Programmieren I - fbi.h-da.de

Polymorphie/Späte Bindung
Abstrakte Klassen
Programmieren I
Martin Schultheiß
Hochschule Darmstadt – Wintersemester 2010/2011
Interfaces
Polymorphie/Späte Bindung
1
Polymorphie/Späte Bindung
2
Abstrakte Klassen
3
Interfaces
Abstrakte Klassen
Interfaces
Polymorphie/Späte Bindung
Abstrakte Klassen
Definition: Polymorphie
Der Begriff Polymorphie (manchmal auch exakter:
Laufzeit-Polymorphie) bei der Ausführung von Methoden
bedeutet:
Interfaces
Polymorphie/Späte Bindung
Abstrakte Klassen
Interfaces
Definition: Polymorphie
Der Begriff Polymorphie (manchmal auch exakter:
Laufzeit-Polymorphie) bei der Ausführung von Methoden
bedeutet:
Es wird erst zur Laufzeit bestimmt wird, welche
Implementierung für eine bestimmte Methode aufzurufen
ist.
Polymorphie/Späte Bindung
Abstrakte Klassen
Interfaces
Definition: Polymorphie
Der Begriff Polymorphie (manchmal auch exakter:
Laufzeit-Polymorphie) bei der Ausführung von Methoden
bedeutet:
Es wird erst zur Laufzeit bestimmt wird, welche
Implementierung für eine bestimmte Methode aufzurufen
ist.
Es kann also vom Programmablauf abhängig sein, aus
welcher Klasse die Methode verwendet wird.
Polymorphie/Späte Bindung
Abstrakte Klassen
Interfaces
Definition: Polymorphie
Der Begriff Polymorphie (manchmal auch exakter:
Laufzeit-Polymorphie) bei der Ausführung von Methoden
bedeutet:
Es wird erst zur Laufzeit bestimmt wird, welche
Implementierung für eine bestimmte Methode aufzurufen
ist.
Es kann also vom Programmablauf abhängig sein, aus
welcher Klasse die Methode verwendet wird.
Polymorphie ist ein wichtiger Bestandteil der
objektorientierten Programmierung.
Polymorphie/Späte Bindung
Abstrakte Klassen
Interfaces
Definition: Polymorphie
Der Begriff Polymorphie (manchmal auch exakter:
Laufzeit-Polymorphie) bei der Ausführung von Methoden
bedeutet:
Es wird erst zur Laufzeit bestimmt wird, welche
Implementierung für eine bestimmte Methode aufzurufen
ist.
Es kann also vom Programmablauf abhängig sein, aus
welcher Klasse die Methode verwendet wird.
Polymorphie ist ein wichtiger Bestandteil der
objektorientierten Programmierung.
Polymorphie/Späte Bindung
Abstrakte Klassen
Interfaces
Definition: Polymorphie
Der Begriff Polymorphie (manchmal auch exakter:
Laufzeit-Polymorphie) bei der Ausführung von Methoden
bedeutet:
Es wird erst zur Laufzeit bestimmt wird, welche
Implementierung für eine bestimmte Methode aufzurufen
ist.
Es kann also vom Programmablauf abhängig sein, aus
welcher Klasse die Methode verwendet wird.
Polymorphie ist ein wichtiger Bestandteil der
objektorientierten Programmierung.
Häufig wird Polymorphie als späte Bindung bezeichnet.
Polymorphie/Späte Bindung
Abstrakte Klassen
Beispiel
Betrachten wir als einfaches Beispiel die beiden folgenden
(sinnlosen) Klassen:
public c l a s s Basis {
public int a = 1;
}
p u b l i c i n t getA ( ) {
return a ;
}
Interfaces
Polymorphie/Späte Bindung
Abstrakte Klassen
Beispiel
Betrachten wir als einfaches Beispiel die beiden folgenden
(sinnlosen) Klassen:
public c l a s s Basis {
public int a = 1;
}
p u b l i c i n t getA ( ) {
return a ;
}
public c l a s s Erweitert extends Basis {
public int a = 2;
}
p u b l i c i n t getA ( ) {
return a ;
}
Interfaces
Polymorphie/Späte Bindung
Abstrakte Klassen
Frage
Welche Ausgabe ergibt folgendes Hauptprogramm?
p u b l i c c l a s s Anwendung
public s t a t i c void
E r w e i t e r t e1 =
B a s i s b1 = e1 ;
B a s i s b2 = new
{
main ( S t r i n g [ ] a r g s ) {
new E r w e i t e r t ( ) ;
Basis ( ) ;
System . out . p r i n t l n ( e1 . a ) ;
System . out . p r i n t l n ( b1 . a ) ;
System . out . p r i n t l n ( b2 . a ) ;
}
}
System . out . p r i n t l n ( e1 . getA ( ) ) ;
System . out . p r i n t l n ( b1 . getA ( ) ) ;
System . out . p r i n t l n ( b2 . getA ( ) ) ;
Interfaces
Polymorphie/Späte Bindung
Abstrakte Klassen
Analyse
Bei den ersten drei Ausgabeanweisungen wird direkt auf das
(öffentliche) Attribut a zugegriffen.
Interfaces
Polymorphie/Späte Bindung
Abstrakte Klassen
Analyse
Bei den ersten drei Ausgabeanweisungen wird direkt auf das
(öffentliche) Attribut a zugegriffen.
Hierbei gilt, dass anhand des Typs der Objektreferenz
entschieden wird, aus welcher Klasse das Attribut a
verwendet wird.
Interfaces
Polymorphie/Späte Bindung
Abstrakte Klassen
Analyse
Bei den ersten drei Ausgabeanweisungen wird direkt auf das
(öffentliche) Attribut a zugegriffen.
Hierbei gilt, dass anhand des Typs der Objektreferenz
entschieden wird, aus welcher Klasse das Attribut a
verwendet wird.
Dies führt zu dem Effekt, dass e1 und b1 dasselbe Objekt
referenzieren, jedoch die Ausdrücke e1.a und b1.a
unterschiedliche Ergebnisse liefern, da e1 und b1 von
verschiedenem Typ sind.
Interfaces
Polymorphie/Späte Bindung
Abstrakte Klassen
Analyse
Bei den ersten drei Ausgabeanweisungen wird direkt auf das
(öffentliche) Attribut a zugegriffen.
Hierbei gilt, dass anhand des Typs der Objektreferenz
entschieden wird, aus welcher Klasse das Attribut a
verwendet wird.
Dies führt zu dem Effekt, dass e1 und b1 dasselbe Objekt
referenzieren, jedoch die Ausdrücke e1.a und b1.a
unterschiedliche Ergebnisse liefern, da e1 und b1 von
verschiedenem Typ sind.
In diesem Fall liegt schon zur Kompilierzeit fest, aus welcher
Klasse a verwendet wird.
Interfaces
Polymorphie/Späte Bindung
Abstrakte Klassen
Analyse
Bei den ersten drei Ausgabeanweisungen wird direkt auf das
(öffentliche) Attribut a zugegriffen.
Hierbei gilt, dass anhand des Typs der Objektreferenz
entschieden wird, aus welcher Klasse das Attribut a
verwendet wird.
Dies führt zu dem Effekt, dass e1 und b1 dasselbe Objekt
referenzieren, jedoch die Ausdrücke e1.a und b1.a
unterschiedliche Ergebnisse liefern, da e1 und b1 von
verschiedenem Typ sind.
In diesem Fall liegt schon zur Kompilierzeit fest, aus welcher
Klasse a verwendet wird.
Ausgabe also: 2 1 1
Interfaces
Polymorphie/Späte Bindung
Abstrakte Klassen
Interfaces
Analyse (Forts.)
Bei Methoden in Java gilt das Prinzip der späten Bindung.
Daher wird erst zur Laufzeit anhand der realen Instanz, auf die
eine Referenz verweist, entschieden, aus welcher Klasse eine
Methode benutzt wird.
Polymorphie/Späte Bindung
Abstrakte Klassen
Interfaces
Analyse (Forts.)
Bei Methoden in Java gilt das Prinzip der späten Bindung.
Daher wird erst zur Laufzeit anhand der realen Instanz, auf die
eine Referenz verweist, entschieden, aus welcher Klasse eine
Methode benutzt wird.
Daher ergeben im Beispiel e1.getA() und b1.getA() dasselbe
Resultat, da beide auf eine (sogar dieselbe) Instanz von
Erweitert verweisen.
Polymorphie/Späte Bindung
Abstrakte Klassen
Interfaces
Analyse (Forts.)
Bei Methoden in Java gilt das Prinzip der späten Bindung.
Daher wird erst zur Laufzeit anhand der realen Instanz, auf die
eine Referenz verweist, entschieden, aus welcher Klasse eine
Methode benutzt wird.
Daher ergeben im Beispiel e1.getA() und b1.getA() dasselbe
Resultat, da beide auf eine (sogar dieselbe) Instanz von
Erweitert verweisen.
Demgegenüber unterscheiden sich b1.getA() und b2.getA(),
obwohl beides Referenzen vom Typ Basis sind, da sie
tatsächlich auf Instanzen verschiedener Klassen verweisen.
Polymorphie/Späte Bindung
Abstrakte Klassen
Interfaces
Analyse (Forts.)
Bei Methoden in Java gilt das Prinzip der späten Bindung.
Daher wird erst zur Laufzeit anhand der realen Instanz, auf die
eine Referenz verweist, entschieden, aus welcher Klasse eine
Methode benutzt wird.
Daher ergeben im Beispiel e1.getA() und b1.getA() dasselbe
Resultat, da beide auf eine (sogar dieselbe) Instanz von
Erweitert verweisen.
Demgegenüber unterscheiden sich b1.getA() und b2.getA(),
obwohl beides Referenzen vom Typ Basis sind, da sie
tatsächlich auf Instanzen verschiedener Klassen verweisen.
Ausgabe also: 2 2 1
Polymorphie/Späte Bindung
Abstrakte Klassen
Interfaces
Praktisches Beispiel – Motivation
Ein moderner Supermarkt besitzt Kassen, die sowohl scannen
als auch wiegen können:
Polymorphie/Späte Bindung
Abstrakte Klassen
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Praktisches Beispiel – Motivation
Ein moderner Supermarkt besitzt Kassen, die sowohl scannen
als auch wiegen können:
Normale Waren werden einzeln über den Scanner
gezogen, und pro Stück der Einzelpreis zur
Rechnungssumme addiert.
Polymorphie/Späte Bindung
Abstrakte Klassen
Interfaces
Praktisches Beispiel – Motivation
Ein moderner Supermarkt besitzt Kassen, die sowohl scannen
als auch wiegen können:
Normale Waren werden einzeln über den Scanner
gezogen, und pro Stück der Einzelpreis zur
Rechnungssumme addiert.
Bei Waren, die gewogen werden, wird der Kilopreis mit
dem Gewicht der Ware (in kg) multipliziert und zur
Rechnungssumme addiert.
Polymorphie/Späte Bindung
Abstrakte Klassen
Interfaces
Praktisches Beispiel – Motivation
Ein moderner Supermarkt besitzt Kassen, die sowohl scannen
als auch wiegen können:
Normale Waren werden einzeln über den Scanner
gezogen, und pro Stück der Einzelpreis zur
Rechnungssumme addiert.
Bei Waren, die gewogen werden, wird der Kilopreis mit
dem Gewicht der Ware (in kg) multipliziert und zur
Rechnungssumme addiert.
Polymorphie/Späte Bindung
Abstrakte Klassen
Interfaces
Praktisches Beispiel – Motivation
Ein moderner Supermarkt besitzt Kassen, die sowohl scannen
als auch wiegen können:
Normale Waren werden einzeln über den Scanner
gezogen, und pro Stück der Einzelpreis zur
Rechnungssumme addiert.
Bei Waren, die gewogen werden, wird der Kilopreis mit
dem Gewicht der Ware (in kg) multipliziert und zur
Rechnungssumme addiert.
Es steht also fest: Jede Ware hat einen Preis, es hängt aber
davon ab, ob es eine Stückware oder eine Gewichtsware ist,
wie sich der Preis berechnet.
Polymorphie/Späte Bindung
Abstrakte Klassen
Interfaces
Implementierung – Klasse Ware
Zunächst schaffen wir eine allgemeine Klasse Ware, die neben
der Beschreibung der Ware erst einmal einen (noch
unsinnigen) Preis hat:
p u b l i c c l a s s Ware {
private String beschreibung ;
p u b l i c Ware ( S t r i n g b e s c h r e i b u n g ) {
t h i s . beschreibung = beschreibung ;
}
public String getBeschreibung () {
return beschreibung ;
}
}
p u b l i c double g e t P r e i s ( ) {
return 0;
}
Polymorphie/Späte Bindung
Abstrakte Klassen
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Implementierung – Klasse StueckWare
Nun kommt die Klasse StueckWare hinzu, bei der als Preis
einfach der Stückpreis verwendet wird:
p u b l i c c l a s s StueckWare e x t e n d s Ware {
p r i v a t e double e i n z e l p r e i s ;
p u b l i c StueckWare ( S t r i n g b e s c h r e i b u n g , d o u b l e e i n z e l p r e i s
super ( beschreibung ) ;
this . einzelpreis = einzelpreis ;
}
}
@Override
p u b l i c double g e t P r e i s ( ) {
return e i n z e l p r e i s ;
}
Polymorphie/Späte Bindung
Abstrakte Klassen
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Implementierung – Klasse GewichtsWare
Nun die Klasse GewichtsWare hinzu, bei der Preis aus Gewicht
und Kilopreis berechnet wird:
p u b l i c c l a s s GewichtsWare e x t e n d s Ware {
p r i v a t e double gewicht ;
p r i v a t e double k i l o p r e i s ;
p u b l i c GewichtsWare ( S t r i n g b e s c h r e i b u n g , d o u b l e gewicht ,
double k i l o p r e i s ) {
super ( beschreibung ) ;
t h i s . gewicht = gewicht ;
this . kilopreis = kilopreis ;
}
}
@Override
p u b l i c double g e t P r e i s ( ) {
return gewicht * k i l o p r e i s ;
}
Polymorphie/Späte Bindung
Abstrakte Klassen
Interfaces
Anwendung
Somit kann für einen Array von Waren verschiedenen Typs
einfach der Preis aufsummiert werden, da dynamisch
entschieden wird, aus welcher Klasse getPreis verwendet wird:
p u b l i c c l a s s Anwendung
public s t a t i c void
Ware [ ] waren =
waren [ 0 ] = new
waren [ 1 ] = new
}
}
{
main ( S t r i n g [ ] a r g s ) {
new Ware [ 2 ] ;
Stueckware ( " Chips " , 1 . 8 9 ) ;
GewichtsWare ( " Rinderhack " , 6 . 9 9 , . 5 ) ;
d o u b l e summe = 0 ;
f o r ( Ware w : waren ) {
summe += w . g e t P r e i s ( ) ;
}
System . out . p r i n t l n ( "Gesamtsumme : "+summe ) ;
Polymorphie/Späte Bindung
Abstrakte Klassen
Kritikpunkte am Beispiel
Das Beispiel dient zwar zur Demonstration der späten
Bindung, allerdings gibt es zwei Kritikpunkte:
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Polymorphie/Späte Bindung
Abstrakte Klassen
Kritikpunkte am Beispiel
Das Beispiel dient zwar zur Demonstration der späten
Bindung, allerdings gibt es zwei Kritikpunkte:
Es wäre möglich, im Beispiel Instanzen von Ware zu
erzeugen, obwohl in der Realität nur Instanzen von
StueckWare und GewichtsWare vorkommen sollen.
Interfaces
Polymorphie/Späte Bindung
Abstrakte Klassen
Kritikpunkte am Beispiel
Das Beispiel dient zwar zur Demonstration der späten
Bindung, allerdings gibt es zwei Kritikpunkte:
Es wäre möglich, im Beispiel Instanzen von Ware zu
erzeugen, obwohl in der Realität nur Instanzen von
StueckWare und GewichtsWare vorkommen sollen.
In Ware ist die Methode getPreis mit sinnlosem Code
definiert, nur damit sie dort schon bekannt ist (und für
Referenzen vom Typ Ware benutzt werden kann).
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Polymorphie/Späte Bindung
Abstrakte Klassen
Interfaces
Abstrakte Klassen
Klassen in Java können Methoden besitzen, die abstrakt sind.
Polymorphie/Späte Bindung
Abstrakte Klassen
Interfaces
Abstrakte Klassen
Klassen in Java können Methoden besitzen, die abstrakt sind.
Abstrakte Methoden besitzen nur einen (als abstrakt
gekennzeichneten) Deklarationskopf, aber keinen Code.
Polymorphie/Späte Bindung
Abstrakte Klassen
Interfaces
Abstrakte Klassen
Klassen in Java können Methoden besitzen, die abstrakt sind.
Abstrakte Methoden besitzen nur einen (als abstrakt
gekennzeichneten) Deklarationskopf, aber keinen Code.
Klassen mit mindestens einer abstrakten Methode müssen als
abstrakt markiert sein.
Von abstrakten Klassen können keine Instanzen erzeugt
werden.
Polymorphie/Späte Bindung
Abstrakte Klassen
Neue Version der Klasse Ware
p u b l i c a b s t r a c t c l a s s Ware {
private String beschreibung ;
p u b l i c Ware ( S t r i n g b e s c h r e i b u n g ) {
t h i s . beschreibung = beschreibung ;
}
public String getBeschreibung () {
return beschreibung ;
}
}
p u b l i c a b s t r a c t double g e t P r e i s ( ) ;
Interfaces
Polymorphie/Späte Bindung
Abstrakte Klassen
Interfaces
Manchmal implementieren abstrakte Klassen keinerlei Code,
sondern deklarieren nur nach außen sichtbare Methoden.
Interfaces
Polymorphie/Späte Bindung
Abstrakte Klassen
Interfaces
Manchmal implementieren abstrakte Klassen keinerlei Code,
sondern deklarieren nur nach außen sichtbare Methoden.
Für solche Zwecke gibt es in Java ein spezielles
Sprachelement, die so genannten Interfaces.
Interfaces
Polymorphie/Späte Bindung
Abstrakte Klassen
Interfaces
Manchmal implementieren abstrakte Klassen keinerlei Code,
sondern deklarieren nur nach außen sichtbare Methoden.
Für solche Zwecke gibt es in Java ein spezielles
Sprachelement, die so genannten Interfaces.
Ein Interface wird in Java wie eine Klasse definiert (nur mit
dem Schlüsselwort interface statt class ).
Interfaces
Polymorphie/Späte Bindung
Abstrakte Klassen
Interfaces
Manchmal implementieren abstrakte Klassen keinerlei Code,
sondern deklarieren nur nach außen sichtbare Methoden.
Für solche Zwecke gibt es in Java ein spezielles
Sprachelement, die so genannten Interfaces.
Ein Interface wird in Java wie eine Klasse definiert (nur mit
dem Schlüsselwort interface statt class ).
Namen von Interfaces enden häufig auf
-able.
Interfaces
Polymorphie/Späte Bindung
Abstrakte Klassen
Programmieren gegen Interfaces
Interfaces in Java dienen dazu, dem Programmierer die
Möglichkeit zur Trennung von Schnittstelle und
Implementierung zu geben.
Interfaces
Polymorphie/Späte Bindung
Abstrakte Klassen
Interfaces
Programmieren gegen Interfaces
Interfaces in Java dienen dazu, dem Programmierer die
Möglichkeit zur Trennung von Schnittstelle und
Implementierung zu geben.
Hierbei bietet es sich an, im Code dann Objektreferenzen vom
Typ des Interfaces zu benutzen.
Vorteile:
Der Programmierer besitzt die Garantie, dass die
referenzierten Objekte die im Interface deklarierten
Methoden unterstüzten,
Polymorphie/Späte Bindung
Abstrakte Klassen
Interfaces
Programmieren gegen Interfaces
Interfaces in Java dienen dazu, dem Programmierer die
Möglichkeit zur Trennung von Schnittstelle und
Implementierung zu geben.
Hierbei bietet es sich an, im Code dann Objektreferenzen vom
Typ des Interfaces zu benutzen.
Vorteile:
Der Programmierer besitzt die Garantie, dass die
referenzierten Objekte die im Interface deklarierten
Methoden unterstüzten,
aber die eigentliche Implementierung befindet sich in der
Klasse, von der das referenzierte Objekt instanziert
wurde, und bleibt so gekapselt.
Polymorphie/Späte Bindung
Abstrakte Klassen
Interfaces
Beispiel: Bibliothek
Bibliothek
-inventar : Ausleihbar[]
...
...
«interface»
Ausleihbar
+getAusleiher() : String
+isAusgeliehen() : boolean
+ausleihe(ausleiher : String) : void
+rueckgabe() : void
implements
Ware
-ausleiher : String
+getAusleiher() : String
+isAusgeliehen() : boolean
+ausleihe(ausleiher : String) : void
+rueckgabe() : void
Buch
-autor : String
-titel : String
...
+getAutor() : String
+getTitel() : String
...
DVD
-regisseur : String
-titel : String
...
+getRegisseur() : String
+getTitel() : String
...
Polymorphie/Späte Bindung
Abstrakte Klassen
Interfaces
Unterschied: Abstrakte Klassen – Interface
Methoden
Attribute
Vererbung
Abstrakte Klassen
Interfaces
mindestens eine abstrakte
Methode,
aber zusätzlich nichtabstrakte erlaubt
beliebig
eine Klasse kann nur
von einer einzigen abstrakten Klasse erben
nur abstrakte Methoden erlaubt
nur statisch
eine Klasse darf beliebig viele Interfaces
implementieren (und
zusätzlich von einer
Klasse erben)
Polymorphie/Späte Bindung
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Beispiel: Verwendung von Comparable
p u b l i c c l a s s GewichtsWare e x t e n d s Ware implements Comparable
...
}
p u b l i c i n t compareTo ( Object a r g ) {
i f ( a r g i n s t a n c e o f GewichtsWare ) {
GewichtsWare o t h e r = ( GewichtsWare ) a r g ;
i f ( gewicht < other . gewicht ) {
return -1;
} e l s e i f ( g e w i c h t == o t h e r . g e w i c h t ) {
return 0;
} e l s e return 1;
}
throw new I l l e g a l A r g u m e n t E x c e p t i o n ( " I l l e g a l Argument"
}