt wird zur Laufzeit in Abhängigkeit des Typs der Instanz die Implementierung von I aufgerufen class A { public int i = 3; public virtual int I { get {return i; public void F() { Console.WriteLine(I); class B : A { public int i = 5; public override int I { get { return i; in Abhängigkeit vom Laufzeittyp

16 Frage: Und wie kann man jetzt auf das verdeckte i zugreifen? Mit Qualifikation! Auf die verdeckten* geerbten Elemente kann mit der base-referenz zugegriffen werden class A { public int i = 3; public virtual int I { get {return i; public void F() { Console.WriteLine(I); class B : A { public int i = 5; public override int I { get { return base.i; * auch auf die anderen, aber für die braucht man es ja nicht

17 Weiteres Beispiel zur base-referenz class A { public virtual void F() { Console.WriteLine("A.F"); class B: A { public override void F() { base.f(); Console.WriteLine("B.F"); class Test { static void Main() { B b = new B(); b.f(); A a = b; a.f(); Ausgabe: A.F B.F A.F B.F

18 Verdecken von Elementen Neben der gewünschten Überdeckung virtueller funktionaler Elemente kann bei der Evolution eines Objektmodells auch noch zu unbeabsichtigter Überdeckung kommen: 1. Die Basisklasse B eines Autors X bietet (nur) die Methode Foo() an 2. Die die Klasse B erweiternde Klasse C eines Autors Y bietet zusätzlich die Methode Goo() an 3. Der Autor X führt später eine Methode Goo() in die Klasse B ein

19 Beispiel: Das Verbergen ererbter Elemente führt zu einer Warnung und nicht zu einem Verdecken Fehler, da dieses die getrennte Evolution der Klassen verhindern würde: Wenn beispielsweise eine erst eine spätere class Base { Version von Base die Methode F einführt public void F() { und sie in Derived schon deklariert wäre, würde Derived plötzlich ungültig. class Derived: Base { public void F() { // Warning, hiding an inherited name class Base { public void F() { class Derived: Base { new public void F() { Die Verwendung des new-modifikators weist darauf hin, dass der Programmierer bewusst ein Element verdecken will. Daher wird der Compiler nicht warnen.

20 Das Schlüsselwort new Die Funktion des Schlüsselwortes new ist orthogonal zu virtual/override/sealed Es zeigt an, dass der Programmierer bewusst ein Element der Oberklasse verdeckt Verdeckt werden kann alles, was geerbt werden kann (also nicht nur Methoden, sondern insbes. auch Variablen)

21 Beispiel: Verdecken von static-methoden class Base { public static void F() { class Derived: Base { new private static void F() { // Hides Base.F in Derived only class MoreDerived: Derived { static void G() { F(); // Invokes Base.F

22 Beispiel: Verdecken & Vererben 1 class A { public virtual void F() { class B: A { new private void F() { // Hides A.F within B class C: B { public override void F() { // Ok, overrides A.F

23 Beispiel: Verdecken & Vererben 2 class A { protected virtual void F() { class B : A { public override void F() { class C : A { protected void F() { class D : A { protected override void F() { class E : A { new protected override void F() { Fehler! Warnung! Überschreibt A.F Fehler!

24 Hinweise zum Entdecken At compile-time, base-access expressions of the form base.i and base[e] are evaluated exactly as if they were written ((B)this).I and ((B)this)[E], where B is the base class of the class or struct in which the construct occurs. Thus, base.i and base[e] correspond to this.i and this[e], except this is viewed as an instance of the base class. When a base-access references a virtual function member (a method, property, or indexer), the determination of which function member to invoke at run-time ( ) is changed. The function member that is invoked is determined by finding the most derived implementation ( ) of the function member with respect to B (instead of with respect to the run-time type of this, as would be usual in a non-base access). Thus, within an override of a virtual function member, a base-access can be used to invoke the inherited implementation of the function member. If the function member referenced by a baseaccess is abstract, a compile-time error occurs.

25 Das Schlüsselwort abstract Wie in Java oder SWT. Hinweis: Methoden die als abstract gekennzeichnet sind, sind automatisch virtuell, das Schlüsselwort virtual darf aber nicht verwendet werden.

26 Vererbung und Strukturen Strukturen erben implizit von der Klasse System.ValueType (welche wiederum von object erbt), andere Vorfahren sind nicht möglich Strukturen und ihre Elemente können nicht abstract sein Funktionale Elemente können nicht virtual sein, override ist nur für die von System.ValueType geerbten Elemente zulässig Strukturen und ihre Elemente sind implizit sealed call wird immer verwendet und Einwickeln ist nicht notwendig! (Aufgabe: Warum?)

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