Programmieren in Java

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1 Einführung in die Objektorientierung Teil 4 Interfaces, innere Klassen und Polymorphie

2 2 Vererbung im Klassendiagram (Wiederholung) Vererbung repräsentiert eine ist ein Beziehung zwischen Klassen Ware Object farbe: String marke: String neupreis: float warennummer: int zustand: Zustand Vererbung Handtasche Jacke Schuhpaar breite: float hoehe: float groesse: Groesse linkerschuh: Schuh rechterschuh: Schuh Aggregation Eine Handtasche ist eine Ware Eine Jacke ist eine Ware Ein Schuhpaar ist eine Ware Ein Schuhpaar besteht aus 2 Schuhen Schuh farbe: String groesse: int marke: String istlinkerschuh: boolean

3 3 Vererbung in Java I (Wiederholung) Das Schlüsselwort zu Deklaration von Vererbung ist extends public class BEZEICHNER extends KLASSEN-BEZEICHNER { public class Ware { private float neupreis; public class Handtasche extends Ware { private float breite; private float hoehe; public class Schuhpaar extends Ware { Java kennt nur einfache Vererbung, d.h. eine Klasse kann maximal von einer anderen Klasse erben Die Hierarchietiefe ist allerdings beliebig, d.h. die Elternklasse (oben Ware) kann wieder von einer anderen Klasse erben

4 4 Vererbung in Java II (Wiederholung) Sprachgebrauch: Elternklasse: Klasse von der geerbt wird Kindklasse: Alle von einer Elternklasse erbenden Klassen Eine Kindklasse erbt: Alle Attribute der Elternklasse Alle Methoden der Elternklasse Alle Konstruktoren der Elternklasse Zugriff auf Elemente (Attribut, Methode, Konstruktor) zur Laufzeit: Ist das Element in der Klasse der aktuellen Instanz definiert? Falls nein: Ist das Element ein der Elternklasse definiert? Falls nein: Hat die Elternklasse eine Elternklasse? Falls ja: Die Hierarchie durchlaufen, bis das Element gefunden wurde Ansonsten: Compiler-Fehler

5 5 Sichtbarkeit (Wiederholung) Es gibt vier Sichtbarkeitsmodifiktoren für Attribute und Methoden public: Zugriff von überall protected: Zugriff innerhalb des Packages und bei Vererbung [keine Angabe]: Zugriff innerhalb des Packages ( package private ) private: Zugriff nur innerhalb der eigenen Klasse/Instanz public class Ware { private float neupreis; Das Attribut neupreis ist nur innerhalb von Ware verwendbar Es gibt zwei Sichtbarkeitsmodifikatoren für Klassen: public: Zugriff von überall [keine Angabe]: Zugriff innerhalb des Packages ( package private ) Insbesondere: Nur die mit dem Dateinamen übereinstimmende Klasse kann public sein

6 6 Abstrakte Klassen/Methoden (Wiederholung) Klassen können mit abstract als abstrakt definiert werden Ist eine Klasse abstrakt, so kann keine Instanz der Klasse erzeugt werden SICHTBARKEIT abstract class KLASSEN-BEZEICHNER { public abstract class Ware { Ebenso können Methoden als abstract definiert werden SICHTBARKEIT abstract RÜCKGABETYP BEZEICHNER ( DATENTYP PARAM- BEZEICHNER, ; optional public abstract float getwarenwert(); Eine abstrakte Methode hat keinen Methodenrumpf (Implementierung) Lediglich die Signatur wird angegeben Existiert innerhalb einer Klasse mindestens eine abstrakte Methode, so muss auch die Klasse abstract sein Alle erbenden Klassen müssen entweder die Methode implementieren oder sind selbst wieder abstract

7 7 Interfaces Ein Interface (Schnittstelle) ist eine abstrakte Klasse, in der alle Methoden public sind (per default, eine Sichtbarkeit muss nicht angegeben werden) abstrakt sind (per default, abstract muss nicht angegeben werden) SICHTBARKEIT interface BEZEICHNER { RÜCKGABETYP BEZEICHNER ( DATENTYP PARAM-, ); BEZEICHNER public interface IForm { public double getflaeche(); public double getumfang(); Eine Klasse implementiert ein Interface Die Beziehung wird nicht per extends sondern mit implements angegeben public class BEZEICHNER implements INTERFACE-BEZEICHNER {

8 8 Interfaces (II) Innerhalb eines Interfaces können keine Instanz-Attribute definiert werden Klassenattribute sind möglich Eine implementierende Klasse muss entweder alle im Interface angegebenen Methoden definieren oder als abstract deklariert werden public abstract class Form implements IForm { public class Kreis extends Form { private double radius public Kreis(double radius){ this.radius = radius; Eine Klasse kann beliebig viele Interfaces implementieren (Komma als Trennzeichen) Dadurch gewinnt man eine Art Pseudo-Mehrfachvererbung Es können Variablen vom Typ eines Interfaces definiert werden: IForm form = new Kreis(5); System.out.print(form);

9 Objektorientierte Programmierung 9 Vergleich von Schnittstelle und abstrakter Klasse Schnittstelle hat als Elemente: Konstanten Methodensignaturen Abstrakte Klasse hat als Elemente: Konstanten Variablen Methodensignaturen ohne Methodenrumpf => abstract Mit Methodenrumpf => nicht abstract Klasse kann maximal eine abstrakte Basisklasse haben Klasse kann mehrere Schnittstellen implementieren

10 Objektorientierte Programmierung 10 Trennung von Schnittstelle und Implementierung Allgemeines Design-Prinzip: Programmiere gegen Schnittstellen, nicht gegen Implementierungen. (Quelle: Trennung ermöglicht ein einfacheres Austauschen der Implementierungen Ermöglicht ein Aufteilen in mehrere Arbeitspakete, die von verschiedenen Personen parallel bearbeitet werden können. Hierfür werden im Vorfeld die Schnittstellen definiert

11 11 Klassendiagram mit Interface Interface IForm stellt der Verbindungsstück zwischen der Kiste und den Formen dar <<interface>> IForm getflaeche(): double getumfang(): double Form PI: double gerundet(): double tostring: String Vererbung Kiste formen: IForm index: int Kiste(anzahl: int) formenauflisten(): String hinzufuegen(form IForm) getgroessteflaeche(): IForm getkleinsteflaeche(): IForm tostring() :String Aggregation Kreis radius: double Kreis(radius: double) getfleache(): double getumfang(): double tostring: String Quadrat laenge: double Quadrat(laenge: double) getfleache(): double getumfang(): double tostring: String Klasse Kiste kennt nur das Interface IForm Ein Arbeitspaket könnte die Kiste sein und pro geometrischer Figur ein Arbeitspaket

12 12 Geschachtelte Klassen Jackengröße über eine Enum-Klasse abgebildet Enum-Klassen können in einer eigenen Java-Datei abgelegt werden Groesse-Enum existiert nur im direkten Zusammenhang mit der Klasse Jacke Um eine solche Abhängigkeit abzubilden bietet Java die Möglichkeit Klassen/Interfaces innerhalb von Klassen/Interfaces zu definieren MODIFIKATOREN KLASSEN-BEZEICHNER { class enum MODIFIKATOREN class enum KLASSEN-BEZEICHNER { public class Jacke extends Ware { public enum Groesse { S, M, L, XL, XXL, ;

13 13 Innere Klassen Innere Klasse wird in einer anderen Klasse definiert Beispiel: public class Schuhpaar { public class Schuh { private String farbe; private int groesse; Schuhpaar ist die äußere Klasse und Schuh als innere Klasse darin geschachtelt Schuh wird nur im Schuhpaar verwendet und kann darin gekapselt werden und ist nach außen nicht mehr sichtbar

14 14 Innere Klassen Der Zugriff auf innere Klassen erfolgt analog zu Klassenattributen über den umschließenden Klassennamen Jacke.Groesse groesse = Jacke.Groesse.XL; Nur bei inneren Klassen kann der Modifikator static genutzt werden: public class Schuhpaar { public static class Schuh { private String farbe; private int groesse; public class Schuhpaar { public class Schuh { private String farbe; private int groesse; Innerhalb eines Interfaces sind alle inneren Klassen automatisch static Geeignete Sichtbarkeit vorausgesetzt können von außen nur Instanzen von statischen inneren Klassen erzeugt werden: Schuhpaar.Schuh schuh = new Schuhpaar.Schuh(); Schuhpaar.Schuh schuh = new Schuhpaar.Schuh(); // Schuh statisch // Schuh nicht statisch

15 15 Anonyme innere Klassen Java bietet die Möglichkeit anonyme Klassen zu definieren D.h. Klassen, für die kein Name vergeben wird Da diese Klassen allerdings keinen Namen haben, kann man sie nicht wie gewohnt über class definieren Definition findet quasi ad hoc mit der Initialisierung einer Instanz statt Erweiterung einer bestehenden Klasse oder die Implementierung eines Interfaces IForm form = new Kreis(5) public String tostring() { return "[" + super.tostring() + "]" ; System.out.print(form); Anonyme Klassen sind nicht statische innere Klassen Zugriff innerhalb der Implementierung auf alle Attribute der umschließenden Klasse Können innerhalb einer Methode definiert werden: Insbesondere können so Parameter an die Klasse übergeben werden Allerdings müssen die Parameter dafür als final deklariert werden

16 Objektorientierte Programmierung 16 Polymorphie Polymorphie (Vielgestaltigkeit) ist eine wichtige Eigenschaft der OOP Polymorphie von Objekten gibt es nur bei Vererbungshierarchien Objekttyp einer Subklasse kann mit Objekttyp einer Basisklasse ausgetauscht werden, wenn die Basisklasse nur erweitert wird und nur der Basisklasse bekannte Elemente verwendet werden Überschriebene Methoden in der Subklasse müssen identisch zur ihrer Basisklassenmethode aufrufbar sein public static void main(string[] args) { Ware ware; ware = new Handtasche(); System.out.println(ware); ware = new Schuhpaar(); System.out.println(ware); // Handtasche: // Schuhpaar:

17 17 Polymorphie Die getflaeche()-methode ist den Zugriffsrechten entsprechend aufrufbar Demnach auch von der definierenden Klasse selbst public abstract class Form { public abstract double public String tostring() { return + "-> Fläche: " + this.getflaeche() + ; Warum compiliert dies? Da Form abstract ist kann es keine Instanz der Klasse Form geben tostring kann nur von Instanzen aufgerufen werden D.h. es existiert eine Klasse in der Hierarchie des aufrufenden Objektes, die getflaeche implementiert Welche Klasse dies ist, steht erst zur Laufzeit fest Dieses Verhalten nennt sich spätes Binden (auch: dynamisches Binden ) Abstrakte Methoden werden daher als polymorph bezeichnet

18 18 Aufgabe Aufgabe 1a: Legen Sie ein neues Netbeans-Projekt mit dem Paketnamen wwu.ziv.java.aufgabe.rechteck und der Klasse Main an. Fügen Sie die Klassen Kiste, Form, Kreis, Quadrat und die Instanziierungen mit den Methodenaufrufen darauf aus der Klasse Main vom Beispiel der Vorlesung 8 sowie das Interface IForm hinzu. Erstellen Sie die Klasse Rechteck, die von der Klasse Form ableitet und das Interface IForm wie folgt ausimplementiert: Die Klasse enthält das Attribute breite und laenge vom Typ double. Der Konstruktor Rechteck(double breite, double laenge)setzt die Attribute breite und laenge. Implementieren Sie die Methode getflaeche mit A = a * b und getumfang mit U = 2a + 2b. Überschreiben Sie die tostring-methode, sodass die Attribute der Klasse Rechteck ausgegeben werden, wobei die tostring-methode der Oberklasse wiederverwendet werden soll.

19 19 Aufgabe Aufgabe 1b: Erweitern Sie die Klasse Kiste um die Methoden getgroesstenumfang und getkleinstenumfang. Erweitern Sie die Klasse Main analog zu den Ausgaben zu der größten und kleinsten Fläche, sodass nun auch der größte und kleinste Umfang der Formen ermittelt wird. Instanziieren Sie in der Main-Klasse neben den Objekten aus der Vorlesung 8 zwei Rechtecke, sodass diese mit den Konsolenausgaben übereinstimmen.

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