Das Gesetz ist der abstrakte Ausdruck des allgemeinen an und für sich seienden Willens. – Georg Wilhelm Friedrich Hegel

6 Eigene Klassen schreiben

6.1 Eigene Klassen mit Eigenschaften deklarieren

Die Deklaration einer Klasse leitet das Schlüsselwort class ein. Im Rumpf der Klasse lassen sich deklarieren:

• Attribute (Variablen)

• Methoden

• Konstruktoren

• Klassen- sowie Exemplarinitialisierer

• innere Klassen beziehungsweise innere Schnittstellen

Eine ganz einfache Klassendeklaration

Wir wollen die Konzepte der Klassen und Schnittstellen an einem kleinen Spiel verdeutlichen. Beginnen wir mit dem Spieler, den die Klasse Player repräsentieren soll.

Listing 6.1 com/tutego/insel/game/v1/Player.java, Player

class Player 
{ 
}

Die Klasse hat einen vom Compiler generierten Konstruktor, sodass sich ein Exemplar unserer Klasse mit new Player() erzeugen lässt.

6.1.1 Attribute deklarieren

Diese Player-Klasse hat bisher keine Attribute und kann bisher nichts. Geben wir dem Spieler zwei Attribute: eines für den Namen und ein zweites für einen Gegenstand, den er trägt. Die Datentypen sollen beide String sein.

Listing 6.2 com/tutego/insel/game/v2/Player.java, Player

class Player 
{ 
  String name; 
  String item; 
}

Eine zweite Klasse Playground erzeugt in der main()-Funktion für den mutigen Spieler ein Player-Objekt, schreibt und liest die Attribute.

Listing 6.3 com/tutego/insel/game/v2/Playground.java, Playground

class Playground 
{ 
  public static void main( String[] args ) 
  { 
    Player p = new Player(); 
    p.name = "Mutiger Manfred"; 
    p.item = "Schlips"; 
 
    System.out.printf( "%s nimmt einen %s mit.", p.name, p.item ); 
  } 
}

Initialisierung von Attributen

Anders als lokale Variablen initialisiert die Laufzeitumgebung alle Attribute mit einem Standardwert:

• 0 bei numerischen Werten und char

• false bei boolean

• null bei Referenzvariablen

Gefällt uns das nicht, lassen sich die Variablen mit einem Wert belegen:

class Player 
{ 
  String name = ""; 
}

6.1.2 Methoden deklarieren

Zu Attributen gesellen sich Methoden, die üblicherweise auf den Objektvariablen arbeiten. Geben wir der Klasse Player zwei Methoden: clearName() soll den Namen auf den Leerstring "" zurücksetzen, und hasCompoundName() soll verraten, ob der Spielername aus einem Vor- und Nachnamen zusammengesetzt ist. Der Name »Parry Hotter« ist zum Beispiel zusammengesetzt, »Spuckiman« aber nicht.

Listing 6.4 com/tutego/insel/game/v3/Player.java, Player

class Player 
{ 
  String name = ""; 
  String item = ""; 
 
  void clearName() 
  { 
    name = ""; 
  } 
 
  boolean hasCompoundName() 
  { 
    return (name == null) ? false : name.contains( " " ); 
  } 
}

Testen wir die Methode mit zwei Spielern:

Listing 6.5 com/tutego/insel/game/v3/Playground.java, main()

Player parry = new Player(); 
parry.name = "Parry Hotter"; 
System.out.printf( "'%s' hat zusammengesetzten Namen: %b%n", 
                   parry.name, parry.hasCompoundName() ); 
 
Player spucki = new Player(); 
spucki.name = "Spuckiman"; 
System.out.printf( "'%s' hat zusammengesetzten Namen: %b%n", 
                   spucki.name, spucki.hasCompoundName() ); 
spucki.clearName(); 
System.out.printf( "Spuckis Name ist leer? %b%n", spucki.name.isEmpty() );

Wie zu erwarten, ist die Ausgabe:

'Parry Hotter' hat zusammengesetzten Namen: true 
'Spuckiman' hat zusammengesetzten Namen: false 
Spuckis Name ist leer? true

Abbildung 6.1 Ein Sequenzdiagramm stellt nur die Objekterzeugung und Methodenaufrufe, jedoch keine Attributzugriffe dar.

Um schnell von einer Methode (oder Variablen) zur anderen zu navigieren, zeigt + ein Outline an (dieselbe Ansicht wie in der View Outline). Im Unterschied zur View lässt sich in diesem kleinen gelben Fenster mit den Cursor-Tasten navigieren, und ein befördert uns zur angewählten Methode oder Attribut. Wird in der Ansicht erneut + gedrückt, befinden sich dort auch die in den Oberklassen deklarierten Eigenschaften. Sie sind grau, und zusätzlich befinden sich hinter den Eigenschaften die Klassennamen.

Methodenaufrufe und Nebeneffekte

Alle Variablen und Methoden einer Klasse sind in der Klasse selbst sichtbar. Das heißt: Innerhalb einer Klasse werden die Objektvariablen und Methoden mit ihrem Namen verwendet. Somit greift die Methode hasCompoundName() direkt auf das nötige Attribut name zu, um die Programmlogik auszuführen. Dies wird oft für Nebeneffekte (Seiteneffekte) genutzt. Die Methode clearName() ändert ausdrücklich eine Objektvariable und verändert so den Zustand des Objekts. hasCompoundName() liest dagegen nur den Zustand, modifiziert ihn aber nicht. Methoden, die Zustände ändern, sollten das in der API-Beschreibung entsprechend dokumentieren.

Objektorientierte und prozedurale Programmierung im Vergleich

Entwickler aus der prozeduralen Welt haben ein anderes Denkmodell verinnerlicht, sodass wir an dieser Stelle die Besonderheit der Objektorientierung noch einmal verdeutlichen wollen. Während in der guten objektorientierten Modellierung Objekte immer Zustand und Verhalten besitzen, gibt es in der prozeduralen Welt nur Speicherbereiche, die referenziert werden; Daten und Verhalten liegen hier nicht zusammen. Problematisch wird es, wenn die prozedurale Denkware in Java-Programme abgebildet wird. Dazu ein Beispiel: Die Klasse PlayerData ist ein reiner Datencontainer für den Zustand, aber Verhalten wird hier nicht definiert.

Listing 6.6 PlayerData.java

class PlayerData 
{ 
  String name = ""; 
  String item = ""; 
}

Anstatt nun die Methoden ordentlich wie in unserem ersten Beispiel mit an die Klasse zu hängen, würde in der prozeduralen Welt eine Funktion genau ein Datenobjekt bekommen und von diesem Zustände erfragen oder ändern:

Listing 6.7 PlayerFunctions.java

class PlayerFunctions 
{ 
  static void clearName( PlayerData data ) 
  { 
    data.name = ""; 
  } 
 
  static boolean hasCompoundName( PlayerData data ) 
  { 
    return (data.name == null) ? false : data.name.contains( " " ); 
  } 
}

Da die Funktionen nun nicht mehr an Objekte gebunden sind, können sie statisch sein. Genauso falsch wären aber auch Methoden (egal ob statisch oder nicht) in der Klasse PlayerData, wenn sie ein PlayerData-Objekt übergeben bekommen.

Beim Aufruf ist dieser nicht-objektorientierte Ansatz gut zu sehen. Setzen wir links den falschen und rechts den korrekt objektorientiert modellierten Weg ein:

PlayerData parry = new PlayerData(); 
parry.name = "Parry Hotter"; 
PlayerFunctions.hasCompoundName( parry ); 
PlayerFunctions.clearName( parry );

Player parry = new Player(); 
parry.name = "Parry Hotter"; 
parry.hasCompoundName(); 
parry.clearName();

Ein Indiz für problematische objektorientierte Modellierung ist also, wenn externen Funktionen Objekte übergeben werden, anstatt die Methoden selbst an die Objekte zu setzen.

6.1.3 Die this-Referenz

In jeder Objektmethode und jedem Konstruktor steht eine Referenz mit dem Namen this bereit, die auf das eigene Exemplar zeigt. Mit dieser this-Referenz lassen sich elegante Lösungen realisieren, wie die folgenden Beispiele zeigen:

• Die this-Referenz löst das Problem, wenn lokale Variablen Objektvariablen verdecken.

• Liefert eine Methode als Rückgabe die this-Referenz auf das aktuelle Objekt, lassen sich Methoden der Klasse einfach hintereinandersetzen.

• Mit der this-Referenz lässt sich einer anderen Methode eine Referenz auf uns selbst geben.

Überdeckte Objektvariablen nutzen

Trägt eine lokale Variable den gleichen Namen wie eine Objektvariable, so verdeckt sie diese. Das folgende Beispiel deklariert in der Player-Klasse eine Objektvariable name, und eine Methode quote() deklariert in der Parameterliste eine Variable, die ebenfalls name heißt. Somit bezieht sich in der Methode jeder Zugriff auf name auf die Parametervariable und nicht auf die Objektvariable.

class Player 
{ 
  String name;                                // Objektvariable name 
 
  void quote( String name )                   // Lokale Parametervariable name 
  { 
    System.out.println( "'" + name + "'" );   // Bezieht sich auf Parametervariable 
  } 
}

Das heißt aber nicht, dass auf die äußere Variable nicht mehr zugegriffen werden kann. Die this-Referenz zeigt auf das aktuelle Objekt, und damit ist auch ein Zugriff auf Objekteigenschaften jederzeit möglich.

class Player 
{ 
  String name; 
 
  void quote( String name ) 
  { 
    System.out.println( "'" + this.name + "'" ); // Zugriff auf Objektvariable 
    System.out.println( "'" + name + "'" );      // Zugriff auf Parametervariable 
  } 
}

Häufiger Einsatzort für das this in Methoden sind Methoden, die Zustände initialisieren. Gerne nennen Entwickler die Parametervariablen so wie die Exemplarvariablen, um damit eine starke Zugehörigkeit auszudrücken. Schreiben wir eine Methode setName():

class Player 
{ 
  String name; 
 
  void setName( String name ) 
  { 
    this.name = name; 
  } 
}

Der an setName() übergebene Wert soll die Objektvariable name initialisieren. So greift this.name auf die Objektvariable direkt zu, sodass die Zuweisung this.name = name; die Objektvariable mit dem Argument initialisiert.

this für kaskadierte Methoden

Die append()-Methoden bei StringBuilder liefern die this-Referenz, sodass sich Folgendes schreiben lässt:

StringBuilder sb = new StringBuilder(); 
sb.append( "Microsoft kauft Ebay" ).append( '?' );

Jedes append() liefert das StringBuilder-Objekt, auf dem es aufgerufen wird. Wir wollen diese Möglichkeit bei einem Spieler programmieren, sodass die Methoden name() und item() Spielername und Gegenstand zuweisen. Beide Methoden liefern ihr eigenes Player-Objekt über die this-Referenz zurück.

Listing 6.8 com/tutego/insel/game/v4/Player.java, Player

class Player 
{ 
  String name = "", item = ""; 
 
  Player name( String name ) 
  { 
    this.name = name; 
    return this; 
  } 
 
  String name() 
  { 
    return name; 
  } 
 
  Player item( String item ) 
  { 
    this.item = item; 
    return this; 
  } 
 
  String item() 
  { 
    return item; 
  } 
 
  String id() 
  { 
    return name + " has " + item; 
  } 
}

Erzeugen wir einen Player, und kaskadieren wir einige Methoden:

Listing 6.9 com/tutego/insel/game/v4/Playground.java, main()

Player patty = new Player().name( "Parry" ).item( "helmet" ); 
System.out.println( patty.name() );                     // Parry 
System.out.println( patty.id() );                       // Parry has helmet

Der Ausdruck new Player() liefert eine Referenz, die wir sofort für den Methodenaufruf nutzen. Da name(String) wiederum eine Objektreferenz vom Typ Player liefert, ist dahinter direkt .item(String) möglich. Die Verschachtelung von name(String).item(String) bewirkt, dass Name und Gegenstand gesetzt werden und der jeweils nächste Methodenaufruf in der Kette über this eine Referenz auf dasselbe Objekt, aber mit verändertem internen Zustand bekommt.

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