Vererbung. Thomas Röfer. Pakete Vererbung Frühes / spätes Binden Lokale Klassen Zugriffsschutz Abstrakte Klassen und Schnittstellen Mehrfaches Erben

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1 Vererbung Thomas Röfer Pakete Vererbung Frühes / spätes Binden Lokale Klassen Zugriffsschutz bstrakte Klassen und Schnittstellen Mehrfaches Erben

2 Rückblick Listen, Stapel, Warteschlangen bstrakte Datentypen create create Stack Stack push push Stack Stack EntryStack EntryStack top top StackEntry StackEntry pop pop StackStack StackStack empty empty Stackboolean Stackboolean lgebraische.d. top(push(s, top(push(s, e)) e)) e e pop(push(s, pop(push(s, e)) e)) s s empty(create()) empty(create()) empty(push(s, empty(push(s, e)) e)) Stack Stack s.push(6) top top 34 3 entries s.pop() Stapel Warteschlange Queue Queue 2 3 q.push("6") last last 90 9 entries "17" "5" "3" "0" "7" "8" "42" "19" "11" null "6" Einfach verkettete Liste q.pop() Doppelt verkettete Liste DLList DLList value value 1 1 previous previous null null DLList DLList value value 1 1 previous previous List List List List value value 1 1 List List value value 2 2 List List value value 3 3 null null DLList DLList last last DLList DLList value value 1 1 previous previous null null PI-1 Vererbung 2

3 Pakete (Packages) Konzept Klassen dienen zum Zusammenfassen von Methoden und ttributen Pakete dienen zum Zusammenfassen von Klassen und weiterer Pakete Im Quelltext m nfang package Paketname. Paketname Namensraum importieren import Paketname. Paketname. ( * Klassenname ) Im Dateisystem Pakete werden als Ordner repräsentiert In BlueJ Ein neues Paket kann man mit Bearbeiten Neues Paket erzeugen Pakete werden fast wie eigene Projekte behandelt java.lang.system.out.prln("hallo") Paket Paket Klasse ttribut Methode PI-1 Vererbung 3

4 Vererbung und abgeleitete Klassen Vererbung Erlaubt die Modellierung der is-a Relation zwischen Klassen Wenn Klasse von Klasse B erbt, ist die Unterklasse (sub / abgeleitete Klasse) der Oberklasse (super / Basisklasse) B Ziele Wiederverwendung von Code Unterstützung von Polymorphie Sichtweisen bgeleitete Klasse ist Erweiterung der Basisklasse Basisklasse ist allgemeiner, abgeleitete Klasse ist spezieller Reale Vererbung / virtuelle Vererbung Eine Methode wird real vererbt, wenn die abgeleitete Klasse die Methode wiederverwendet Eine Methode wird virtuell vererbt, wenn die abgeleitete Klasse die Methode überschreibt PI-1 Vererbung 4

5 Vererbung Beispiel Seriennr; Seriennr; setseriennr() setseriennr() Ventil Ventil Stellung Stellung s; s; Ein(); Ein(); Motor Motor Drehzahl Drehzahl d; d; Ein(); Ein(); PI-1 Vererbung 5

6 Vererbung Beispiel Link Link Link Link ; ; TNode TNode Link Link T T data; data; setdata(t setdata(t d) d) data data d; d; T T getdata() getdata() return return data; data; PI-1 Vererbung 6

7 Überschreibung Überschreibung von Methoden Eine abgeleitete Klasse definiert eine Methode mit derselben Signatur wie ihre Basisklasse Überschreiben durch Methode mit derselben Parameterliste aber anderem Rückgabetyp nicht erlaubt Wurde eine Methode als final deklariert, kann sie nicht überschrieben werden Überschreibung von ttributen Der Zugriff auf ttribute erfolgt durch frühe Bindung (also zur Kompilierzeit) fn1( fn1( i) i) fn2( fn2( i) i) final final fn3( fn3( i) i) B B fn1( fn1( i) i) Überschreibung Überschreibung return return 2 2 * * super.fn1(i); super.fn1(i); ufruf ufruf der der Basisklassenmethode Basisklassenmethode fn1(double fn1(double d) d) Überladung Überladung double double fn2( fn2( i) i) Fehler Fehler gleiche gleiche Parameterliste, Parameterliste, anderer anderer Rückgabetyp Rückgabetyp fn3( fn3( i) i) Fehler Fehler Überschreibung Überschreibung nicht nicht erlaubt erlaubt PI-1 Vererbung 7

8 Virtuelle Methoden und spätes Binden Virtuelle Methoden Methoden bezeichnet man als virtuell, wenn man über eine Referenz vom Typ einer Basisklasse eine Methode einer abgeleiteten Klasse aufrufen kann In Java sind alle Methoden virtuell Spätes Binden Wenn erst zur Laufzeit eines Programms entschieden werden kann, welche (virtuelle) Methode aufgerufen wird, bezeichnet man dies als spätes oder dynamisches Binden Virtuelle Methodentabellen Zur Realisierung des späten Bindens enthält jedes Java-Objekt eine versteckte Referenz auf die virtuelle Methodentabelle seiner Klasse Darin stehen die dressen der Methoden, die für ein Objekt dieser Klasse aufgerufen werden müssen PI-1 Vererbung 8

9 Frühes Binden / Spätes Binden value; () () value value 1; 1; a B(); System.out.prln(a.value); System.out.prln(a.getValue()); getvalue() return returnvalue; B value; B() B() value value 2; 2; getvalue() return returnvalue; PI-1 Vererbung 9

10 Virtuelle Methodentabellen super fn1 fn2 fn3 super fn1 fn2 fn1() fn1() fn2() fn2() B B fn2() fn2() fn3() fn3() a a (); (); a.fn1(); a.fn1(); b b B(); B(); b.fn1(); b.fn1(); b.fn2(); b.fn2(); b.fn3(); b.fn3(); Kompilierfehler! Kompilierfehler! PI-1 Vererbung 10

11 Konstruktoren Standardkonstruktor Wenn man keine Konstruktoren definiert, erzeugt Java automatisch einen Konstruktor ohne Parameter (nur dann) Konstruktionsreihenfolge Objekte werden immer von der Basisklasse zur abgeleiteten Klasse konstruiert Um einen anderen als den Standardkonstruktor der Basisklasse auszuführen, muss die erste Zeile eines Konstruktors super( ) enthalten Ist dies nicht so, führt Java automatisch super() am nfang aus Hinweis Innerhalb eines Konstruktors einer Basisklasse kann man Methoden einer abgeleiteten Klasse aufrufen, bevor deren Konstruktor abgearbeitet wurde! PI-1 Vererbung 11

12 Standardkonstruktor Beispiele ( (a) a) System.out.prln(a); B B(double B(doubled) d) super(() super(() d); d); B() B() Fehler Fehler () () nicht nicht definiert definiert a; a; B i; i; B( B(i) i) this.i this.i i; i; a 17; 17; PI-1 Vererbung 12

13 Konstruktionsreihenfolge Beispiel () () System.out.prln(" System.out.prln(" ist ist konstruiert"); pr(); konstruiert"); pr(); pr() pr() System.out.prln(" System.out.prln(" wurde wurde aufgerufen"); aufgerufen"); B B B() B() System.out.prln("B System.out.prln("B ist ist konstruiert"); pr(); konstruiert"); pr(); pr() pr() System.out.prln("B System.out.prln("B wurde wurde aufgerufen"); aufgerufen"); PI-1 Vererbung 13

14 Typumwandlung in Klassenhierarchie In Richtung Basisklasse utomatische Typumwandlung B a B(); In Richtung abgeleitete Klasse Durch explizite Typumwandlung (Casting) B b (B) a; Falls nicht möglich, wird ClassCastException erzeugt a1 (); B b1 (B) a1; Typabfrage zur Laufzeit if(a1 instanceof B) b1 (B) a1; PI-1 Vererbung 14

15 Lokale Klassen Definition Eine Klasse ist lokal, wenn sie innerhalb einer anderen Klasse definiert wird Statische lokale Klassen Eine statische lokale Klasse unterscheidet sich außer in ihrer Sichtbarkeit nicht von globalen Klassen Statische Methoden und ttribute der übergeordneten Klasse liegen im Sichtbarkeitsbereich der lokalen Klasse Objekt-lokale Klassen Objekte von nicht-statischen, lokalen Klassen enthalten eine versteckte Referenz auf das Objekt der übergeordneten Klasse, in dessen Kontext sie erzeugt wurden Damit haben sie Zugriff auf dessen Methoden und ttribute, d.h. diese befinden sich im Sichtbarkeitsbereich der lokalen Klasse PI-1 Vererbung 15

16 Lokale Klassen Beispiel value; value; B B pr() pr() System.out.prln(value); System.out.prln(value); static static C C pr() pr() System.out.prln("Hello"); System.out.prln("Hello"); () () value value 2; 2; B B b b B(); B(); b.pr(); b.pr(); C C c c C(); C(); c.pr(); c.pr(); static static hello() hello() C C c c C(); C(); c.pr(); c.pr(); B B b b B(); B(); Fehler! Fehler! PI-1 Vererbung 16

17 Zugriffsschutz Zweck Dient der Kapselung der Funktionalität einer Klasse Versteckt die erne Implementierung der Funktionalität Je kleiner die öffentliche Schnittstelle, desto flexibler kann die erne Implementierung angepasst werden, ohne andere Klassen ändern zu müssen Steigert die Wartbarkeit von Software! Zugriffsmodifizierer (access modifiers) private (kann nicht vor globalen Klassen stehen) Klassen, Methoden und ttribute können nur innerhalb derselben Klasse genutzt werden protected (kann nicht vor globalen Klassen stehen) Klassen, Methoden und ttribute können nur innerhalb derselben Klasse und von ihr abgeleiteten Klassen genutzt werden Keine ngabe Klassen, Methoden und ttribute können nur innerhalb desselben Pakets genutzt werden Klassen, Methoden und ttribute können überall genutzt werden PI-1 Vererbung 17

18 Indizierte Liste mit Zugriffsschutz List List private private static static entry; entry; ; ; ( ( e) e) entry entry e; e; null; null; private private ; ; List() List() null; null; private private at( at( pos) pos) ; ; while(pos while(pos > > 0 0 && &&!! null) null).;.; --pos; --pos; return return ; ; get( get( pos) pos) return return at(pos).entry; at(pos).entry; set( set( pos, pos, entry) entry) at(pos).entry at(pos).entry entry; entry; PI-1 Vererbung 18

19 bstrakte Klassen Definition Eine Klasse ist abstrakt, wenn mindestens eine Methode abstrakt ist, d.h. ihre Signatur zwar angegeben, aber nicht implementiert ist Objekte abstrakter Klassen können nicht konstruiert werden, wohl aber Objekte abgeleiteter Klassen, bei denen alle abstrakten Methoden implementiert wurden Nutzen bstrakte Klassen erlauben die Implementierung einer Teilfunktionalität, bei der bestimmte Details offen gelassen werden Durch die abstrakten Methoden werden abgeleitete Klassen dazu verpflichtet, diese zu implementieren abstract abstract seriennummer; seriennummer; abstract abstract ein(); ein(); Ventil Ventil Stellung Stellung s; s; ein() ein() Motor Motor Drehzahl Drehzahl d; d; ein() ein() m m Motor(); Motor(); m.ein(); m.ein(); g g (); (); Fehler! Fehler! PI-1 Vererbung 19

20 Schnittstellen (Interfaces) Definition Schnittstellen definieren ausschließlich Konstanten und abstrakte Methoden Wenn eine Klasse Schnittstellen implementiert, muss sie die darin vereinbarten Methoden definieren Zudem erbt sie die vereinbarten Konstanten nmerkungen lle Methoden sind abstract lle Methoden und Konstanten in Schnittstellen sind erface erface Prable Prable pr(); pr(); erface erface Drawable Drawable draw(); draw(); implements implements Prable, Prable, Drawable Drawable pr() pr() draw() draw() Prable Prable p p (); (); p.pr(); p.pr(); Drawable Drawable d d (Drawable) (Drawable) p; p; d.draw(); d.draw(); PI-1 Vererbung 20

21 Mehrfaches Erben Begriff Eine Klasse erbt von mehreren anderen Klassen Multiple Inheritance oft falsch übersetzt als Mehrfachvererbung Richtiger mehrfaches (er)erben In Java Erben von mehreren Klassen oder abstrakten Klassen wird nicht unterstützt Erben von mehreren Schnittstellen (Interfaces) ist möglich PI-1 Vererbung 21

22 Mehrfaches Erben Vorteile Ist manchmal dem Problem angemessen Roboter MobilePlattform, rm Roboter r Roboter(); MobilePlattform m r; rm r; Nachteile Komplexität der Programmiersprache steigt bleitungshierarchien sind azyklische, gerichtete Graphen super nicht mehr eindeutig (in C++ daher statt super immer Name der Basisklasse) Komplexes Crosscasting notwendig rm m; Unterscheidung zwischen Erben per Wert und Erben per Referenz wird notwendig PI-1 Vererbung 22

23 Die Klasse Object Definition Wenn bei einer Klasse keine Basisklasse angegeben wird, erbt sie direkt von der Klasse Object (Java fügt sozusagen Object ein) nsonsten wird indirekt von Object geerbt, da die Basisklasse entweder direkt oder wiederum indirekt von Object erbt Nutzen Object enthält Methoden, die somit in jeder Klasse zur Verfügung stehen equals(), clone(), tostring(), Diese müssen aber in abgeleiteten Klassen passend überschrieben werden Generisches Programmieren Referenzen auf Object können auf jedes Java-Objekt verweisen Daher kann man polymorphe Methoden schreiben, die mit allen Objekten funktionieren Referenzen auf Object werden in Containern verwendet (universelle Datenspeicher, z.b. java.util.rraylist oder java.util.linkedlist) PI-1 Vererbung 23

24 Generische indizierte Liste List List private private static static Object Object entry; entry; ; ; (Object (Object e) e) entry entry e; e; null; null; private private ; ; List() List() null; null; private private at( at( pos) pos) ; ; while(pos while(pos > > 0 0 && &&!! null) null).;.; --pos; --pos; return return ; ; Object Object get( get( pos) pos) return return at(pos).entry; at(pos).entry; set( set( pos, pos, Object Object entry) entry) at(pos).entry at(pos).entry entry; entry; PI-1 Vererbung 24

25 Generische indizierte Liste insertbefore( insertbefore( pos, pos, remove( remove( pos) pos) Object Object entry) entry) if(pos if(pos 0) 0) List List Elem Elem.;.; List(entry); List(entry); else else if(pos if(pos 0) 0) List List at(pos at(pos - - 1); 1); Elem. Elem. ; ;....;..; Elem; Elem; else else boolean boolean empty() empty() List List at(pos at(pos - - 1); 1); Elem. Elem..;.; return return null; null;.. Elem; Elem; List List l l List(); List(); l.insertbefore(0, l.insertbefore(0, "Hello"); "Hello"); l.insertbefore(0, l.insertbefore(0, Integer(1)); Integer(1)); String String s s (String) (String) l.get(1); l.get(1); PI-1 Vererbung 25