Schnittstellen / Interfaces

Java
FH Merseburg SS 2002
String Übung:
Ziel:
 Zugriff auf die Stringkomponenten und Auswertung
 Zählen der Häufigkeit eines Buchstabens:
public class ZeichenZaehler
{
public static void main (String args[]) {
String str = new String ("Java ist eine
interessante Sprache.");
long zeichenZaehler[] = new long [256]; // 65536
for (int i = 0; i < str.length(); i++)
zeichenZaehler[str.charAt(i)] ++;
for (int i = 0; i < zeichenZaehler.length; i++)
if (zeichenZaehler[i] > 0)
System.out.println((char)(i) + "\t[" + i +
"]\t- " + zeichenZaehler[i] + " mal");
wait a = new wait();
a.waitForReturn();
}
}
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.
J
S
a
c
e
h
i
n
p
r
s
t
v
[32] - 4 mal
[46] - 1 mal
[74] - 1 mal
[83] - 1 mal
[97] - 4 mal
[99] - 1 mal
[101] - 6 mal
[104] - 1 mal
[105] - 3 mal
[110] - 3 mal
[112] - 1 mal
[114] - 2 mal
[115] - 3 mal
[116] - 3 mal
[118] - 1 mal
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Java
2.10
FH Merseburg SS 2002
Rückgabe von mehreren Werten
Rücklieferung von Werten einer Methode an die aufrufende Methode
 Rückgabewert ist ein Feld, das alle Werte desselben Objekttyps aufnimmt
 ein Objekt kann als Parameter übergeben werden, und dessen Daten werden
von der Methode geändert
 innerhalb der aufgerufenen Methode wird ein neues Objekt erzeugt, das die
Daten aufnimmt und als Rückgabewerte an die aufrufende Methode
zurückliefert
// Daten-Container zur Aufnahme verschiedener Attribute
// vergleichbar mit struct in C
class GeoFigDaten
{
public double laenge;
public double breite;
// z.B. 7.0
// z.B. 6.0
// Konstruktor
GeoFigDaten () {
this.laenge = 7.7;
this.breite = 6.6;
}
// Konstruktor
GeoFigDaten (double
this.laenge =
this.breite =
}
// mehrere Methoden
laenge, double breite) {
laenge;
breite;
zum setzen und lesen der Attribute
}
Bearbeitung der Daten in einer anderen Klasse
 Rückgabe mit Objekt der Containerklasse und
 Rückgabe ueber Parameter Objekt
// Klasse aendert die Daten im Datencontainer
class GFDAendern
{
// liefert die Daten ueber ein Rueckgabe Objekt zurueck
public GeoFigDaten GFDerstellen () {
GeoFigDaten neudaten = new GeoFigDaten();
// Benutzereingaben moeglich
neudaten.laenge = 8.0;
neudaten.breite = 9.0;
return neudaten;
}
// aendert Daten in Objekt, das als Parameter uebergeben wurde
public void GFDerstellen (GeoFigDaten x) {
// Benutzereingaben moeglich
x.laenge = 11.0;
x.breite = 12.0;
}
}
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Java
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Benutzung des Datencontainers und der Methode in Main-Methode:
// Problem: Rueckgabe mehrerer Werte ueber eine "Daten-Klasse" GeoFigDaten:
class Control
{
public static void main (String args[]) {
// Erzeugen Instanz von GeoFigDaten (2 Konstruktoren)
// Ausgabe der Attribute aus GeoFigDaten
GeoFigDaten a = new GeoFigDaten(3.0,4.0);
System.out.println("Laenge: " + a.laenge);
System.out.println("Breite: " + a.breite);
// benutzen einer M. GFDAendern zum Veraendern der Attribute
// in GeoFigDaten mit Rueckgabe eines GeoFigDaten-Objektes
// zuweisen des Rueckgabe-Objektes an eine Instanz
GFDAendern b = new GFDAendern();
a =
b.GFDerstellen();
System.out.println("Laenge: " + a.laenge);
System.out.println("Breite: " + a.breite);
// ... waitForReturn();
}
}
Speicherverwaltung (automatisch) und Garbage Collection
 Speicherbereich wird in Java durch Laufzeitsystem überwacht
 in anderen Programmiersprachen durch Programmierer  z. B. Rückgabewert
von malloc
 Löschen von Objekten
 mit new  neues Objekt, aber kein delete
 in C durch Programmierer: malloc  free
 Konstruktoren, aber keine Destruktoren
 in Java durch Java - Laufzeitsystem organisiert  Garbage Collector gibt
Speicherplatz frei, wenn Objekt nicht mehr referenziert wird
 immer wenn neue Objekte erzeugt werden und nicht genügend Speicherplatz
zur Verfügung steht  Garbage Collector
 das Ende der Referenzierung eines Objektes ist erreicht,
 wenn keine statische Objektkomponente das Objekt referenziert oder
 wenn keine z. Z. ausgeführte Methode eine Referenz zum Objekt
besitzt (bei innerhalb der Methode erzeugten Referenzen wird diese
beim Verlassen der Methode aufgelöst)
a1
...
c1
A a1 ...
von anderen
Objekten
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a2
...
b1
...
class A
...
class B
...
class C
...
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Java
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 Java verwaltet die Anzahl der Referenzen auf ein Objekt
 sobald keine Referenzen auf ein Objekt existieren, wird es zur GC freigegeben
(siehe Referenz auf C  fehlt diese Referenz, dann Freigabe, danach auch
Freigabe für a1, a2, b1
Möglichkeiten der Löschung:
 belegen durch null
// = Objekt wird nicht mehr benutzt
Beispiel
public static void main (String args[]) {
int ergebnis, feld[] = new int[100];
init_feld(feld);
// Feld initialisieren
ergebnis = verarb_Feld(feld);
// und benutzen
// ab hier wird feld nicht mehr benötigt
feld = null;
// Rest des Programms
}
 Objekte können außer Speicher auch noch andere Ressourcen benutzen (Datei
Streams, Netzwerkverbindungen etc.)  GC darf diese Ressourcen nicht
eigenmächtig freigeben  daher ruft er vor der Freigabe die Methode
finalize() auf,
 diese kann je Objekt definiert werden und sollte die Ressourcen selbst
freigeben
public class DateiRessourcen {
private Stream File;
public DateiRessourcen (String pfad) {
File = new Stream (pfad);
}
// ... weitere Programmanweisungen
public void close ()
{
if (File != null) {
File.close();
File = null;
}
}
//Überschreibende Methode
// Methode von Stream
// in dieser Formulierung funktioniert close() auch bei
// mehrfachem Aufruf
protected void finalize() throws Throwable {
super.finalize(); // sollte immer so gemacht werden
// ansonsten ist eigene Klasse O.k.
// aber Oberklassen evtl. problematisch
close();
}
 kein Parameter und kein Rückgabewert
 Operationen können zu einem Fehler oder Ausnahmezustand führen 
 anstoßen einer Ausnahmebehandlung durch Throwable
 eigene Fehlerbehandlung durch try/catch
 Schlüsselwort throws gibt an, welche Ausnahmen eine Methode erzeugen
kann (throw = erzeugen von Exceptions)
 Klasse Throwable ist Oberklasse für alle Ausnahmeklassen
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Java
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 endet eine Anwendung werden die finalize() Methoden aller Objekte
aufgerufen, wenn nicht ein Systemfehler (z. B. unzureichender Speicherplatz)
dies verhindert
 expliziter Aufruf des GC mit : System.gc();
Beispiel Geofigur:
public class GeoFigur
{
protected float Laenge;
protected float Breite;
protected float Flaeche;
static protected int InstZaehler;
// Konstruktor 1
public GeoFigur() {
++InstZaehler;
}
// Konstruktor 2
public GeoFigur(float x) {
Länge = x;
++InstZaehler;
}
// Konstruktor 3
public GeoFigur(float x, float y) {
Länge = x;
Breite = y;
++InstZaehler;
}
public void finalize() {
--InstZaehler;
}
// weitere Methoden zum Setzen und Lesen der Attribute
public abstract float berechneVolumen();
}
Abstrakte Klassen



Grundlage: Basisklasse kann keine Instanzen erzeugen
Ausgangspunkt war Vererbung – Übernahme von Attributen und Methoden in
abgeleitete Klassen
Beispiel Geofigur
public class GeoFigur
{
protected float Länge;
protected float Breite;
protected float Fläche;
static protected int InstCounter;
//
//
//
//
Konstruktoren, wie z. B.
public GeoFigur() {}
public GeoFigur(float x) {}
public GeoFigur(float x, float y) {
}
// public void finalize() {--InstCounter; }
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Java
FH Merseburg SS 2002
// Methoden zum Setzen und Lesen
public float setl(float x) { }
public float getl() { }
public float setb(float y) { }
public float getb() {
}


diese Attribute und Methoden sind allgemeingültig,
andere Methoden machen nur für konkrete Instanz Sinn, wie beispielsweise:
public abstract float berechneFlaeche();
public abstract float berechneVolumen();

diese Methoden erhalten den Modifier abstract:



abstrakte Methoden können nicht vom Typ static private oder final
sein
sie enthalten keine Methodendefinition
beinhaltet eine Klasse eine abstrakte Methode, dann ist die Klasse
selbst abstrakt
Abstrakte Klassen sind durch das Schlüsselwort „abstract“ gekennzeichnet und
können nicht als final deklariert werden. Sie können auch nicht instanziert
werden.
Soll eine abstrakte Klasse verwendet werden (im Beispiel die Ableitungen
Dreieck, Rechteck, Kreis) muß die abstrakte Methode implementiert werden.
Allen abgeleiteteten Klassen sind aber die abstrakten Methoden gemeinsam
(gleiche Parameter und Rückgabewerte).
Schnittstellen / Interfaces
In manchen Fällen ist es sinnvoll, eine Klasse mit zwei oder mehr Basisklassen
zu erzeugen  Mehrfachvererbung
Beispiel Leichtathlet
Basisklasse: Leichtathlet
Abgeleitet:
Weitspringer – Hochspringer – 100m Läufer – Hürdenläufer ...
Neue Klasse:
Zehnkämpfer




Erbt von bestimmten Klassen, die von Leichtathlet abgeleitet sind 
Übernimmt M und A von 10 Klassen
Problem: sind in den Basisklassen Variablen oder Methoden mit gleichem
Namen aber unterschiedlicher Ausprägung vorhanden  Zuordnung schwierig
Beispiel: Weitspringer und Hochspringer könnten M springe() enthalten
Es muß aber konkret eine Methode angesprochen werden
Alternativen:
 Es könnte eine Methode fest angesprochen werden  aber Vorteile der
Mehrfachvererbung gehen verloren
 Bei jedem Aufruf eine M explizit angeben z.B. Weitspringer.springe()  auf
dynamische Zuordnung von M. wird verzichtet
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Java


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Mehrfachvererbung wird aber nur in wenigen Fällen wirklich nutzbringend
eingesetzt
Zehnkämpfer ist weder Weitspringer noch Hochspringer
Interfaces
 Mit Schnittstellen überwindet Java die Einschränkungen der Einfachvererbung
ohne die Nachteile der MFV in Kauf nehmen zu müssen
 IF definieren beliebige Anz. Von Methoden und Variablen und damit
gleichzeitig eigenen Referenztyp
Um eine Schnittstelle S zu implementieren muß eine Klasse C alle in de
Schnittstelle enthaltenen Methoden konkret realisiseren  Verpflichtung

Schnittstelle kann andere Schnittstellen erweitern
Allgemeine Form:
[public] [abstract] interface InterfaceName [extends BasisInterface]
{
[public] [static] [final] Konstante1 = Wert1;
...
[public] [abstract] Methode1(Argumentliste);
}
Jede Variable in Interface gilt automatisch als static und final  es handelt sich
um eine Konstante die ist zu initialisieren
public interface Kalorien {
public double lesenKalorien();
}
Jede Klasse, die eine Methode lesenKalorien enthält, kann das Interface
implementieren:
public class SchokoKeks
extends Keks
implements Kalorien {
private double kal;
public double lesenKalorien() {
return kal;
}
// .. weitere Methoden von SchokoKeks
}
Andere Klassen können Referenzen auf Objekte der Klasse Interface erzeugen
und diesen Objekte der Klasse SchokoKeks zuweisen:
public class A {
Kalorien SKeks = new SchokoKeks();
System.out.println(Skeks.lesenKalorien());
...
}
Nutzen von Interfaces:
Wenn andere Klassen mit anderer Vererbungshierarchie ebenfalls das Interface
imlementieren
public class Pausenbrot
extends Brot
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Java
FH Merseburg SS 2002
implements Kalorien {
...
public double lesenKalorien() {
... implementieren
}
}
Pausenbrot
und
Schokokeks
stammen
von
unterschiedlichen
Vererbungshierarchien, implementieren aber die gleiche Schnittstelle. Klasse A
kann daher über die Schnittstelle Kalorien die Methode lesenKalorien() aller
betreffender Klassen aufrufen:
public class A {
Kalorien SKeks = new SchokoKeks();
Kalorien PBrot = new Pausenbrot();
System.out.println(Skeks.lesenKalorien());
System.out.println(PBrot.lesenKalorien());
...
}
Packages

jede Klasse in eigener Datei  .class  Ziel der Packages: Gliederung der
Projektklassen und der Systembibliotheken

Pakete enthalten inhaltlich zusammengehörende Klassen, Schnittstellen und
Unterpakete. Alle Klassen gehören implizit zu einem Package, das unbenannt
ist.

spezielle Paketdeklaration:
package ein.paket.name;
class KlassenName {...}

der PaketName ist implizit jedem im Paket enthaltenen Typnamen
vorangestellt
vor allen Klassen und Schnittstellendefinitionen der Klasse
vollständiger Name für Package besteht aus Komponenten, die durch Punkte
getrennt sind


Korrespondez mit Verzeichnisstruktur (abhängig von Java-Implementation)
 Jede Komponente eines P-Namens kann einem bestimmten Verzeichnis des
Rechners zugeordnet werden
 Klassen und Schnittstellen werden als einzelne Dateien im Verzeichnis
gespeichert
Namenswahl:
 Grundsätzlich beliebig,
 systemweite Packages
 Namenskonvention von Sun  gewährleistet
weltweit eindeutige Namen für P.
 Internet Domain Namen + interner PackageName
Beispiele:
Package Klasse
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zugehörige Dateinamen:
Meth
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Java
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java.lang.Thread.start()
../java/lang/Thread.class
Package
Kl
Meth.
com.ms.awt.image.getsize()
../com/ms/awt/image.class
../lib/classes.zip
Package
Kl
DE.fh-fulda.informatik.pax.java.GeoFig.setB()

M
Pfadeinstellungen über CLASSPATH-Variable
Zugriff:
 über den direkten Namen einschließlich vorangestelltem Paketbezeichner
Klasse A in Package x.y.z  x.y.z.A
Eindeutige Referenz möglich:
public class B {
int f() {
x.y.z.A = einA;
x.y.z.A = nochEinA;
...
einA = new x.y.z.A();
}
}
Problem: unübersichtlicher Quelltext  import
Import x.y.z.A;
Import x.y.z.B;
public class D {
int g() {
A a =
B b =
new A();
new B();
x.y.z.C c = new x.y.z.C();
...
// nicht imp. Name
}
}

import von Teilen oder des ganzen Paketes
Import x.y.z.A;
Import x.y.z:*;
Importiert nur die Klassen einer Ebene  Unterpakete müssen selbst importiert
werden.
***
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