3.7 Identität und Gleichheit

3.7.1 Identität von Objekten

Der Vergleichsoperator == ist für alle Datentypen so definiert, dass er die vollständige Übereinstimmung zweier Werte testet. Bei primitiven Datentypen ist das einfach einzusehen, und bei Referenztypen im Prinzip genauso. Der Operator == testet bei Referenzen, ob diese übereinstimmen, also auf das gleiche Objekt verweisen. Demnach sagt der Test etwas über die Identität der referenzierten Objekte aus, aber nicht, ob zwei verschiedene Objekte möglicherweise den gleichen Inhalt haben. Der Inhalt der Objekte spielt bei == nie eine Rolle.

Point p = new Point( 10, 10 ); 
Point q = p; 
Point r = new Point( 10, 10 ); 
if ( p == q )    // wahr, da p und q dasselbe Objekt referenzieren 
  ... 
if ( p == r )    // falsch, da p und r zwei verschiedene Punkt-Objekte 
  ...            // referenzieren, die zufällig dieselben Koordinaten haben

Da p und q auf dasselbe Objekt verweisen, ergibt der Vergleich true. p und r referenzieren unterschiedliche Objekte, die aber zufälligerweise den gleichen Inhalt haben. Doch woher soll der Compiler wissen, wann zwei Punkt-Objekte inhaltlich gleich sind? Weil sich ein Punkt durch die Attribute x und y auszeichnet? Die Laufzeitumgebung könnte voreilig die Belegung jeder Objektvariablen vergleichen, doch das entspricht nicht immer einem korrekten Vergleich, so wie wir ihn uns wünschen. Ein Punkt-Objekt könnte etwa zusätzlich die Anzahl der Zugriffe zählen, die jedoch für einen Vergleich, der auf der Lage zweier Punkte basiert, nicht berücksichtigt werden darf.

3.7.2 Gleichheit und die Methode equals()

Die allgemein gültige Lösung besteht darin, die Klasse festlegen zu lassen, wann Objekte gleich sind. Dazu kann jede Klasse eine Methode equals() implementieren, die Exemplare dieser Klasse mit beliebigen anderen Objekten vergleichen kann. Die Klassen entscheiden immer nach Anwendungsfall, welche Attribute sie für einen Gleichheitstest heranziehen, und equals() liefert true, wenn die gewünschten Zustände (Objektvariablen) übereinstimmen.

Point p = new Point( 10, 10 ); 
Point q = new Point( 10, 10 ); 
 
if ( p == q )         // false 
  ... 
if ( p.equals(q) )    // true. Da symmetrisch auch q.equals(p) 
  ...

Bei den unterschiedlichen Bedeutungen müssen wir demnach die Begriffe »Identität« und »Gleichheit« von Objekten sorgfältig unterscheiden. Daher noch einmal eine Zusammenfassung:

Es gibt immer ein equals()

Glücklicherweise müssen wir als Programmierer nicht lange darüber nachdenken, ob eine Klasse eine equals()-Methode anbieten soll oder nicht. Jede Klasse besitzt sie, da die universelle Oberklasse Object sie vererbt. Wir greifen hier auf Kapitel 6, »Eigene Klassen schreiben«, vor; der Abschnitt kann aber übersprungen werden.

Die Unterklasse Point überschreibt equals(), wie die API-Dokumentation zeigt. Werfen wir einen Blick auf die equals()-Methode aus Point, um eine Vorstellung von der Arbeitsweise zu bekommen:

public boolean equals( Object obj ) 
{ 
  if ( obj instanceof Point ) { 
    Point pt = (Point) obj; 
    return (x == pt.x) && (y == pt.y);   // (*) 
  } 
  return super.equals( obj ); 
}

Obwohl bei diesem Beispiel für uns einiges neu ist, erkennen wir den Vergleich in der Zeile (*). Hier vergleicht das Point-Objekt seine eigenen Attribute mit den Attributen des Objekts, das als Argument an equals() übergeben wurde.

Die Oberklasse Object und ihr equals()

Wenn eine Klasse keine equals()-Methode angibt, dann erbt sie eine Implementierung aus der Klasse Object, die wie folgt aussieht:

public boolean equals( Object obj ) 
{ 
  return ( this == obj ); 
}

Wir erkennen, dass hier die Gleichheit auf die Gleichheit der Referenzen abgebildet wird. Ein inhaltlicher Vergleich findet nicht statt.

public class K 
{ 
  private int v; 
  public boolean equals( K that ) { return this.v == that.v; } 
}

3.7.3 Die null-Referenz

In Java gibt es drei spezielle Referenzen: null, this und super. (Wir verschieben this und super auf Kapitel 6.) Das spezielle Literal null lässt sich zur Initialisierung von Referenzvariablen verwenden. Die null-Referenz ist typenlos, kann also jeder Referenzvariable zugewiesen und jeder Methode übergeben werden, die ein Objekt erwartet. Daher ist Folgendes gültig:

Point  p = null; 
String s = null; 
System.out.println( null );

Da es nur ein null gibt, ist zum Beispiel (Point) null == (String) null. Der Wert ist ausschließlich für Referenzen vorgesehen und kann in keinen primitiven Typ wie die Ganzzahl 0 umgewandelt werden. [Hier unterscheiden sich C(++) und Java.]

Mit null lässt sich eine ganze Menge machen. Der Haupteinsatz sieht vor, damit uninitialisierte Referenzvariablen zu kennzeichnen, also auszudrücken, dass eine Referenzvariable auf kein Objekt verweist. In Listen oder Bäumen kennzeichnet null aber auch das Fehlen eines gültigen Nachfolgers; null ist dann ein gültiger Indikator und kein Fehlerfall.

Die NullPointerException

Da sich hinter null kein Objekt verbirgt, ist es auch nicht möglich, eine Methode aufzurufen. Der Compiler kennt zwar den Typ jedes Objekts, aber erst die Laufzeitumgebung (JVM) weiß, was referenziert wird. Wird versucht, über die null-Referenz auf eine Eigenschaft eines Objekts zuzugreifen, löst eine JVM eine NullPointerException [Der Name zeigt das Überbleibsel von Zeigern. Zwar haben wir es in Java nicht mit Zeigern zu tun, sondern mit Referenzen, doch heißt es NullPointerException und nicht NullReferenceException. Das erinnert daran, dass eine Referenz ein Objekt identifiziert und eine Referenz auf ein Objekt ein Pointer ist.] aus.

Listing 3.5 NullPointer.java

/*  1 */import java.awt.Point; 
/*  2 */ 
/*  3 */public class NullPointer 
/*  4 */{ 
/*  5 */  public static void main( String[] args ) 
/*  6 */  { 
/*  7 */    Point  p = null; 
/*  8 */    String s = null; 
/*  9 */ 
/* 10 */    p.setLocation( 1, 2 ); 
/* 11 */    s.length(); 
/* 12 */  } 
/* 13 */}

Wir beobachten eine NullPointerException, denn das Programm bricht bei p.setLocation() mit folgender Ausgabe ab:

java.lang.NullPointerException 
    at NullPointer.main(NullPointer.java:10) 
 Exception in thread "main"

Die Laufzeitumgebung teilt uns in der Fehlermeldung mit, dass sich der Fehler, die NullPointerException, in Zeile 10 befindet.

null-Referenzen testen

Wir wollen an dieser Stelle noch einmal auf die logischen Kurzschlussoperatoren und normalen logischen Operatoren zu sprechen kommen. Letztere werten Operanden nur so lange von links nach rechts aus, bis der Wert der Operation feststeht. Auf den ersten Blick scheint es nicht viel auszumachen, ob alle Teilausdrücke ausgewertet werden oder nicht, in einigen Ausdrücken ist es aber wichtig, wie das folgende Beispiel für die Variable s vom Typ String zeigt:

if ( s != null && s.length() > 0 ) 
  ...

Die Bedingung testet, ob s überhaupt auf ein Objekt verweist und ob die Länge echt größer 0 ist. Diese Schreibweise tritt häufig auf, und der Und-Operator zur Verknüpfung muss ein Kurzschlussoperator sein, da es in diesem Fall ausdrücklich darauf ankommt, dass die Länge nur dann bestimmt wird, wenn die Variable s überhaupt auf ein String-Objekt verweist und nicht null ist. Andernfalls bekämen wir bei s.length() eine NullPointerException, wenn jeder Teilausdruck ausgewertet würde und s gleich null wäre.

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