Programmieren in Java

Transkript

1 Einführung in die Objektorientierung Vererbung

2 2 Packages Packages dienen zur Strukturierung von Klassen Computer.java package BEZEICHNER ; package vorlesung7; public class KLASSEN-BEZEICHNER { public class Computer { Ein Package-Name muss die Ordnerstruktur der Sourcen wiederspiegeln Ein Package ist der Scope einer Klasse Klassen aus anderen Packages entweder explizit oder per import einbinden static String readln() { System.out.println("HEAP => "); return new java.util.scanner(system.in).nextline(); package wwu.ziv.java.demo; import java.util.scanner; public class Demo { static String readln() {return new Scanner(System.in).nextLine();

3 3 Klassendiagramm Graph, der während der Analyse eines Problems erstellt wird Visualisiert die Beziehung einzelner Instanzen untereinander Klasse Beziehung Aggregation RamModule Connector File 2 4 n 1 Komposition Device 1 Soundcard Computer ram: RamModule[] connectors: Connector[] harddrive: Harddrive gfxcard: GraphicsCard soundcard: Soundcard device: Device[] Harddrive files: File[] Kardinalität 1 GraphicsCard

4 4 Die Schlüsselwörter static und final Mit static lassen sich Attribute als Klassen-Attribute definieren SICHTBARKEIT static BEZEICHNER = AUSDRUCK ; KLASSENNAME. BEZEICHNER optional public class Computer { private static int maxquantityofram = 2; Computer.maxQuantityOfRam Mit final können Attribute als konstant definiert werden SICHTBARKEIT final BEZEICHNER = AUSDRUCK ; optional public class Computer { private final int maxquantityofram = 2; public class Computer { private final int maxquantityofram; public Computer () { maxquantityofram = 2;

5 5 Der statische Konstruktor Die Modifikatoren static und final können kombiniert benutzt werden SICHTBARKEIT static final BEZEICHNER = AUSDRUCK ; optional Da das Attribut aufgrund von static zur Klasse gehört, kann es nicht innerhalb eines Konstruktors initialisiert werden Der Konstruktor ist dazu da eine konkrete Instanz zu initialisieren und ist damit Instanz-spezifisich Es bleibt, die direkte Initialisierung oder der statische Konstruktor public class BEZEICHNER { static { public class Computer { private static final int maxquantityofram; static { maxquantityofram = 2;

6 6 Vererbung Als Beziehung zwischen Klassen wurden bisher Komposition und Aggregation vorgestellt Grob spricht man von Besteht aus, Gehört zu Beziehungen Daneben gibt es noch die Ist ein -Beziehung Ein PKW ist genauso wie ein LKW ein Fahrzeug Ein Dreieck genauso wie ein Kreis eine geometrische Figur Ein Angestellter genauso wie ein Beamter ein Arbeitnehmer Ein Arbeitnehmer genauso wie Arbeitsloser ein Mensch Ein Mensch genauso wie ein Affe ein Säugetier usw. Es wirkt unnatürlich diese Beziehung als Komposition oder Aggregation darzustellen Die meisten objektorientierten Programmiersprachen bieten das Konzept der Vererbung an

7 7 Vererbung im Klassendiagram x: float y: float Point Form origin: Point Vererbung Rectangle width: float height: float Circle radius: float Ein Rechteck ist eine (geometrische) Form Ein Kreis ist eine (geometrische) Form

8 8 Vererbung in Java Das Schlüsselwort zu Deklaration von Vererbung ist extends public class BEZEICHNER extends KLASSEN-BEZEICHNER { public class Form { private Point origin; public class Rectangle extends Form { private float width; private float height; public class Circle extends Form { private float radius; 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 Form) kann wieder von einer anderen Klasse erben

9 9 Vererbung und Variablen Ist ein Beziehungen sind auf Variablen übertragbar: public static void main(string[] args) { Form form; Form form = new Rectangle(); System.out.println(form); form = new Circle(); System.out.println(form); // Rectangle: // Circle: Alle von Form-erbenden Klassen sind eine Form Daher kann der Variablen form jede Instanz zugewiesen werden, deren Klasse irgendwo von Form erbt Rectangle Umgekehrt ist die Zuweisung nicht zulässig: Rectangle rectangle; rectangle = new Circle(); rectangle = new Form(); Rectangle Circle Eine Circle-Instanz ist keine Instanz der Klasse Rectangle Eine Form-Instanz ist nicht zwangsläufig eine Rectangle-Instanz Circle Form

10 10 Vererbung und Konstruktoren Bei der Erzeugung einer Instanz wird in jeder Hierarchieebene ein Konstruktor ausgeführt Angenommen public class Form die { Elternklasse Form hat folgenden Konstruktor private Point origin; public Form(Point origin) {this.origin = origin; Damit ist der Default-Konstruktor überschrieben In den erbenden Klassen muss der Konstruktor explizit aufgerufen werden public class Rectangle extends Form { Der Aufruf des Eltern-Konstruktors erfolgt über das Schlüsselwort super private float width; private float height; public Rectangle(Point origin, float width, float height) { super(origin); this.width = width; this.height = height; Der Aufruf von super muss dabei immer der erste Satz im Konstruktor sein

11 11 Vererbung und Methoden Die abgeleitete Klasse erbt alle Methoden der Elternklasse Damit erben auch alle Instanzen die Funktionalität der Elternklasse public class Form { private Point origin; public Form(Point origin) {this.origin = origin; public void print() { System.out.print(this.origin); public static void main(string[] args) { Form form; form = new Rectangle(new Point(50.0f, 75.0f), 2.0f, 8.0f); form.print(); // (50.0f, 75.0f) form = new Circle(Rectangle(new Point(1.0f, 0.0f), 16.0f); form.print(); // (1.0f, 0.0f) Die Methode print wurde in Form definiert, kann aber über Instanzen von Rectangle und Circle aufgerufen werden

12 12 Vererbung und Methoden (II) Jede Methode kann nur auf die Instanzattribute und -methoden der eigenen oder der Elternklasse zugreifen Die print-methode von Form kennt daher nur das Attribut origin Es ist möglich Methoden der Elternklasse zu überschreiben: public class Rectangle extends Form { private float width; private float height; public void print() { System.out.print("width:" + this.width + ", height:" + this.height); Form form; form = new Rectangle(new Point(50.0f, 75.0f), 2.0f, 8.0f); form.print(); // print von Rectangle: width: 2.0f, height: 8.0f form = new Circle(Rectangle(new Point(1.0f, 0.0f), 16.0f); form.print(); // print von Form: (1.0f, 0.0f)

13 13 Vererbung und Methoden (III) Der Rectangle-Aufruf von print liefert keine Angabe zu origin mehr Mit super kann nicht nur ein Konstruktor aufgerufen werden Auch der Zugriff auf Methoden und Attribute der Elternklasse ist damit möglich public class Rectangle extends Form { public void print() { super.print(); System.out.print("width:" + this.width + ", height:" + this.height); Form form; form = new Rectangle(new Point(50.0f, 75.0f), 2.0f, 8.0f); form.print(); // Rectangle::print (50.0f, 75.0f) width: 2.0f, height: 8.0f form = new Circle(new Point(1.0f, 0.0f), 16.0f); form.print(); // Form::print (1.0f, 0.0f) Der Zugriff auf origin innerhalb von Rectangle scheitert allerdings System.out.print("origin:" + super.origin + ", width:" + this.width + ", height:" + this.height);

14 14 Sichtbarkeit Sichtbarkeitsmodifikatoren sind bereits mehrfach aufgetaucht Attribute werden meist mit der Sichtbarkeit private deklariert Instanz-Methoden waren bisher immer public Klassen wurden ebenfalls als public definiert Es gibt vier Sichtbarkeitsmodifiktoren für Attribute, Klassen 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 Das erklärt das Scheitern des Zugriffes im vorherigen Beispiel public class Form { private Point origin; Das Attribut origin ist nur innerhalb von Form verwendbar

15 15 Sichtbarkeit bei Attribute (Methoden analog) package wwu.ziv.java.playground.a; public class FirstClassInA { public String name; package wwu.ziv.java.playground.a; public class SecondClassInA { protected String name; package wwu.ziv.java.playground.a; public class ExtendFirstInA extends FirstClassInA { package wwu.ziv.java.playground.a; public class ExtendSecondInA extends SecondClassInA { package wwu.ziv.java.playground.b; public class FirstClassInB { String name; package wwu.ziv.java.playground.b; public class SecondClassInB { private String name; package wwu.ziv.java.playground.b; public class ExtendFirstInB extends FirstClassInB { package wwu.ziv.java.playground.b; public class ExtendSecondInB extends SecondClassInB {

16 16 Sichtbarkeit bei Klassen Klassen können entweder public oder package private also ohne Angabe deklariert werden package wwu.ziv.java.playground.a; package wwu.ziv.java.playground.a; public class FirstClassInA { package wwu.ziv.java.playground.b; class SecondClassInA { package wwu.ziv.java.playground.b; public class FirstClassInB { class SecondClassInB { Innerhalb einer Klassen-Datei kann es mehrere Klassendeklarationen geben Allerdings: Nur eine Klasse kann public sein Die Dateiname muss mit der Klasse übereinstimmen, die public ist Alle anderen müssen package private sein Kein public, so muss der Name mit irgendeiner Klasse übereinstimmen In der Regel nur eine Klasse pro Datei

17 17 Die Klasse Object In Java fängt jede Klassenhierarchie mit der Klasse Object an D.h. jede Klasse, die nicht explizit von einer anderen Klasse erbt, erbt von Object, ohne dass dies angegeben werden muss Am Beispiel der geometrischen Figuren x: float y: float Point Rectangle width: float height: float Object Form origin: Point Circle radius: float Insbesondere heißt dies, dass Variablen vom Typ Object jede erdenkliche Instanz aufnehmen können Object object1 = new Rectangle(); Object object2 = "Hello World"; Object[] array1 = new Rectangle[] ; Object[] array2 = new String[] ;

18 18 Die Klasse Object (II) Object definiert keine Instanzattribute, allerdings eine Reihe von Methoden Object public String tostring() public Class getclass() public boolean equals(object obj) public int hashcode() public void notifiy() public void notifiyall() public void wait() public void wait(long timeout) public void wait(long timeout, int nanos) protected Object clone() protected void finalize() String-Repräsentation Zugriff auf definierende Klasse Vergleich mit anderem Objekt Eindeutiger Code dieser Instanz Multithreading Objekt clonen Letzter Atemzug vor Garbage-Collection Wie man sieht, sind Klassen nicht nur eine Compilezeitdefinition, sondern auch Objekte der Klasse Class Auf Multithreading wird in dieser Vorlesung nicht eingegangen Die Methoden clone u. finalize können nicht von außen aufgerufen werden Insbesondere sollte finalize niemals explizit aufgerufen werden

19 19 Object::toString Die Methode tostring ist besonders interessant: Jedes Objekt, das in einer String-Konkatenation genutzt wird, wird automatisch per tostring zur String-Repräsentation umgewandelt package wwu.ziv.java.playground; package wwu.ziv.java.playground; public class SomeObject { private String name; public class SomeOtherObject { private String name; public SomeObject(Point origin) { this.name = name; public SomeOtherObject(Point origin) { this.name = name; public String tostring() {return this.name; SomeObject object1 = new SomeObject("Adam"); SomeOtherObject object2 = new SomeOtherObject("Eva"); System.out.print("Object 1:" + object1); System.out.print("Object 2:" + object2); Object 1: wwu.ziv.java.playground.someobject@1503a3 Object 2: Eva

20 20 Vererbung & this anhand von Object::toString public class Form {.. public class Rectangle { public String tostring() { return this.getclass().getsimplename(); public String tostring() { return super.tostring() + " width:" + this.width + " height:" + this.height; System.out.println( new Form() ); System.out.println( new Rectangle() ); System.out.println( new Circle() ); Rectangle tostring: String Form tostring: String Circle Form Rectangle width: height: Circle

21 21 Abstrakte Klassen In der Objektorientierung erben alle Klassen die Methoden der Elternklasse Form soll nun um die Methode getarea (Flächeninhalt) erweitert werden public class Form { public double getarea() public String tostring() { return this.getclass().getsimplename() + " Fläche=>" + this.getarea(); Ein Flächeninhalt ist abhängig vom Typ der Form (Kreis, Rechteck, etc.) Die Klasse Form kennt ihre Kindklassen nicht Die Methode getarea kann für Form demnach nicht sinnig definiert werden Man könnte die Methode in die Subklassen auslagern, allerdings: Der Aufruf getarea in tostring von Form wäre nicht mehr möglich Man weiß, dass alle Form-Instanzen einen Flächeninhalt haben Die Methode in Form unterzubringen ist demnach der richtige Ansatz Mit den bisherigen Mitteln muss getarea allerdings implementiert werden

22 22 Abstrakte Klassen (II) 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 Form { Ebenso können Methoden als abstract definiert werden SICHTBARKEIT abstract RÜCKGABETYP BEZEICHNER ( DATENTYP PARAM- BEZEICHNER, ; optional public abstract double getarea(); 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

23 23 Abstrakte Klassen (III) public abstract class Form { public abstract double getarea(); public String tostring() { return this.getclass().getsimplename() + " Fläche:" + this.getarea(); public class Rectangle extends Form { public double getarea() { return this.width * this.height; public class Circle extends Form { public final static double PI = ; public double getarea() { return this.radius * this.radius * Circle.PI;

24 24 Abstrakte Klassen: Anwendungsbeispiel private static Form[] random(int mod) { private static Form[] createrandomarrayofforms(int size) { Form[] forms = new Form[size]; int random; for (int i = 0; i < forms.length; i++) { random = random(2); random[i] = (random % 2 == 0)? new Circle() : new Rectangle() return forms; public static void main (String[] args) { Form[] forms = createrandomarrayofforms(10); for (Form form : forms) { System.out.println("Fläche:" + form.getarea()); Randomisierte Zahl zwischen 0 und mod-1 Erzeugt einen Array der Größe size Füllen des Arrays mit randomisierten Daten Randomisierten Array erzeugen lassen Ausgabe der Flächeninhalte Da Form die Methode getarea festlegt, ist es egal, ob die konkrete Instanz vom Typ Circle oder Rectangle ist; beide haben garantiert die Methode getarea.

25 25 Polymorphie Form[] forms = createrandomarrayofforms(10); for (Form form : forms) { System.out.println("Fläche:" + form.getarea()); Der Form-Array wird erst zur Laufzeit gefüllt Die Objekte sind dabei beliebige Instanzen einer von Form geerbten Klasse Zur Compilezeit ist daher nicht klar, welche Implementierung der getarea- Methode in der for-schleife aufgerufen wird Erst zur Laufzeit kann der Methodenaufruf aufgelöst werden Dieses Verhalten nennt sich spätes Binden (auch: dynamisches Binden ) Die Klassenhierarchie wird bis Object durchlaufen Die erste Klasse, die die gesuchte Methode definiert bekommt den Zuschlag Eine solche Methode wird polymorph genannt Die Variable form im obigen Beispiel wird ebenfalls polymorph genannt: Sie verweist zu verschiedenen Zeitpunkten auf verschiedene Typen des gleichen Basistypes

26 26 Mehrfachvererbung A dosomething: void B dosomething: void C D D d = new D(); d.dosomething(); Welche Methode wird aufgerufen B::doSomething oder A::doSomething? Das Problem ist nicht trivial lösbar, Java unterstützt daher keine konkrete Mehrfachvererbung Es gibt aber die Möglichkeit mehrfache Ist ein -Beziehungen zu definieren

27 27 Interfaces Ein Interface 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 Identifiable { String getmac(); Eine Klasse implementiert ein Interface Die Beziehung wird nicht per extends sondern mit implements angegeben public class BEZEICHNER implements INTERFACE-BEZEICHNER {

28 28 Interfaces (II) public class Computer implements Identifiable { private String id; public Computer(String id) { this.id = id; public String getid() { return this.id; Die implementierende Klasse muss entweder alle im Interface angegebenen Methoden definieren oder als abstract deklariert werden Eine Klasse kann beliebig viele Interfaces implementieren Dadurch gewinnt man eine Art Pseudo-Mehrfachvererbung Es können Variablen vom Typ eines Interfaces definiert werden: Identifiable identifiable = new Computer(" ae.fd7e"); System.out.print(identifiable.getId());