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Programmierkurs Java Vorlesung 11 Dietrich Boles Seite 1 Programmierkurs Java Vorlesung am FB Informatik der Universität Oldenburg Vorlesung 11 Dietrich.

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1 Programmierkurs Java Vorlesung 11 Dietrich Boles Seite 1 Programmierkurs Java Vorlesung am FB Informatik der Universität Oldenburg Vorlesung 11 Dietrich Boles

2 Programmierkurs Java Vorlesung 11 Dietrich Boles Seite 2 Gliederung von Vorlesung 11 Vererbung –Motivation –Beispiel –Definitionen –Implementierung –Besonderheiten in Java –Überschreiben von Methoden –Konstruktoren –Schlüsselwort super –Vorteile –Beispiele Polymorphie / Dynamisches Binden –Definitionen –Beispiele –Vorteile Schlüsselwort final Typumwandlung

3 Programmierkurs Java Vorlesung 11 Dietrich Boles Seite 3 Vererbung Motivation: –gleichartige Objekte Erstellung einer Klasse –gleichartige Klassen ? Beispiele: –Abstrahierung: n verschiedene Sortierungsalgorithmen (BubbleSort, QuickSort,...) –Erweiterung: Klasse Stack Klasse SwapStack (Vertauschen der obersten Elemente) –Spezialisierung: Klasse Rechteck Klasse Quadrat Idee: –Man nehme eine existierende (Ober-)Klasse OK, leite eine neue (Unter-)Klasse UK davon ab (d.h. UK erbt/besitzt alle Instanzvariablen und Methoden von OK) und modifiziere die geerbte Implementierung bzw. erweitere das Attribute- und Methodenangebot –Java: Schlüsselwort extends

4 Programmierkurs Java Vorlesung 11 Dietrich Boles Seite 4 Beispiel (Stack -> SwapStack) public class Stack { int[] store; // zum Speichern von Daten int actual; // aktueller Index public Stack() { this.store = new int[10]; this.actual = -1; } public boolean isFull() { return this.actual == (this.store.length-1); } public boolean isEmpty() { return this.actual == -1; } public void push(int value) { this.store[++this.actual] = value; } public int pop() { int value = this.store[this.actual]; this.actual--; return value; } }

5 Programmierkurs Java Vorlesung 11 Dietrich Boles Seite 5 Beispiel (Stack -> SwapStack) public class SwapStack extends Stack { // alle Attribute und Methoden von Stack werden geerbt public int pop() { // Modifikation return this.store[this.actual--]; } public void swap() { // Erweiterung if (this.actual >= 1) { int speicher = this.store[this.actual-1]; this.store[this.actual-1]=this.store[this.actual]; this.store[this.actual] = speicher; } } public void main(String[] args) { SwapStack stack = new SwapStack(); stack.push(3); // geerbte Methode stack.push(5); stack.swap(); // neue Methode System.out.println(stack.pop()); // modifiz. Meth. }

6 Programmierkurs Java Vorlesung 11 Dietrich Boles Seite 6 Definitionen Erben: –Erben einer Klasse sind Klassen, die deren Spezifikation und Implementierung übernehmen und sie erweitern oder modifizieren (ohne Code-Duplizierung!) Vererbung: –Strukturierungsprinzip bei der Klassendefinition –Neue Klassen (Unterklassen) können durch Erweiterung bzw. Modifikation bereits existierender Klassen (Oberklassen) definiert werden. Unterklassen erben dabei die Instanzvariablen und Methoden der Oberklassen. –Die Vererbung führt zur hierarchischen Anordnung von Klassen und kann sich über mehrere Stufen erstrecken (isA-Beziehungen) Protokoll einer Klasse: –Beschreibung der Schnittstelle einer Klasse, d.h. i.a. Menge der von außen zugreifbaren Methoden und Attribute der Klasse Ableitung: –Prozeß der Klassenbildung mit Hilfe des Vererbungsprinzips

7 Programmierkurs Java Vorlesung 11 Dietrich Boles Seite 7 Definitionen Oberklasse: –Eine Klasse, von der eine andere Klasse abgeleitet worden ist Unterklasse: –Eine Klasse, die von einer anderen Klasse abgeleitet worden ist Klassenhierarchie: –Die mehrfach fortgesetzte Definition von Klassen mit Hilfe des Vererbungsprinzips führt zur Bildung von Klassenhierarchien direkte Oberklasse/Unterklasse: –Klasse, die in einer Klassenhierarchie direkt oberhalb/unterhalb einer bestimmten Klasse steht (d.h. von der direkt abgeleitet/geerbt wurde) Mehrfachvererbung: –Vererbungsbeziehung mit mehreren direkten Oberklassen A B C D F G HK E L

8 Programmierkurs Java Vorlesung 11 Dietrich Boles Seite 8 Beispiel (Person ->...) public class Person { String name; String vorname; public Person(String n, String v) { this.name = n; this.vorname = v; } public void println() { System.out.println(vorname + + name); } public void changeName(String n) { this.name = n; }

9 Programmierkurs Java Vorlesung 11 Dietrich Boles Seite 9 Beispiel (Person ->...) public class Student extends Person { // Attribute name und vorname werden geerbt int matrikelnummer; public Student(String n, String v, int m) { this.name = n; this.vorname = v; this.matrikelnummer = m; } public void println() { // Modifikation System.out.println(vorname + + name + : + matrikelnummer ); } // Methode changeName wird geerbt }

10 Programmierkurs Java Vorlesung 11 Dietrich Boles Seite 10 Beispiel (Person ->...) public class Professor extends Person { // Attribute name und vorname werden geerbt String bueroNummer; public Professor(String n, String v, String b) { this.name = n; this.vorname = v; this.bueroNummer = b; } public void println() { // Modifikation System.out.println(vorname + + name +, Buero: + bueroNummer ); } // Methode changeName wird geerbt public void changeBuero(String newB) { // Erweiterung this.bueroNummer = newB; }

11 Programmierkurs Java Vorlesung 11 Dietrich Boles Seite 11 Beispiel (Person ->...) public class Test { public static void main(String[] args) { Person dibo = new Person (Boles, Dietrich); Student franz = new Student(Meier, Franz, 4711); Professor hja = new Professor(Appelrath, J.-H., O 50); dibo.println(); // Dietrich Boles franz.println(); // Franz Meier: 4711 hja.println(); // J.-H. Appelrath, Buero: O 50 dibo.changeName(Mueller); franz.changeName(Meyer); hja.changeName(H.-J.); hja.changeBuero(O 49); dibo.println(); // Dietrich Mueller franz.println(); // Franz Meyer: 4711 hja.println(); // H.-J. Appelrath, Buero: O 49 }}

12 Programmierkurs Java Vorlesung 11 Dietrich Boles Seite 12 Implementierung public class A { int value; public void print(); } public class B extends A { int value; float number; public void change(); } public class AB { public static void main(String[] args) { A aObj = new A(); B bObj = new B(); } aObj bObj value value (A) value (B) number print() print(); change();

13 Programmierkurs Java Vorlesung 11 Dietrich Boles Seite 13 Besonderheiten in Java Keine Mehrfachvererbung (d.h. hinter extends kann immer nur ein Klassenname stehen!) es werden immer alle Instanzvariablen und Methoden geerbt (keine Auswahl möglich) Konstruktoren werden nicht vererbt Klassenvariablen werden nicht vererbt (dupliziert), sind jedoch in der Unterklasse zugreifbar (siehe Beispiel auf nächster Folie) Jede Klasse wird implizit von einer Klasse Object (aus dem JDK) abgeleitet (siehe übernächste Folie)

14 Programmierkurs Java Vorlesung 11 Dietrich Boles Seite 14 Besonderheiten / Klassenvariablen public class A { static int wert = 0; public static void incrWert() { A.wert++; } public static int liefereWert() { return A.wert; } } public class B extends A { public static void decrWert() { B.wert--; } } public class AB { public static void main(String[] args) { A.incrWert(); A.incrWert(); B.incrWert(); System.out.println(A.liefereWert()); // 3 System.out.println(B.liefereWert()); // 3 B.decrWert(); System.out.println(A.liefereWert()); // 2 System.out.println(B.liefereWert()); // 2 }

15 Programmierkurs Java Vorlesung 11 Dietrich Boles Seite 15 Besonderheiten / Klasse Object public class Object { protected Object clone(); // byte-Kopie public boolean equals(Object obj); // Wertgleichheit? public String toString(); // konvertiert in String public Class getClass(); // liefert Klassenobjekt... } die Methoden (außer getClass) sollten von jeder neu definierten Klasse reimplementiert (überschrieben) werden!

16 Programmierkurs Java Vorlesung 11 Dietrich Boles Seite 16 Besonderheiten / Klasse Object // minimale Klasse: public class Int extends Object { int value; public Int(int v) { this.value = v; } public Int(Int obj) { this.value = obj.value; } protected Object clone() { return new Int(this); } public boolean equals(Object obj) { return this.value == ((Int)obj).value; } public String toString() { return String.valueOf(this.value); }... }

17 Programmierkurs Java Vorlesung 11 Dietrich Boles Seite 17 Überschreiben von Methoden Überladen: –Methoden einer Klasse mit demselben Namen aber unterschiedlichen Parametern Überschreiben: –Ersetzung der Implementierung einer Methode einer Oberklasse durch eine neue Implementierung (Modifikation!). Die Methoden müssen identische Signaturen haben! public class Stack { public boolean isFull() public boolean isEmpty() public void push(int value) public void push(float value) // Überladen public int pop() } public class SwapStack extends Stack { public void push(char value) // Überladen public void push(int value) // Überschreiben public int pop() // Überschreiben }

18 Programmierkurs Java Vorlesung 11 Dietrich Boles Seite 18 Konstruktoren Konstruktor: Initialisierung der Attribute eines neu erzeugten Objektes bzgl. der Vererbung ist zu beachten: –wird eine Klasse durch Vererbung definiert, dann muss die Unterklasse einen Konstruktor definieren, der einen Konstruktor der Oberklasse aufruft, und zwar mittels des super -Konstrukts als erste Anweisung der Konstruktorimplementierung –Ausnahme: die Oberklasse besitzt einen parameterlosen Konstruktor; dann wird dieser automatisch aufgerufen –Java liefert einen voreingestellten parameterlosen Konstruktor (jedoch nur, wenn die Oberklasse einen parameterlosen Konstruktor besitzt) –durch Verwendung des this -Konstrukts kann der Aufruf des super - Konstruktors verzögert werden

19 Programmierkurs Java Vorlesung 11 Dietrich Boles Seite 19 Konstruktoren public class A { int value; public A() { this.value = 2; } } public class B extends A { float zahl; // implizite Def. des voreingestellten Konstruktors } public class C extends A { int value; // neue Variable! public C() { super(); // kann auch entfallen this.value = 3; } B bObj = new B(); C cObj = new C(); cObj value (A) value (C) 2 3

20 Programmierkurs Java Vorlesung 11 Dietrich Boles Seite 20 Konstruktoren public class A { int value; public A(int v) { this.value = v; } pubic A() { this.value = 4; } } public class B extends A { double value; public B(float v) { super((int)v); this.value = (double)v; } public B(double v) { // impl. Aufruf des parameterlosen Konstruktors this.value = v; } public B(long v) { this((double)v); // Verzögerung } B b1 = new B(1.F); B b2 = new B(2.); B b3 = new B(4L);

21 Programmierkurs Java Vorlesung 11 Dietrich Boles Seite 21 Schlüsselwort super In allen Instanzmethoden einer Klasse verfügbar Referenz zum aktuellen Objekt als eine Instanz seiner Oberklasse zum Zugriff auf geerbte (überschriebene) Methoden/Attribute Nutzung wie this public class That { int value = 2; public String name() { return That; } } public class More extends That { int value = 4; public String name() { return More; } public void printName() { System.out.println(this.name()); // More System.out.println(super.name()); // That System.out.println(this.value); // 4 System.out.println(super.value); // 2 }

22 Programmierkurs Java Vorlesung 11 Dietrich Boles Seite 22 Schlüsselwort super public class A { int value = 2; public void pA() { System.out.println(value); } } public class B extends A { int value = 3; public void pB() { System.out.println(value); } } public class C extends B { int value = 4; public void pC() { System.out.println(value); } public void test() { this.value = 5; super.value = 6; // ((B)this).value = 6; ((A)this).value = 7;//super.super.value geht nicht! } // Tymumwandlung (siehe spaeter) C o = new C(); o.test(); o.pA(); o.pB(); o.pC();

23 Programmierkurs Java Vorlesung 11 Dietrich Boles Seite 23 Vorteile der Vererbung Wiederverwendbarkeit keine Quellcode-Duplizierung notwendig Fehlerkorrekturen bzw. Änderungen an einer Oberklasse wirken sich automatisch auch auf alle Unterklassen aus Grundlage der Polymorphie

24 Programmierkurs Java Vorlesung 11 Dietrich Boles Seite 24 Beispiel 1 public class Hamster { // in speziellem Paket public void vor() {...} public void linksUm() {...} public void gib() {...} public void nimm() {...} public boolean vornFrei() {...} public boolean kornDa() {...} public boolean maulLeer() {...} } public class MyHamster extends Hamster { void main() { vor(); // Aufruf der geerbten Methode if (kornDa()) nimm(); vor(2); // Aufruf der überladenen Methode } public void vor(int anzahl) { while (vornFrei() && (anzahl > 0)) { vor(); anzahl--; } } }

25 Programmierkurs Java Vorlesung 11 Dietrich Boles Seite 25 Beispiel 2 public class ZaehlenderHamster extends Hamster { int koerner; public ZaehlenderHamster(int koerner) { this.koerner = koerner; } public void gib() { super.gib(); this.koerner--; } public void nimm() { super.nimm(); this.koerner++; } public int koernerImMaul() { return this.koerner; } public boolean maulLeer() { return this.koerner == 0; } ZaehlenderHamster paul = new ZaehlenderHamster(4); if (!paul.maulLeer()) paul.gib(); paul.vor();...

26 Programmierkurs Java Vorlesung 11 Dietrich Boles Seite 26 Beispiel 3 public class Mitarbeiter { String name; int alter; float gehalt;... public void print() { System.out.println(this.name);... } public class Manager extends Mitarbeiter { Mitarbeiter[] gruppe; int level;... public void print() { super.print(); System.out.println(this.level); for (int i=0; i

27 Programmierkurs Java Vorlesung 11 Dietrich Boles Seite 27 Polymorphie und Dynamisches Binden Polymorphie: –Fähigkeit einer Objektvariablen, auf Objekte unterschiedlicher Klassen verweisen zu können –in Java: eingeschränkt auf Objekte von Unterklassen Dynamisches Binden: –Zuordnung eines Methodenrumpfes zu einem Methodenaufruf erst zur Laufzeit Einsatzmöglichkeit / Anmerkungen: –Eine Objektvariable vom Typ einer Oberklasse kann auch auf Instanzen einer Unterklasse verweisen, deren Protokoll dann aber auf das Protokoll der Oberklasse eingeschränkt ist. Beim Aufruf einer Methode für die Variable wird diejenige Methode ausgeführt, die der tatsächlichen Klasse des Objektes zugeordnet ist ( überschriebene Methode) –Gilt auch während der Ausführung von Konstruktoren( Unterschied zu C++ ) –Klassenmethoden werden nicht dynamisch gebunden

28 Programmierkurs Java Vorlesung 11 Dietrich Boles Seite 28 Beispiel 1 public class A { public void print() { System.out.println(ich A); } } public class B extends A { public void print() { System.out.println(ich B); } } public class AB { public static void main(String[] args) { A obj1 = new A(); obj1.print(); // ich A B obj2 = new B(); obj2.print(); // ich B A obj3 = new B(); obj3.print(); // ich B obj1 = obj2; obj1.print(); // ich B } obj1 (REF A) A-Objekt print() obj2 (REF B)obj3 (REF A) B-Objekt print() B-Objekt print()

29 Programmierkurs Java Vorlesung 11 Dietrich Boles Seite 29 Beispiel 2 (s.a. Seiten ) public class Test { public static void ausgeben(Person person) { person.println(); } public static void main(String[] args) { Person dibo = new Person (Boles, Dietrich); Student franz = new Student(Meier, Franz, 4711); Professor hja = new Professor(Appelrath, H.-J., O 49); ausgeben(dibo); // Dietrich Boles ausgeben(franz) // Franz Meier: 4711 ausgeben(hja); // H.-J. Appelrath, Buero: O 49 dibo = hja; ausgeben(dibo); // H.-J. Appelrath, Buero: O 49 franz = dibo; // Fehler! }}

30 Programmierkurs Java Vorlesung 11 Dietrich Boles Seite 30 Beispiel 3 public class X { int i = 4; public X() { this.print(); } public void print() { System.out.println(X + i); } public void call() { this.print(); } } public class Y extends X { int j = 7; public Y() { super(); this.print(); } public void print() { super.print(); System.out.println(Y + j); } public static void main(String[] args) { X obj = new X(); // Ausgabe: X4 obj.call(); // Ausgabe: X4 obj = new Y(); // Ausgabe: X4 Y0 X4 Y7 obj.call(); // Ausgabe: X4 Y7 }

31 Programmierkurs Java Vorlesung 11 Dietrich Boles Seite 31 Beispiel 4 (a) public class X { public void print() { System.out.println("in X"); } public void call() { this.print(); } public class Y extends X { public void print() { System.out.println("in Y"); } public static void main(String[] args) { Y y = new Y(); y.call(); // Ausgabe: in Y }

32 Programmierkurs Java Vorlesung 11 Dietrich Boles Seite 32 Beispiel 4 (b) public class X { public static void print() { System.out.println("in X"); } public void call() { this.print(); } public class Y extends X { public static void print() { System.out.println("in Y"); } public static void main(String[] args) { Y y = new Y(); y.call(); // Ausgabe: in X }

33 Programmierkurs Java Vorlesung 11 Dietrich Boles Seite 33 Beispiel 5 public class Graphik { public void draw() { System.out.println(Graphik draw); } public class Rectangle extends Graphik { public void draw() { System.out.println(Rectangle draw); } public class Square extends Rectangle { public void draw() { System.out.println(Square draw); } public class Circle extends Graphik { public void draw() { System.out.println(Rectangle draw); }

34 Programmierkurs Java Vorlesung 11 Dietrich Boles Seite 34 Beispiel 5 public class GraphikSet { Graphik[] elemente; int next; public GraphikSet(int groesse) { this.elemente = new Graphik[groesse]; this.next = 0; } public void add(Graphik obj) { this.elemente[this.next++] = obj; } public Graphik[] getElements() { return this.elemente; } public class Programm { public static void main(String[] args) { GraphikSet menge = new GraphikSet(100); menge.add(new Circle()); // Polymorphie! menge.add(new Square()); Graphik[] objekte = menge.getElements(); for (int i=0; i

35 Programmierkurs Java Vorlesung 11 Dietrich Boles Seite 35 Anmerkung Polymorphie bezieht sich ausschließlich auf überschriebene Methoden! Polymorphie gilt nur für Methoden nicht für Attribute! Beispiel: public class X { public int i; public void f() {... } } public class Y extends X { public int i; public void f() {... } } main: X obj = new Y(); obj.f(); // Y::f obj.i = 3; // X::i

36 Programmierkurs Java Vorlesung 11 Dietrich Boles Seite 36 Vorteile Wiederverwendbarkeit: –folgende Stack-Klasse kann für Objekte beliebiger Klassen genutzt werden public class Stack Object[] elemens; int actual; public void push(Object elem); public Object pop(); } Erweiterbarkeit (ohne Quellcode-Änderung) –Beispiel: TicTacToe-Spiel im Anhang (erweitert durch Klasse TTTProgramm ) –Methode bearbeite einsetzbar auch für später definierte Graphik-Klassen void bearbeite(Graphik obj) {... Obj.draw();... }

37 Programmierkurs Java Vorlesung 11 Dietrich Boles Seite 37 Schlüsselwort final final class A {... } von A kann keine weitere Klasse abgeleitet werden public class B { public final void f() {... } } in einer Unterklasse von B kann die Methode f nicht überschrieben werden public class B { public static final double PI = ; } Definition von Konstanten

38 Programmierkurs Java Vorlesung 11 Dietrich Boles Seite 38 Typumwandlung public class A {... } public class B extends A {... } public class C extends A {... } public class D {... } A a = new B(); B b = a; // Fehler! B b = (B)a; C c = (C)a; // ok, allerdings beim Zugriff // Laufzeitfehler D d = (D)a; // Fehler Typumwandlung (Typ-Cast) von Oberklasse auf Unterklasse explizit möglich (allerdings u.U. unsicher!) A CB D


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