Galileo Computing < openbook > Galileo Computing - Professionelle Bücher. Auch für Einsteiger.
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Inhaltsverzeichnis
Vorwort
1 Java ist auch eine Sprache
2 Sprachbeschreibung
3 Klassen und Objekte
4 Der Umgang mit Zeichenketten
5 Mathematisches
6 Eigene Klassen schreiben
7 Angewandte Objektorientierung
8 Exceptions
9 Generics, innere Klassen
10 Die Klassenbibliothek
11 Threads und nebenläufige Programmierung
12 Datenstrukturen und Algorithmen
13 Raum und Zeit
14 Dateien und Datenströme
15 Die eXtensible Markup Language (XML)
16 Grafische Oberflächen mit Swing
17 Grafikprogrammierung
18 Netzwerkprogrammierung
19 Verteilte Programmierung mit RMI und Web–Services
20 JavaServer Pages und Servlets
21 Applets
22 Midlets und die Java ME
23 Datenbankmanagement mit JDBC
24 Reflection und Annotationen
25 Logging und Monitoring
26 Sicherheitskonzepte
27 Java Native Interface (JNI)
28 Dienstprogramme für die Java-Umgebung
Stichwort

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Java ist auch eine Insel (8. Auflage) von Christian Ullenboom
Programmieren mit der Java Standard Edition Version 6
Buch: Java ist auch eine Insel (8. Auflage)

Java ist auch eine Insel (8. Aufl.)
8., aktual. Auflage, geb., mit DVD
1.475 S., 49,90 Euro
Galileo Computing
ISBN 978-3-8362-1371-4
Pfeil 6 Eigene Klassen schreiben
Pfeil 6.1 Eigene Klassen mit Eigenschaften deklarieren
Pfeil 6.1.1 Attribute deklarieren
Pfeil 6.1.2 Methoden deklarieren
Pfeil 6.1.3 Die this-Referenz
Pfeil 6.2 Privatsphäre und Sichtbarkeit
Pfeil 6.2.1 Für die Öffentlichkeit: public
Pfeil 6.2.2 Kein Public Viewing – Passwörter sind privat
Pfeil 6.2.3 Wieso nicht freie Methoden und Variablen für alle?
Pfeil 6.2.4 Privat ist nicht ganz privat: Es kommt darauf an, wer’s sieht
Pfeil 6.2.5 Zugriffsmethoden für Attribute deklarieren
Pfeil 6.2.6 Setter und Getter nach der JavaBeans-Spezifikation
Pfeil 6.2.7 Paketsichtbar
Pfeil 6.2.8 Zusammenfassung zur Sichtbarkeit
Pfeil 6.3 Statische Methoden und statische Attribute
Pfeil 6.3.1 Warum statische Eigenschaften sinnvoll sind
Pfeil 6.3.2 Statische Eigenschaften mit static
Pfeil 6.3.3 Statische Eigenschaften über Referenzen nutzen?
Pfeil 6.3.4 Warum die Groß- und Kleinschreibung wichtig ist
Pfeil 6.3.5 Statische Variablen zum Datenaustausch
Pfeil 6.3.6 Statische Eigenschaften und Objekteigenschaften
Pfeil 6.4 Konstanten und Aufzählungen
Pfeil 6.4.1 Konstanten über öffentliche statische finale Variablen
Pfeil 6.4.2 Eincompilierte Belegungen der Klassenvariablen
Pfeil 6.4.3 Typ(un)sichere Aufzählungen
Pfeil 6.4.4 Aufzählungen mit enum
Pfeil 6.5 Objekte anlegen und zerstören
Pfeil 6.5.1 Konstruktoren schreiben
Pfeil 6.5.2 Der Default-Konstruktor
Pfeil 6.5.3 Parametrisierte und überladene Konstruktoren
Pfeil 6.5.4 Copy-Konstruktor
Pfeil 6.5.5 Einen anderen Konstruktor der gleichen Klasse aufrufen
Pfeil 6.5.6 Ihr fehlt uns nicht – der Garbage-Collector
Pfeil 6.5.7 Private Konstruktoren, Utility-Klassen, Singleton, Fabriken
Pfeil 6.6 Klassen- und Objektinitialisierung
Pfeil 6.6.1 Initialisierung von Objektvariablen
Pfeil 6.6.2 Statische Blöcke als Klasseninitialisierer
Pfeil 6.6.3 Initialisierung von Klassenvariablen
Pfeil 6.6.4 Exemplarinitialisierer (Instanzinitialisierer)
Pfeil 6.6.5 Finale Werte im Konstruktor und in statischen Blöcken setzen
Pfeil 6.7 Assoziationen zwischen Objekten
Pfeil 6.7.1 Unidirektionale 1:1-Beziehung
Pfeil 6.7.2 Bidirektionale 1:1-Beziehungen
Pfeil 6.7.3 Unidirektionale 1:n-Beziehung
Pfeil 6.8 Vererbung
Pfeil 6.8.1 Vererbung in Java
Pfeil 6.8.2 Spielobjekte modelliert
Pfeil 6.8.3 Implizite Basisklasse java.lang.Object
Pfeil 6.8.4 Einfach- und Mehrfachvererbung
Pfeil 6.8.5 Sichtbarkeit protected
Pfeil 6.8.6 Konstruktoren in der Vererbung und super
Pfeil 6.9 Typen in Hierarchien
Pfeil 6.9.1 Automatische und explizite Typanpassung
Pfeil 6.9.2 Das Substitutionsprinzip
Pfeil 6.9.3 Typen mit dem binären Operator instanceof testen
Pfeil 6.10 Methoden überschreiben
Pfeil 6.10.1 Methoden in Unterklassen mit neuem Verhalten ausstatten
Pfeil 6.10.2 Mit super an die Eltern
Pfeil 6.10.3 Finale Klassen und finale Methoden
Pfeil 6.10.4 Kovariante Rückgabetypen
Pfeil 6.10.5 Array-Typen und Kovarianz
Pfeil 6.11 Dynamisches Binden/Polymorphie
Pfeil 6.11.1 Unpolymorph bei privaten, statischen und finalen Methoden
Pfeil 6.11.2 Polymorphie bei Konstruktoraufrufen
Pfeil 6.12 Abstrakte Klassen und abstrakte Methoden
Pfeil 6.12.1 Abstrakte Klassen
Pfeil 6.12.2 Abstrakte Methoden
Pfeil 6.13 Schnittstellen
Pfeil 6.13.1 Deklarieren von Schnittstellen
Pfeil 6.13.2 Implementieren von Schnittstellen
Pfeil 6.13.3 Markierungsschnittstellen
Pfeil 6.13.4 Ein Polymorphie-Beispiel mit Schnittstellen
Pfeil 6.13.5 Die Mehrfachvererbung bei Schnittstellen
Pfeil 6.13.6 Keine Kollisionsgefahr bei Mehrfachvererbung
Pfeil 6.13.7 Erweitern von Interfaces – Subinterfaces
Pfeil 6.13.8 Vererbte Konstanten bei Schnittstellen
Pfeil 6.13.9 Abstrakte Klassen und Schnittstellen im Vergleich
Pfeil 6.14 Dokumentationskommentare mit JavaDoc
Pfeil 6.14.1 Einen Dokumentationskommentar setzen
Pfeil 6.14.2 Mit javadoc eine Dokumentation erstellen
Pfeil 6.14.3 HTML-Tags in Dokumentationskommentaren
Pfeil 6.14.4 Generierte Dateien
Pfeil 6.14.5 Dokumentationskommentare im Überblick
Pfeil 6.14.6 JavaDoc und Doclets
Pfeil 6.14.7 Veraltete (deprecated) Typen und Eigenschaften


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6.11 Dynamisches Binden/Polymorphie Zur nächsten ÜberschriftZur vorigen Überschrift

Bei der Vererbung haben wir eine Form der Ist-eine-Art-von-Beziehung, sodass die Unterklassen immer auch vom Typ der Oberklassen sind. Die sichtbaren Methoden, die die Oberklassen besitzen, existieren somit auch in den Unterklassen. Der Vorteil bei der Spezialisierung ist, dass die Oberklasse eine einfache Implementierung vorgeben und eine Unterklasse diese überschreiben kann. Wir hatten das bisher bei toString() gesehen. Doch nicht nur die Spezialisierung ist aus Sicht des Designs interessant, sondern auch die Bedeutung der Vererbung. Bietet eine Oberklasse eine sichtbare und nicht finale Methode an, so wissen wir immer, dass alle Unterklassen diese Methode haben werden, egal, ob sie die Methode überschreiben oder nicht. Wir werden gleich sehen, dass dies zu einem der wichtigsten Konstrukte in objekt- orientierten Programmiersprachen führt.

Da jede Klasse Eigenschaften von java.lang.Object erbt, lässt sich auf jedem Objekt die toString()-Methode aufrufen. Sie soll in unseren Klassen GameObject und Room wie folgt implementiert sein:

Listing 6.74 com/tutego/insel/game/vf/GameObject.java, GameObject

public class GameObject 
{ 
  public String name; 
 
  @Override public String toString() 
  { 
    return String.format( "GameObject[name=%s]", name ); 
  } 
}

Listing 6.75 com/tutego/insel/game/vf/Room.java, Room

public class Room extends GameObject 
{ 
  public int size; 
 
  @Override public String toString() 
  { 
    return String.format( "Room[name=%s, size=%d]", name, size ); 
  } 
}

Die Unterklassen GameObject und Room überschreiben die toString()-Methode aus Object. Bei einem toString() auf einem GameObject kommt nur der Name in der Kennung, und bei einem toString() auf einem Room-Objekt kommen Name und Größe in die String-Repräsentation.

Es fehlen noch einige kleine Testzeilen, die drei Räume aufbauen. Alle rufen die toString()-Methoden auf den Räumen auf, wobei der Unterschied darin besteht, dass die verweisende Referenzvariable alle Typen von Room durchgeht: Ein Room ist ein Room, ein Room ist ein GameObject, und ein Room ist ein Object.

Listing 6.76 com/tutego/insel/game/vf/Playground.java, main()

Room rr = new Room(); 
rr.name = "Affenhausen"; 
rr.size = 7349944; 
System.out.println( rr.toString() ); 
 
GameObject rg = new Room(); 
rg.name = "Affenhausen"; 
System.out.println( rg.toString() ); 
 
Object ro = new Room(); 
System.out.println( ro.toString() );

Jetzt ist die spannendste Frage in der gesamten Objektorientierung folgende: Was passiert bei dem Methodenaufruf toString()?

Room[name=Affenhausen, size=7349944] 
Room[name=Affenhausen, size=0] 
Room[name=null, size=0]

Die Ausgabe ist leicht zu verstehen, wenn wir berücksichtigen, dass der Compiler nicht die gleiche Weisheit besitzt wie die Laufzeitumgebung. Vom Compiler würden wir erwarten, dass er jeweils das toString() in Room, aber auch in GameObject (die Ausgabe wäre nur der Name) und toString() aus Object aufruft – dann wäre die Kennung die kryptische.

Doch führt die Laufzeitumgebung die Anweisungen aus, und nicht der Compiler. Da dem im Programmtext vereinbarten Variablentyp nicht zu entnehmen ist, welche Implementierung der Methode toString() aufgerufen wird, sprechen wir von später dynamischer Bindung, kurz dynamischer Bindung. Erst zur Laufzeit (das ist spät, im Gegensatz zur Übersetzungszeit) wählt die Laufzeitumgebung dynamisch die entsprechende Objektmethode aus – passend zum tatsächlichen Typ des aufrufenden Objekts. Die virtuelle Maschine weiß, dass hinter den drei Variablen immer ein Raum-Objekt steht, und ruft daher das toString() vom Room auf. Die dynamische Bindung ist eine Anwendung von Polymorphie. Obwohl Polymorphie mehr ist als dynamisches Binden, wollen wir beide Begriffe synonym verwenden.

Wichtig ist, dass eine Methode überschrieben wird; von einer gleichlautenden Methode in beiden Unterklassen GameObject und Room hätten wir nichts, da sie nicht in Object definiert ist. Sonst hätten die Klassen nur rein »zufällig« diese Methode, aber die Ober- und Unterklassen verbindet nichts. Wir nutzen daher ausdrücklich die Gemeinsamkeit, dass GameObject, Player und weitere Unterklassen toString() aus Object erben. Ohne die Oberklasse gäbe es kein Bindeglied, und folglich bietet die Oberklasse immer eine Methode an, die Unterklassen überschreiben können. Würden wir eine neue Unterklasse von Object schaffen und toString() nicht überschreiben, so fände die Laufzeitumgebung toString() in Object, aber die Methode gäbe es auf jeden Fall; entweder die Original-Methode oder die überschriebene Variante.

Implementierung von System.out.println(Object)

Werfen wir einen Blick auf ein Programm, das dynamisches Binden noch deutlicher macht. Die print() und println()-Methoden sind so überladen, dass sie jedes beliebige Objekt annehmen und dann die String-Repräsentation ausgeben:

Listing 6.77 java/io/PrintStream.java, Skizze von println()

public void println( Object x ) 
{ 
  String s = (x == null) ? "null" : x.toString(); 
  print( s ); 
  newLine(); 
}

Die println()-Methode besteht aus drei Teilen: Als Erstes wird die String-Repräsentation eines Objektes erfragt – hier findet sich die Polymorphie –, dann wird dieser String an print() weitergegeben, und newLine() produziert abschließend den Zeilenumbruch.

Der Compiler hat überhaupt keine Ahnung, was x ist; es kann alles sein, denn alles ist ein java.lang.Object. Statisch lässt sich aus dem Argument x nichts ablesen, und so muss die Laufzeitumgebung entscheiden, an welche Klasse der Methodenaufruf geht. Das ist das Wunder der dynamischen Bindung.

Eclipse-Icon Eclipse zeigt bei der Tastenkombination Strg + T eine Typhierarchie an, standardmäßig die Oberklassen und bekannten Unterklassen.


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6.11.1 Unpolymorph bei privaten, statischen und finalen Methoden Zur nächsten ÜberschriftZur vorigen Überschrift

Obwohl Methodenaufrufe eigentlich dynamisch gebunden sind, gibt es bei privaten, statischen und finalen Methoden eine Ausnahme. Das liegt daran, dass nur überschriebene Funktionen an der Polymorphie teilnehmen, und wenn es kein Überschreiben gibt, dann auch keine Polymorphie. Und da weder private noch statische oder finale Methoden überschrieben werden können, sind Methodenaufrufe auch nicht polymorph gebunden. Sehen wir uns das an einer privaten Methode an:

Listing 6.78 NoPolyWithPrivate.java

class NoPolyWithPrivate 
{ 
  public static void main( String[] args ) 
  { 
    Unter unsicht = new Unter(); 
    System.out.println( unsicht.bar() );   // 2 
  } 
} 
 
class Ober 
{ 
  private int furcht() 
  { 
    return 2; 
  } 
 
  int bar() 
  { 
    return furcht(); 
  } 
} 
 
class Unter extends Ober 
{ 
 
 
  // Not overriding method from superclass, so no @Override 
  public int furcht() 
  { 
    return 1; 
  } 
}

Der Compiler meldet bei der Methode furcht() in der Unterklasse keinen Fehler. Für den Compiler ist es in Ordnung, wenn es eine Methode in der Unterklasse gibt, die den gleichen Namen wie eine private Methode in der Oberklasse trägt. Das ist auch gut so, denn private Implementierungen sind ja ohnehin geheim und versteckt. Die Unterklasse soll von den privaten Methoden in der Oberklasse gar nichts wissen. Statt von Überschreiben sprechen wir hier von Überdecken.

Die Laufzeitumgebung macht etwas Erstaunliches für unsicht.bar(): Die Methode bar() wird aus der Oberklasse geerbt. Wir wissen, dass in bar() aufgerufene Methoden normalerweise dynamisch gebunden werden, das heißt, dass wir eigentlich bei furcht() in Unter landen müssten, da wir ein Objekt vom Typ Unter haben. Bei privaten Methoden ist das aber anders, da sie nicht vererbt werden. Wenn eine aufgerufene Methode den Modifizierer private trägt, wird nicht dynamisch gebunden, und unsicht.bar() bezieht sich bei furcht() auf die Methode aus Ober.

System.out.println( unsicht.bar() );   // 2

Anders wäre es, wenn bei furcht() der Sichtbarkeitsmodifizierer public wäre; wir bekämen dann die Ausgabe 1.

Dass private und statische Funktionen nicht überschrieben werden, ist ein wichtiger Beitrag zur Sicherheit. Falls nämlich Unterklassen interne private Methoden überschreiben könnten, wäre dies eine Verletzung der inneren Arbeitsweise der Oberklasse. In einem Satz: Private Methoden sind nicht in den Unterklassen sichtbar und werden daher nicht verdeckt oder überschrieben. Andernfalls könnten private Implementierungen im Nachhinein geändert werden, und Oberklassen wären nicht mehr sicher davor, dass tatsächlich ihre eigenen Methoden benutzt werden.

Schauen wir, was passiert, wenn wir in der Methode bar() über die this-Referenz auf ein Objekt vom Typ Unter casten:

int bar() 
{ 
  return ((Unter)(this)).furcht(); 
}

Dann wird ausdrücklich diese furcht() aus Unter aufgerufen, was jedoch kein typisches objektorientiertes Konstrukt darstellt, da Oberklassen ihre Unterklassen im Allgemeinen nicht kennen. bar() in der Klasse Ober ist somit unnütz.


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6.11.2 Polymorphie bei Konstruktoraufrufen topZur vorigen Überschrift

Dass ein Konstruktor der Unterklasse zuerst den Konstruktor der Oberklasse aufruft, kann die Initialisierung der Variablen in der Unterklasse stören. Schauen wir uns erst Folgendes an:

class Rausschmeisser extends Muckityp 
{ 
  String was = "Ich bin ein Rausschmeisser"; 
}

Wo wird nun die Variable was initialisiert? Wir wissen, dass die Initialisierungen immer im Konstruktor vorgenommen werden, doch gibt es ja noch gleichzeitig ein super() im Konstruktor. Da die Spezifikation von Java Anweisungen vor super() verbietet, muss die Zuweisung hinter dem Aufruf der Oberklasse folgen. Das Problem ist nun, dass ein Konstruktor der Oberklasse früher aufgerufen wird, als Variablen in der Unterklasse initialisiert wurden. Wenn es die Oberklasse nun schafft, auf die Variablen der Unterklasse zuzugreifen, wird der erst später gesetzte Wert fehlen. Der Zugriff gelingt tatsächlich, doch nur durch einen Trick, da eine Oberklasse (etwa Muckityp) nicht auf die Variablen der Unterklasse zugreifen kann. Wir können aber in der Oberklasse genau jene Methode der Unterklasse aufrufen, die die Unterklasse aus der Oberklasse überschreibt. Da Methodenaufrufe dynamisch gebunden werden, kann eine Methode den Wert auslesen.

Listing 6.79 Rausschmeisser.java

class Muckityp 
{ 
  Muckityp() 
  { 
    wasBinIch(); 
  } 
 
  void wasBinIch() 
  { 
    System.out.println( "Ich weiß es noch nicht :-(" ); 
  } 
} 
 
public class Rausschmeisser extends Muckityp 
{ 
  String was = "Ich bin ein Rausschmeisser"; 
 
  @Override 
  void wasBinIch() 
  { 
    System.out.println( was ); 
  } 
 
  public static void main( String[] args ) 
  { 
    Muckityp bb = new Muckityp(); 
    bb.wasBinIch(); 
    Rausschmeisser bouncer = new Rausschmeisser(); 
    bouncer.wasBinIch(); 
  } 
}

Die Ausgabe ist nun folgende:

Ich weiß es noch nicht :-( 
Ich weiß es noch nicht :-( 
null 
Ich bin ein Rausschmeisser

Das Besondere an diesem Programm ist die Tatsache, dass überschriebene Methoden – hier wasBinIch() – dynamisch gebunden werden. Diese Bindung gibt es auch dann schon, wenn das Objekt noch nicht vollständig initialisiert wurde. Daher ruft der Konstruktor der Oberklasse Muckityp nicht wasBinIch() von Muckityp auf, sondern wasBinIch() von Rausschmeisser. Wenn in diesem Beispiel ein Rausschmeisser-Objekt erzeugt wird, dann ruft Rausschmeisser mit super() den Konstruktor von Muckityp auf. Dieser ruft wiederum die Methode wasBinIch() in Rausschmeisser auf, und er findet dort keinen String, da dieser erst nach super() gesetzt wird. Schreiben wir den Konstruktor von Rausschmeisser einmal ausdrücklich hin:

public class Rausschmeisser extends Muckityp 
{ 
  String was; 
  Rausschmeisser() 
  { 
    super(); 
    was = "Ich bin ein Rausschmeisser"; 
  } 
}

Die Konsequenz, die sich daraus ergibt, ist folgende: Dynamisch gebundene Methodenaufrufe über die this-Referenz sind in Konstruktoren potenziell gefährlich und sollten deshalb vermieden werden. Vermeiden lässt sich das, indem der Konstruktor nur private Methoden aufruft, da diese nicht dynamisch gebunden werden. Wenn der Konstruktor eine private Methode in seiner Klasse aufruft, dann bleibt es auch dabei.



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