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Informatik 2
Einführung in Java und UML
Prof. Dr.-Ing. Holger Vogelsang
[email protected]
Inhaltsverzeichnis















Roter Faden (4)
Übersicht (6)
Übersicht: (12)
Übersicht (13)
Arbeitsschritte und Software (17)
Imperative Aspekte (37)
Klassen und Objekte (50)
Fehlererkennung (92)
Zusicherungen (99)
Klassen und Objekte (112)
Überladen von Methoden (122)
Vererbung (127)
Überschreiben von Methoden (162)
Vererbung (189)
Generische Klassen (199)
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
2
Inhaltsverzeichnis







Generische Methoden (211)
Aufzähltypen (216)
Regeln und Hinweise (222)
Klassendiagramme (234)
Fehlerbehandlung mit Ausnahmen (269)
Pakete (285)
Funktionale Programmierung (291)
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
3
Roter Faden
Java und
UML
Schritte,
Software
Imperative
Aspekte
ObjektKlassenorientierung diagramme
Klassen,
Objekte
Überladen
Ausnahmen
Pakete
Funktionale
Programmierung
Fehler
Zusicherungen
Vererbung
Gener.
Klassen
Überschreiben
Aufzähltypen
Regeln
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
4
Roter Faden
Grafische
Oberflächen
Übersicht
Datenstrukturen
ADTs
Typinfo.,
I/O
Annotationen
JavaScript
Prinzipien
Holger Vogelsang
Layouts
Ereignisse
Datenstrukturen
in Java
Laufzeittypinfo.
Einstieg
Zeichenoperationen
Widgets
Elementare
Datenstrukturen
Iteratoren
Grafikwidgets
Hashtabellen
Effekte,
Animationen
Bäume
Offene
Punkte
Graphen
Ein-,
Ausgabe
Objekte Vererbung
Module
DOMZugriffe
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
5
Übersicht
Literatur
Java




Christian Ullenboom:

„Java ist auch eine Insel“, Galileo Computing (auch frei als „Open-Book“ unter
http://openbook.galileocomputing.de/javainsel/)

„Java 8 – Mehr als eine Insel“, Galileo Computing
D. Ratz, J. Scheffler, D. Seese, J. Wiesenberger: „Grundkurs Programmieren in Java“, HanserVerlag
R. C. Martin: „Clean Code“, mitp
Cay S. Hortsmann, „Java 8 SE for the Really Impatient“, Addison-Wesley
Objektorientierung allgemein

B. Lahres, G. Raýman: „Objektorientierte Programmierung“, Galileo Computing (auch frei als
„Open-Book“ unter http://openbook.galileocomputing.de/oop/)
Konfigurationsmanagement und Build-Systeme

G. Popp: „Konfigurationsmanagement mit Subversion, Maven und Redmine“, dpunkt
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
6
Übersicht
Literatur
UML (Objekt- und Klassendiagramme)


M. Jeckle, C. Rupp, J. Hahn, B. Zengler, S. Queins: „UML 2 - glasklar“, Hanser-Verlag
C. Kecher: „UML 2.0 – Das umfassende Handbuch“, Galileo Computing
JavaFX



C. Dea: „JavaFX 2.0: Introduction by Example“, Apress
J. L. Weaver: „Pro JavaFX 2: A Definitive Guide to Rich Clients with Java Technology“, Apress
http://docs.oracle.com/javafx/index.html
Datenstrukturen

G. Saake, K. Sattler: „Datenstrukturen und Algorithmen: Eine Einführung mit Java“, dpunkt
JavaScript




O. Zeigermann: „JavaScript für JavaEntwickler“, entwickler.press
D. Flanagan: „JavaScript – kurz & gut“, O‘Reilly
M. Haverbeke: „Eloquent JavaScript“, kostenlos unter http://eloquentjavascript.net/
JavaScript-Referenz: https://developer.mozilla.org/en-US/docs/Web/JavaScript/Reference
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
7
Übersicht
Entwicklungsumgebungen
IDEs zur Java-Entwicklung

Eclipse: http://www.eclipse.org mit zusätzlichen Plugins:

Findbugs: In Eclipse Help  Eclipse Marketplace, „Findbugs“ im Suchfeld eingeben und
„Findbugs Eclipse Plugin” installieren

Checkstyle zur Überprüfung der Code-Konventionen: In Eclipse Help  Eclipse
Marketplace, „Checkstyle“ im Suchfeld eingeben und „Checkstyle Plug-in” installieren

SVN Team Provider: In Eclipse Help  Eclipse Marketplace, SVN im Suchfeld
eingeben und Subversive SVN Team Provider installieren

SVN Connector: In Eclipse Help  Install New Software  Add…  SVNConnector mit der Update Site
http://community.polarion.com/projects/subversive/download/eclipse/3.0/kepler-site/
eingeben  OK  Im Baum links die neueste Version der SVNKit Implementation
sowie des SVN Connectors auswählen und installieren.
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
8
Übersicht
Entwicklungsumgebungen


Netbeans: http://www.netbeans.org
IntelliJIDEA

freie Community-Version: http://www.jetbrains.com/idea/

oder Ultimate Edition mit Lizenz der Hochschule: https://ilias.hskarlsruhe.de/goto.php?target=crs_99205&client_id=HSKA (Kursbeitritt erforderlich)
IDEs zur JavaScript-Entwicklung



Eclipse: http://www.eclipse.org mit WTP-Plug-ins
WebStorm: http://www.jetbrains.com/webstorm/ (Lizenz-Information im Ilias)
Ausprobieren kleinerer Code-Stücke: http://jsfiddle.net/
Holger Vogelsang
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9
Übersicht
Modellierungswerkzeuge
Leicht verfügbare Modellierungswerkzeuge



Visual Paradigm for UML

Frei verfügbare Community-Edition

Lizenz für die Professional-Edition im Ilias: https://ilias.hskarlsruhe.de/repository.php?ref_id=32415&cmd=&rep_frame=1

Download http://www.visual-paradigm.com/

keine Code-Erzeugung in der Community-Edition
Magicdraw

Frei verfügbare Community-Edition

http://www.magicdraw.com/

Code-Erzeugung für C++, C# und Java (nicht Community-Edition)
Borland Together

http://www.borland.com/us/products/together/index.html

Lizenz bei Frau Knodel in LI 136
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
10
Übersicht
Modellierungswerkzeuge


UML Lab

Kostenlose Studentenlizenz unter http://www.uml-lab.com/de/uml-lab/academic/
eUML

Auch als Open Source verfügbar, Eclipse-Plugin

http://www.soyatec.com/euml2/installation/

Code-Erzeugung nur für Java
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
11
Übersicht:
Änderungen zum Sommersemester 2014



Streichungen einiger Inhalte
Änderung der Reihenfolgen
Einführung in JavaScript statt Entwurf
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
12
Übersicht
Hinweise
Markierungen

Expertenkapitel (nicht klausurrelevant):

Tafel-/ Rechnerübungen:

Pacman-Beispiel:
Holger Vogelsang
Längeres Beispiel:
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
13
Übersicht
Historie im Informatikstudium

Bekannt sind aus „Informatik 1“:

Datentypen

Prozedurale Elemente

einfache Klassen

Arrays

Algorithmen zum Suchen und Sortieren

Klassen in UML
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
14
Übersicht
Durchgängiges Beispiel: Pacman-Klon

Java und die Datenstrukturen werden anhand eines kleinen Spielfragmentes erläutert, einer
Variation von Pacman:

nur einen Level

verändertes Spielfeld

andere Punktezählung

veränderter interner Aufbau, um alle wichtigen Techniken zeigen zu können

fehlende Spielelemente des Originals

teilweises anderes Verhalten der Figuren

Vektor- statt Pixelgrafik

plattformunabhängige Implementierung mit JavaFX
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
15
Übersicht
Durchgängiges Beispiel: Pacman-Klon

Spielfeld:
Kirsche (Geister werden für eine gewisse
Zeit ungefährlich und können gefressen
werden)
Tor zur anderen Seite
Geist
Essen
Pacman

Spielende: Pacman wurde von einem Geist gefressen, oder alle Essensrationen sind von
Pacman gefressen worden.
Holger Vogelsang
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16
Arbeitsschritte und Software
Übersicht
Java und
UML
Schritte,
Software
Imperative
Aspekte
ObjektKlassenorientierung diagramme
Klassen,
Objekte
Überladen
Ausnahmen
Pakete
Funktionale
Programmierung
Fehler
Zusicherungen
Vererbung
Gener.
Klassen
Überschreiben
Aufzähltypen
Regeln
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
17
Arbeitsschritte und Software
Motivation


Bekannt aus Informatik 1: Schreiben einfacher Java-Programme
Wie kann der Quelltext verwaltet werden?
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
18
Arbeitsschritte und Software
Ausführbares Programm
Erzeugen eines ausführbaren Programmes
Quellcode
Pacman.java
Compiler
Quellcode
Cherry.java
Compiler
Quellcode
Ghost.java
Compiler
Bytecode
Pacman.class
Bytecode
Cherry.class
Bytecode
Ghost.class
Archiv
(Pacman.jar)
jar
Bilder/…
Manifest.mf
Manifest-Version: 1.0
Main-Class: de.Main
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
19
Arbeitsschritte und Software
Versionsverwaltung


Warum sollen die Quelltexte nicht nur im Dateisystem des Entwicklers liegen?

Gruppenarbeit:
- Viele Entwickler arbeiten an einem Programm  Zugriff auf deren Quelltexte.
- Was haben die anderen Entwickler gemacht oder geändert?
- Was habe ich an dem aktuellen Projekt geschrieben?

Verbesserung der eigenen Arbeitsmöglichkeiten:
- Automatisierte Sicherung: Was passiert bei Zerstörung der lokalen Daten?
- Wiederherstellung eines alten Standes, wenn der neue „kaputtprogrammiert“
wurde  „Undo“ zu einer bekannten Version

Wieso sollen mehrere Versionen eines Programmes gepflegt werden?
- Anpassungen für Kunden
- Arbeit an alter Version (Korrekturen) und neuer Version (Erweiterungen)
- Vergleich unterschiedlicher Versionen  was hat sich geändert?

Jede neue Version einer Datei erhält eine Versionsnummer.
Ziel: Speicherung in einem zentralen „Repository“.
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
20
Arbeitsschritte und Software
Versionsverwaltung

Einflüsse während der Programmentwicklung:
viele Entwickler
viele Klassen und
Dokumente
Projekt
viele Versionen
Holger Vogelsang
viele unterschiedliche
Arbeitsplätze
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
21
Arbeitsschritte und Software
Versionsverwaltung

Grafischer Versionsvergleich:
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
22
Arbeitsschritte und Software
Versionsverwaltung



Lösung: Unterstützung der Entwicklung durch eine Versionsverwaltung. Auswahl:

RCS/CVS: veraltet

SVN: sehr häufig im Einsatz, ein zentraler Server

Git: manchmal als Nachfolger von SVN gesehen, verteilte Datenhaltung auf mehreren
Servern, oft in Open-Source-Projekten, in Firmen noch selten anzutreffen

Team Foundation Server: reine Microsoft-Lösung
In Informatik 2 und im Softwarelabor: Arbeit mit Subversion (SVN)
Genauere Einführung z.B. unter http://svnbook.red-bean.com/
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
23
Arbeitsschritte und Software
Versionsverwaltung

Interne Speicherung im Repository:

Es wird normalerweise nicht jede Version komplett abgelegt.

Statt dessen speichert ein Repository die Unterschiede („Deltas“).

Subversion kennt beide Varianten + komplette Speicherung nach Bedarf.
Version 1
Version 2
Deltas
Version 3
Version 4
Version 1
(alt)
als vollständige
Datei
Version 2
Version 5
(aktuell)
als vollständige
Datei
Rückwärtsdelta:
schnelleres Auslesen
Holger Vogelsang
Version 3
Version 4
Version 5
Vorwärtsdelta:
schnelleres Schreiben
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
24
Arbeitsschritte und Software
Versionsverwaltung



Wichtigste Aktionen für die Arbeit mit Subversion:

Share: einmalig Projekt im Repository anlegen, eventuell lokales Projekt übergeben

Check out (einmalig für ein Projekt): Projekt aus dem Repository in ein lokales
Verzeichnis kopieren

Commit: lokal erzeugte Änderungen im Repository ablegen

Update: zwischenzeitliche Änderungen im Repository in das lokale Verzeichnis
übernehmen
Für alle Schritte gibt es Kommandozeilenwerkzeuge  sollen hier nicht betrachtet werden.
Die wichtigsten lassen sich auch mit IDE-Plugins durchführen.
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
25
Arbeitsschritte und Software
Versionsverwaltung (Installation in Eclipse)
Arbeit mit SVN

Jetzt kann mit Window  Open Perspective  SVN Repository Exploring die
Ansicht aller SVN-Server angezeigt werden (ist leer).

Im rechten Fenster SVN Repositories lässt sich durch Rechtsklick mit New 
Repository Location ein neuer Server einrichten.

Für den an der Hochschule müssen Sie folgendes eintragen:

URL: http://www.iwi.hs-karlsruhe.de/I/svn/<user>/

<user>: Ihr IZ-Benutzername

Als Nutzernamen und Password geben Sie Ihren IZ-Account ein.

Save authentication ist auf eigenen Rechnern ganz praktisch, damit Sie sich nicht
immer neu anmelden müssen.
Holger Vogelsang
Informatik 2 – Versionsverwaltung mit SVN
26
Arbeitsschritte und Software
Versionsverwaltung (Projekt anlegen)
Projekt anlegen


Wenn das Projekt bisher nur lokal existiert, muss es im Repository angelegt werden.
Dann können alle anderen Entwickler mit der entsprechenden Berechtigung darauf
zugreifen.
share
ProjektXYZ
Projekt auf dem
lokalen Arbeitsplatz-PC
ProjektXYZ
Repository auf dem
Server mit dem neuen Projekt
http://www.iwi.hs-karlsruhe.de/I/svn/<user>/ProjektXYZ/trunk
Repository Root
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
Projekt-Pfad
27
Arbeitsschritte und Software
Versionsverwaltung (Projekt anlegen)


Ablauf in Eclipse:

Rechtsklick auf das Projekt

Dann Team und Share Project auswählen.

SVN und im nächsten Dialog Ort des Repositorys auswählen, Simple Mode ist für uns
ausreichend

Kommentar eingeben und auf Finish klicken
Empfohlener Aufbau eines Projektarchivs (Repository) auf dem Server:

/Projektname/trunk: Hauptentwicklungslinie des Projektes

/Projektname/branches: Alternative Entwicklungen wie z.B. spezielle Anpassungen
für einen Kunden, Wechsel auf neue Technologie, …

/Projektname/tags: Kopie der Hauptentwicklungslinie oder einer Verzweigung zu
einem bestimmten Zeitpunkt.
- Wird z.B. angelegt, wenn eine neue Version an den Kunden ausgeliefert wird. Dann
kann ein Tag mit dem Namen der Version erzeugt wird („Version 1.0“).
- Ein Tag hat keine bestimmte Bedeutung. Er erlaubt aber, bestimmte Versionen mit
einem leicht erkennbaren Namen zu versehen.
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
28
Arbeitsschritte und Software
Versionsverwaltung (Check out)
Checkout: Daten aus dem Repository auf den lokalen PC kopieren (einmalig)
Check out
Entwickler
Holger Vogelsang
lokale Kopie
des Quelltextes
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
Repository auf dem
Server mit allen Versionen
des Quelltextes +
zusätzlichen Binärdateien
29
Arbeitsschritte und Software
Versionsverwaltung (Check out)

Ablauf in Eclipse:

Wechsel in die Ansicht SVN Repository Exploring

Rechtsklick auf die gewünschte Version des Projektes

Check Out wählen

Arbeit auf der lokalen Kopie des Projektes
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
30
Arbeitsschritte und Software
Versionsverwaltung (Commit)
Commit: Lokale Änderungen in das Repository übertragen
Änderungen
eintragen,
Konflikte lösen
Entwickler
Holger Vogelsang
lokale Kopie
des Quelltextes
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
Repository auf dem
Server mit allen Versionen
des Quelltextes +
zusätzlichen Binärdateien
31
Arbeitsschritte und Software
Versionsverwaltung (Commit)

Ablauf in Eclipse:

Nach den lokalen Änderungen übertragen die Entwickler die neuen Daten in das
Repository.

Rechtsklick auf das Projekt (z.B. in der Java-Ansicht) oder Rechtsklick auf einzelne
Pakete/Klassen

Dann Team und Commit auswählen.

Die Änderungen sollten unbedingt mit einem Kommentar versehen werden. Der
Kommentar beschreibt, was an der Datei geändert wurde („Fehler xyz behoben“, …).

Nur geänderte Daten werden geschrieben. Sie erhalten dabei eine neue
Versionsnummer (siehe SVN Repository Explorer).

Was passiert, wenn ein anderer Entwickler die Datei bereits verändert hat? Es ist eine
Konfliktbehandlung erforderlich.
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
32
Arbeitsschritte und Software
Versionsverwaltung (Commit)

Konfliktbehandlung:
1. Kopieren-Ändern-Zusammenführen-Modell
- Auschecken einer Version aus dem Projektarchiv: Eine Kopie der Daten wird auf den
Client kopiert.
- Arbeit auf den Client-Dateien
- Einchecken der Änderungen auf den Server: Die Änderungen werden dort
gespeichert, Konflikte müssen behoben werden. Konflikte?
• Was passiert, wenn ein anderer Entwickler dieselbe Datei verändert hat?
• Möglichkeiten:
– Änderungen zusammenführen
– eigene Datei überschreibt die auf dem Server
– eigene Änderungen werden verworfen
– …
• Der SVN-Client hilft beim Zusammenführen beider Versionen.
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
33
Arbeitsschritte und Software
Versionsverwaltung (Commit)

2. Sperren-Ändern-Entsperren-Modell
- Zur Konfliktvermeidung lassen sich Dateien auf dem Server gegen Änderung
sperren  nicht sehr gerne gesehen (insbesondere wenn Sie in den Urlaub fahren
und die Sperre vergessen).
- Bei Binärdateien, die nicht sinnvoll zusammengeführt werden können, ist das
Modell aber durchaus sinnvoll.
- Häufig kann ein Administrator Sperren wieder entfernen.
- Verwendung:
• Rechtsklick auf eine Datei oder ein Verzeichnis, Team und Lock… auswählen.
• Danach die Dateien bearbeiten.
• Abschließend nach einem Commit mit Team und Unlock… wieder freigeben.
In der Praxis hat sich gezeigt, dass das Kopieren-Ändern-Zusammenführen-Modell wenig
Probleme bereitet: Nicht jeder Entwickler arbeitet gleichzeitig an allen Projektteilen.
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
34
Arbeitsschritte und Software
Versionsverwaltung (Update)
Update: Zwischenzeitliche Änderungen aus dem Repository übernehmen
Update
Entwickler
Holger Vogelsang
lokale Kopie
des Quelltextes
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
Repository auf dem
Server mit allen Versionen
des Quelltextes +
zusätzlichen Binärdateien
35
Arbeitsschritte und Software
Versionsverwaltung (Update)




Während der Arbeit oder nach einer Pause haben andere Entwickler eventuell neue
Versionen im Repository abgelegt.
Vor einer Änderungen in der eigenen lokalen Kopie sollte sie aktualisiert werden, damit nicht
ein alter Stand verändert wird.
Ablauf in Eclipse:

Rechtsklick auf ein Paket, eine Klasse, eine Ressource oder das Projekt, dann Team und
Synchronize with Repository auswählen.

Eine weitere Ansicht zeigt die Änderungen, die übernommen werden können.
Weitere Funktionen: siehe weiterführende Literatur (insbes. „Merge“ verschiedene
Entwicklungszweige und Kollisionsbehandlung beim „Commit“)
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
36
Imperative Aspekte
Übersicht
Java und
UML
Schritte,
Software
Imperative
Aspekte
ObjektKlassenorientierung diagramme
Klassen,
Objekte
Überladen
Ausnahmen
Pakete
Funktionale
Programmierung
Fehler
Zusicherungen
Vererbung
Gener.
Klassen
Überschreiben
Aufzähltypen
Regeln
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
37
Imperative Aspekte
Motivation




Wie sollte der Quelltext formatiert sein?
Zusammenhang zwischen primitiven Datentypen und Klassen
Wie kann die falsche Verwendung von Funktionen und Algorithmen zur Laufzeit
erkannt werden?
Als bekannt vorausgesetzt: Schleifen, Abfragen, lokale Variable
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
38
Imperative Aspekte
Formatierung des Quelltextes
Hinweise zur Formatierung



Der Compiler ignoriert jegliche Formatierung des Quelltextes.
Ein Programmierer benötigt dringend eine gut lesbare Struktur!
Beispiel:
public V(){for(int i=0;i<3;i++)v[i]=0;}
lesbar
public Vector() {
for (int i = 0; i < getSize(); i++) {
values[ i ] = 0.0;
}
}


Die erste Variante ist nicht effizienter, nur komplett unleserlich.
Erleichtern Sie sich und Ihren Kollegen die Arbeit (lassen Sie ein Programm 3 Jahre liegen und
schauen Sie es sich dann wieder an).
Einhaltung der Java-Code-Konventionen  Checkstyle hilft Ihnen!
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
39
Imperative Aspekte
Einige Regeln zur Formatierung des Quelltextes
Einige ganz einfache Regeln


Anfangs- und Endklammern eines Blocks immer in dieselbe Spalte setzen oder die
Endklammer an das Ende der Zeile davor.
Verzichten Sie nicht auf die Klammern, auch wenn der Block nur eine Zeile enthält, siehe
Apple-Sicherheitsproblem vom Februar 2014:
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
40
Imperative Aspekte
Einige Regeln zur Formatierung des Quelltextes


Den Inhalt eines Blockes immer entweder um einen Tabulator oder eine gleiche Anzahl von
Leerzeichen einrücken.
Beispiel:
for (int i = 0; i < 10; i++) {
Blockinhalt
}






Selbsterklärende Variablen- und Methodennamen verwenden.
Großzügig Leerzeilen zwischen verschiedene Blöcke einfügen, um logisch getrennte Einheiten
optisch anzuzeigen.
Großzügig Leerzeichen zur Formatierung einfügen.
Reihenfolgen der Operatoren durch Klammerungen optisch hervorheben.
Sinnvolle Kommentare verwenden (nicht einfach: Hier wird x erhöht.)
Siehe auch: http://www.ioccc.org/ (The International Obfuscated C Code Contest)
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
41
Imperative Aspekte
Kommentare in Klassendiagrammen
Definition: Anmerkung
Eine Anmerkung beinhaltet einen Kommentar für ein beliebiges UML-Sprachelement.

Beispiel:
Figure
Die Figur ist das zentrale
Element in einer
Zeichenfläche.
+paint()
Zuordnung
Anmerkung
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
42
Imperative Aspekte
Konstanten: String und Zeichen
String- und Zeichenkonstanten im Unicode-Format
Zeichenkonstanten: char, z.B.: 'A', numerischer Wert = 65

Stringkonstanten: Folge von char, z.B.: "ABD".
Beispiele

Zeichen
Bedeutung
Num. Wert
Großbuchstabe A
65
Leerzeichen
32
0
Ziffer 0
48
\xdd
dd = Num. Wert eines Zeichens im Hexadezimalsystem
\xdd
\ddd
Eine Folge von 1, 2 oder 3 oktalen Ziffern
\ddd
A
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
43
Imperative Aspekte
Konstanten: String und Zeichen
Vordefinierte Sonderzeichen
Zeichen
Bedeutung
Num. Wert
\\
Das Zeichen \ selbst (ein Backslash).
92
\"
Das Zeichen "
34
\'
Das Zeichen '
39
\b
Rückwärts Löschen, Backspace, BS
\f
Seitenvorschub, form-feed, FF
12
\n
Zeilenvorschub, new line oder line feed, LF
10
\r
Wagenrücklauf, carriage return, CR
13
\t
Horizontaler Tabulator, HT
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Informatik 2 - Einführung in Java und UML
8
9
44
Imperative Aspekte
Konstanten: String und Zeichen (Pacman-Beispiel)


Beschreibung des Spielfeldes im Quelltext durch eine Zeichenkette
Die Zeichenkette wird später eingelesen, um die einzelnen Objekte zu erzeugen.
String[] fieldLayout = {
".....*.........*.....",
"o***.*.*******.*.***o",
"..........C..........",
"**.*.****.*.****.*.**",
" *.*.*....*.*....*.* ",
"**.*.****.*.****.*.**",
"E .*......*......*. E",
"**.*** ******* ***.**",
" *.
0
.* ",
" *.*** ###-### ***.* ",
" *.*
#2 1 3#
*.* ",
"**.* * ###-### * *.**",
"E . *
C
* . E",
"**.****** * ******.**",
".*.....
*
.....*.",
".*.***.*******.***.*.",
"..........P..........",
// usw.
};
Holger Vogelsang
Zeichen
Bedeutung des Feldes
C
enthält eine Kirsche (Cherry)
*
kann nicht betreten werden
0-3
Nummer des Geistes
E
mit Ausgang (Exit) auf die andere Seite
#
ist Gefängnisumrandung (entspricht hier
'*')
o
mit Energiepaket (nicht verwendet)
P
mit Pacman
Ohne Angabe: leeres Feld
.
mit Essensportion
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
45
Imperative Aspekte
Konstanten: String und Zeichen (Pacman-Beispiel)
String[] fieldLayout = {
".....*.........*.....",
"o***.*.*******.*.***o",
"..........C..........",
"**.*.****.*.****.*.**",
" *.*.*....*.*....*.* ",
"**.*.****.*.****.*.**",
"E .*......*......*. E",
"**.*** ******* ***.**",
" *.
0
.* ",
" *.*** ###-### ***.* ",
" *.*
#2 1 3#
*.* ",
"**.* * ###-### * *.**",
"E . *
C
* . E",
"**.****** * ******.**",
".*.....
*
.....*.",
".*.***.*******.***.*.",
"..........P..........",
".***.****.*.****.***.",
// usw.
};
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Informatik 2 - Einführung in Java und UML
46
Imperative Aspekte
Parameterübergabe per Wert bei primitiven Datentypen
Parameterübergabe per Wert (Call by Value)

Werte primitiver Datentypen werden immer per Wert übergeben. Es wird eine lokale Kopie
erzeugt. Änderungen am Wert innerhalb einer Methode wirken nicht nach außen.
Beispiel:
public void doSomething(int xx){
xx = 2;
}
public int doSomethingElse(){
int x = 21;
doSomething(x);
System.out.println(x);
return 0;
}
Ausgabe: 21
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
47
Imperative Aspekte
Parameterübergabe per Referenz bei Objekten
Parameterübergabe per Referenz (Call by Reference)

Objekte werden immer per Referenzen übergeben werden. Damit sind Änderungen nach
außen sichtbar. Beispiel:
public void doSomething(Bruch br){
br.setZaehler(42);
}
public int doSomethingElse(){
Bruch br = new Bruch(21, 3);
doSomething(br);
System.out.println(br.getZaehler());
return 0;
}

Ausgabe: 42
Zusatznutzen einer Referenzübergabe: Das Anlegen einer Kopie kann zeitaufwändig sein.
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
48
Imperative Aspekte
Ergebnisrückgabe

Es gilt dasselbe wie bei Übergaben:

Werte primitiver Datentypen werden als Kopie und

Objekte per Referenz zurückgegeben.
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
49
Klassen und Objekte
Übersicht
Java und
UML
Schritte,
Software
Imperative
Aspekte
ObjektKlassenorientierung diagramme
Klassen,
Objekte
Überladen
Ausnahmen
Pakete
Funktionale
Programmierung
Fehler
Zusicherungen
Vererbung
Gener.
Klassen
Überschreiben
Aufzähltypen
Regeln
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
50
Klassen und Objekte
Objekte
Einige Objekte im Pacman-Spiel




Pacman
die Geister 1 bis 4
einzelne Kirschen
das Spielfeld
Einige Eigenschaften von Objekten (Zustandsinformationen)



Pacman: bewegt sich nach oben, öffnet den Mund
Geist 1: ist gefährlich, befindet sich auf Zelle (2,3), bewegt sich nach unten und hat eine
gewisse „Intelligenz“
Geist 2: ist gefährlich, befindet sich auf Zelle (12,5), bewegt sich nach links und hat ebenso
eine gewisse „Intelligenz“
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
51
Klassen und Objekte
Objekte
Objekte kommunizieren (Verhalten)

Das Spielfeld sagt zu Pacman: „Bewege Dich nach oben“
 Quellobjekt (Spielfeld) schickt dem Ziel (Pacman) eine Nachricht.
Objekte unterscheiden sich (Identität)


Geist 1 ist nicht Geist 2.
Alle Objekte sind eindeutig unterscheidbar!
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
52
Klassen und Objekte
Objekte
Definition: Objekt
Ein Objekt ist eine konkret vorhandene Einheit mit folgenden Merkmalen:

Identität: Alle Objekte lassen sich eindeutig unterscheiden (z.B. durch die Referenz).

Zustand (Daten):
- Alle Attributwerte des Objektes. Der Typ der Attribute wird durch die Klasse
festgelegt.
- Der Zustand ist nur durch das Objekt selbst veränder- und sichtbar, nicht aber von
außen.
- Beziehungen zu anderen Objekten.

Eigenschaften (Properties):
- Sie können von außen abgefragt werden.
- Sie werden unter Umständen aus Daten berechnet, sind aber selbst keine Daten
(z.B. Alter = Datum - Geburtsdatum).

Verhalten: Festgelegt durch Methoden der Klasse des Objektes.
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
53
Klassen und Objekte
Klassen
Definition: Klasse (im Implementierungsmodell)
Eine Klasse ist die Definition der Attribut-, Eigenschaftstypen und Operationen einer Menge
von Objekten.
Definition: Attribut (auch Instanzvariable genannt)

Ein Attribut ist eine Eigenschaft eines Objektes, die von außen abgefragt werden kann.

Es kann ein Datenelement oder ein berechneter Wert (=abgeleitetes Attribut) sein.

Ein Attribut kommt in allen Objekten der Klasse vor.

Der Wert des Attributs kann in den Objekten unterschiedlich ausfallen.

Ein Attribut kann nicht ohne das zugehörige Objekt leben.

Ein Attribut hat keine Identität.
In der Vorlesung wird der Begriff „Attribut“ immer für ein Datenelement verwendet.
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
54
Klassen und Objekte
Klassen
Definition: Operation

Eine Operation legt fest, welche Funktionalität ein Objekt bereitstellt.

Unterstützt ein Objekt eine bestimmte Operation, so sichert es einem Aufrufer zu, dass es bei
einem Aufruf die Operation ausführen wird.

Durch die Operation wird die Syntax des Aufrufs vorgegeben (Typen der Parameterwerte).

Die Operation gibt Zusicherungen darüber, welche Resultate die Operation haben wird.

Die Operation beinhaltet keine Implementierung. Sie beschreibt „lediglich“ Schnittstelle
(Signatur) und Zusicherung nach außen.
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
55
Klassen und Objekte
Klassen
Definition: Methode

Eine Methode ist die konkrete Implementierung einer Operation.

Während Operationen die Funktionalität nur abstrakt definieren, sind Methoden für die
Realisierung dieser Funktionalität zuständig.



In der Vorlesung wird die strenge Kategorisierung von Methode und Operation nicht immer
aufrechterhalten.
Hier wird häufig „Methode“ als Synonym für beide Begriffe verwendet.
„Operation“ wird dort verwendet, wo es speziell auf den reinen Signaturcharakter ankommt.
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
56
Klassen und Objekte
Klassen und Objekte (Pacman-Beispiel)
Beispiel zu Klasse und Objekt (unvollständiges Beispiel)
Klassenname
Attribute
Operationen
Holger Vogelsang
Ghost
-x: int
-y: int
-direction: Direction
+setX(x: int)
+setY(y: int)
+paint(cvs: Canvas,
cellWidth: int,
cellHeight: int)
geist1: Ghost
x = 2
y = 3
direction = UP
geist2: Ghost
Attributwerte
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
x = 12
y = 3
direction = DOWN
57
Klassen und Objekte
Objektorientierte Sichtweise
Idee der Kapselung (Information hiding)

Die Implementierung der Datenstrukturen und Algorithmen innerhalb einer Klasse wird
gegenüber den Aufrufern „versteckt“. Sie kann nach außen unsichtbar verändert werden.
Methoden
Attribute
Objekt
Aufruf
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
58
Klassen und Objekte
Objektorientierte Sichtweise

Vorteile der Kapselung:

Interne Zustände und deren Abhängigkeiten bleiben nach außen verborgen  Leichtere
Konsistenzhaltung der Daten.

Bei Zustandsänderung müssen häufig noch andere Operationen ausgeführt werden.
Beispiel:
- Im Pacman-Spiel wird die Farbe einer Figur geändert. Die Farbe ist ein Attribut der
Figur.
- Danach muss die Figur neu gezeichnet werden.
- Bei sauberer Kapselung wird durch die Farbänderung automatisch das Neuzeichnen
ausgelöst.
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
59
Klassen und Objekte
Objektorientierte Sichtweise


Funktioniert die Kapselung immer? Beispiel:

Im Pacman-Spiel werden einzelne Figuren auf dem Spielfeld platziert.

Die Figuren haben Attribute wie „Farbe“, „Bewegungsrichtung“ und „Position“.

Der aktuelle Spielstand soll auf Festplatte gespeichert werden  Zugriff auf die Attribute
zum Speichern notwendig.
Konsequenz:

Jede Figur müsste selbst speichern  Verteilung der Speicherfunktionalität auf viele
Klassen  sehr unschön.

Eine Klasse speichert, muss aber auf die privaten Attribute der Figuren zugreifen 
Aushebelung der Kapselung?

Nein: Kapselung ist immer auf einen Aufgabenbereich beschränkt.

Speicherung ist eine andere Aufgabe, darf also auf die privaten Daten zugreifen.

Das gilt aber nicht für Klassen, die für das Zeichnen verwendet werden.
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
60
Klassen und Objekte
Zugriffsrechte
Zugriffsrechte





private: Auf private Attribute oder Methoden dürfen nur Methoden der eigenen Klasse
zugreifen.
public: Auf öffentliche Attribute und Methoden dürfen alle Methoden anderer Klassen
zugreifen.
protected: für Vererbung (kommt später ...)
<keine Angabe>: Paketrecht (kommt später …)
Die Rechte gelten auf Klassenebene: Ein Objekt einer Klasse darf auf private Attribute eines
anderen Objektes derselben Klasse zugreifen!
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
61
Klassen und Objekte
Klassen in UML
Vereinfachte Darstellung von Klassen in UML:
Klassenname
Ghost
- x: int
- y: int
- count: int
Attribute
+ paint(p: Canvas, x: int, y: int)
+ setX(x: int)
+ setY(y: int)
Operationen
statisches Attribut
Attribut (Angaben in eckigen Klammern sind optional):
[Sichtbarkeit][/]Name[:Typ][Multiplizität][=Vorgabewert] [{Eigenschaft}]

Sichtbarkeit/Zugriffsrecht:

#: geschützt (protected)

-: privat (private)

+: öffentlich (public)

~: Paket (package)
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
62
Klassen und Objekte
Klassen in UML





/: Das Attribut ist eine Eigenschaft. Es wird berechnet und muss somit nicht gespeichert
werden.
Name: Name des Attributs. Aufgrund von Einschränkungen vieler Programmiersprachen sollte
man auf Umlaute usw. verzichten.
:Typ: Typ des Attributs
Multiplizität: Anzahl Ausprägungen des Attributs

kann als Array betrachtet werden

Angaben sind minimale und maximale Anzahl oder die genaue Anzahl:
- [2]: exakt zwei Werte
- [1..2]: ein oder zwei Werte
- [1..*]: mindestens ein Wert bis beliebig viele Werte
- [0..*] bzw. [*]: beliebig viele Werte
=Vorgabewert: Initialwert für das Attribut

muss zum Typ des Attributs passen

bei Multiplizität größer als 1: Aufzählung in der Form {1, 2, 3, 4}
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
63
Klassen und Objekte
Klassen in UML

{Eigenschaft}: besondere Merkmale des Attributs (Auswahl)

{readOnly}: Der Wert darf nach der Initialisierung nicht mehr verändert werden (eine
Konstante).

{subsets <Attributname>}: Der Wert ist eine Untermenge der Werte, die in dem
Attribut <Attributname> erlaubt sind.

{union}: Vereinigung aller Attributwerte, die mit subsets spezifiziert wurden.

{redefines <Attributname>}: Redefiniert ein Attribut seiner Basisklasse

{ordered}: Die Attributwerte müssen geordnet vorliegen. Duplikate sind nicht erlaubt.

{bag}: Die Attributwerte müssen nicht geordnet vorliegen. Duplikate sind erlaubt.

{seq} bzw. {sequence}: Die Attributwerte müssen geordnet vorliegen. Duplikate sind
erlaubt.

{unique}: Die Attributwerte müssen nicht geordnet vorliegen. Duplikate sind nicht
erlaubt.

{composite}: Das Attribut wird durch Komposition an die Klasse gebunden. Es ist so
selbst für die Zerstörung seines Inhalts verantwortlich.
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
64
Klassen und Objekte
Klassen in UML
Operation (Angaben in eckigen Klammern sind optional):
[Sichtbarkeit]Name([Parameterliste])[:Rückgabetyp] [{Eigenschaft}]

Sichtbarkeit/Zugriffsrecht: wie bei Attributen

Name: wie bei Attributen

Parameterliste mit dem folgenden Aufbau:
[Übergabemodus] Name :Typ [Multiplizität][=Vorgabewert][{Eigenschaft}]

Übergabemodus (unvollständig):
- in: Der Parameter wird von der Operation nur gelesen. Fehlt der Modus, so wird in
angenommen. In Java nur für primitive Datentypen möglich.
- out: Der Parameter wird von der Operation nur geschrieben.
Umsetzungsmöglichkeit in Java nur für Objekte (Besonderheit String 
StringBuffer, …)
- inout: Der Parameter wird von der Operation gelesen und geschrieben.
Umsetzungsmöglichkeit in Java nur für Objekte.
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
65
Klassen und Objekte
Klassen in UML
Name: Name des Parameters

:Typ: Typ des Parameters

Multiplizität: Anzahl Ausprägungen des Parameters, die übergeben werden. Die
Angaben erfolgen wie bei Attributen. Umsetzungsmöglichkeit in Java: Arrays

=Vorgabewert: Wert, den der Parameter erhält, wenn er nicht übergeben wird.
Umsetzung in Java nicht direkt möglich.

{Eigenschaft}: siehe Attribute
:Rückgabetyp: Typ des Rückgabewertes, fehlt dieser, so wird void angenommen. Die
Angabe void ist nicht erlaubt.
{Eigenschaft}: Angabe spezieller Merkmale des Rückgabetyps, siehe Attribute.
Und was ist mit Ausnahmen (Exceptions)? UML kennt sie nicht. Ausweg in Form eines
Eigenschaftswertes (Tagged Value):
{raisedException=NameDerAusnahme}
Andere, eigene Eigenschaftswerte sind auch erlaubt  sinnvoll bei MDA.




Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
66
Klassen und Objekte
Klassen in UML (Pacman-Beispiel)

Klasse für eine Zelle des Spielfeldes (unvollständig):
Cell
- border: int
- food: boolean
- exit: boolean
+
+
+
+

paint(cvs: Canvas, x: int, y: int)
isFood(): boolean
isExit(): boolean
getBorder(): int
Weitere Klassen kommen erst später, weil sie Vererbung bzw. Beziehungen zwischen Klassen
benötigen.
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
67
Klassen und Objekte
Klassen allgemein
Typen von Klassen


Statisches Typsystem (C++, C#, Java, …):

Der Typ von Variablen und Parametern wird im Quelltext festgelegt.

Vorteile:
- bessere Optimierung durch den Compiler möglich
- saubere Programmstruktur, da Typen direkt im Quelltext ersichtlich sind
- gute Unterstützung durch IDEs, da diese die Variablentypen erkennen
- frühzeitige Fehlererkennung durch den Compiler
Dynamisches Typsystem (z.B. JavaScript):

Variablen können beliebige Daten aufnehmen.

Der Variablentyp steht erst zur Laufzeit fest.

Vorteile:
- Werte können von beliebigem Typ sein  automatische Konvertierung
- Ducktyping: Wenn es watschelt wie eine Ente, wenn es schwimmt wie eine Ente,
wenn es quakt wie eine Ente, dann behandeln wir es wie eine Ente.
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
68
Klassen und Objekte
Klassen allgemein
Stark und schwach typisierte Programmiersprachen


Stark typisierte Sprache: Überwacht das Erstellen und den Zugriff auf alle Objekte so, dass
sichergestellt ist, dass Referenzen/Zeiger immer auf Objekte verweisen, die auch die
Spezifikation des Typs erfüllen, der für die Variable deklariert ist. Beispiel: Java
Schwach typisierte Sprachen: Zeiger können auf Objekte verweisen, ohne dass das Objekt
notwendigerweise die Spezifikation des Typs der Variablen erfüllt. Beispiel: C++
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
69
Klassen und Objekte
Klassensyntax in Java
Syntax von Klassen in Java


Eine Klasse kapselt Attribute, Operationen und eventuell Operatoren als eine Einheit.
Beispiel zu Attributen und Methoden:
public class Cell {
private int border;
private boolean food;
private boolean exit;
public int getBorder() {
return border;
}
}


Hinweis: Statt „Methode“ wird häufig auch der Begriff „Funktion“ verwendet.
Statt „Attribut“ werden auch häufig „Instanzvariable“ oder „Variable“ verwendet.
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
70
Klassen und Objekte
Attributzugriffe

Alle Attributzugriffe sollten immer über Methoden mit gleichem Namen mit vorangestelltem
get bzw. set erfolgen  Kapselung!
Beispiel:
public class Cell {
private int border;
private boolean food;
//...
public int getBorder(){
return border;
}
public boolean isFood(){
return food;
}
public void setBorder(int nBorder){
border = nBorder;
}
public void setFood(boolean nFood){
food = nFood;
}
}
Holger Vogelsang
falls der Lese- und
Schreibzugriff erlaubt
sein soll  Namensvergabe
nach Java-Konvention
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
71
Klassen und Objekte
Beispiel (Vektor, Version 1)


Aus der Mathematik bekannt: Vektoren und Matrizen.
Klasse Vector, hier eingeschränkt auf Länge 3 mit double-Zahlen (noch unvollständig und
gefährlich  kommt später besser):
Vector
package de.hska.iwii.i2;
- values: double[3] {bag}
public class Vector {
private double[] values =
new double[ 3 ];
+ setValue(index: int, double: value)
+ getValue(index: int): double
package de.hska.iwii.i2;
public void setValue(int index,
double value) {
values[ index ] = value;
}
public double getValue(int index) {
return values[ index ];
}
}
Holger Vogelsang
public class VectorTest {
public static void main(
String[] args) {
Vector v1 = new Vector();
v1.setValue(0, 2.0);
System.out.println(v1.getValue(0));
}
}
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
72
Klassen und Objekte
Konstruktoren
Definition: Konstruktor
Konstruktoren dienen der gezielten Initialisierung eines Objektes bei dessen Erzeugung.

Es kann mehr als einen Konstruktor in einer Klasse geben.
Beispiel (Vector, Version 2):
public class Vector {
private double[] values;
public Vector(int size) {
values = new double[ size ];
}
public void setValue(int index, double value) {
values[ index ] = value;
}
public double getValue(int index) {
return values[ index ];
}
}
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
73
Klassen und Objekte
Konstruktoren

Ein Konstruktor darf auch einen anderen aufrufen:
public class Vector {
// ...
public Vector(int size) {
this(size, 0.0);
}
public Vector(int size, double initValue) {
values = new double[ size ];
for (int i = 0; i < size; ++i) {
values[ i ] = initValue;
}
}
// ...
}


Ohne die Angabe eines Konstruktors wird immer automatisch der Defaultkonstruktor (ohne
Parameter) erzeugt (sonst nicht).
Ein Konstruktor wird immer automatisch aufgerufen, wenn ein Objekt der Klasse erzeugt
wird.
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
74
Klassen und Objekte
Beispielmethode zur Skalarproduktberechnung

Skalarprodukt (immer noch Version 2):
public class Vector {
// ...
public double getScalarProduct(Vector second) {
double result = 0.0;
for (int i = 0; i < values.length; ++i) {
result += values[ i ] * second.values[ i ];
}
return result;
}
// ...
}
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
75
Klassen und Objekte
Variable Anzahl Übergabeparameter


Probleme:

Eine Methode oder ein Konstruktor wird mit einer beliebigen Anzahl Werte desselben
Typs aufgerufen.

Lösungen:
- Alle Werte kommen in ein Array. Das Array wird übergeben.
- Java unterstützt die Übergabe einer variablen Parameteranzahl.
Beispiel Konstruktor des Vektors mit variabler Anzahl double-Werte:
public class Vector {
private double[] values;
public Vector(double... initValues) {
values = new double[initValues.length];
for (int i = 0; i < initValues.length; ++i) {
values[ i ] = initValues[ i ];
}
}
// ...
}
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
76
Klassen und Objekte
Variable Anzahl Übergabeparameter

Aufrufe:
Vector v1 = new Vector(1.0, 2.0, 3.0, 4.0); // Länge 4
Vector v2 = new Vector(1.0, 2.0);
// Länge 2
Vector v3 = new Vector();
// Länge 0


Intern werden die Parameter in einem Array abgelegt:

Die Anzahl der Parameter kann mit array.length ermitteln werden.

Die Parameter werden mit Array-Zugriffen ausgelesen.
Das funktioniert auch für Methoden.
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
77
Klassen und Objekte
Aufbau und Verwendung von Klassen


Klassen kapseln Daten und arbeiten selbst auf ihren eigenen Daten:
“Don't ask for the information that you need to do something;
rather, ask the object that has that information to do the job for you.”
Beispiel (so nicht):
public class Article {
private double price;
public double getPrice() {
return price;
}
// usw.
}
// Implementierung einer Preiserhöhung in einer anderen Klasse
public void increasePrice(Article article, double percentage) {
article.setPrice(article.getPrice() * (1 + percentage / 100.0));
}
Problem: Lesen, Manipulation und Schreiben von Article-Daten. Die Article-Operation
gehört in die Klasse!
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
78
Klassen und Objekte
Aufbau und Verwendung von Klassen

Beispiel (so ist es ok):
public class Article {
private double price;
public double getPrice() {
return price;
}
// usw.
// Implementierung einer Preiserhöhung
public void increasePrice(double percentage) {
price *= (1 + percentage / 100.0));
}
}
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
79
Klassen und Objekte
Statische Attribute und Methoden

Bisher: Jedes Attribut einer Klasse existiert in jedem Objekt der Klasse.
Manchmal gewünscht: Auch „globale“ Attribute, die nur einmal für eine Klasse existieren 
Alle Objekte einer Klasse teilen sich dieses Attribut:
static Typ Attribut-Name;
Zugriff auf statische Attribute:

Statische Methoden:
static Typ Methode(Parameter);

Aufruf einer statischen Methode einer Klasse auch ohne ein konkretes Objekt.
Statische Attribute können als globale Attribute innerhalb einer Klasse betrachtet werden.

Beispiel kommt nachher im Rahmen der Einführung von Referenzen.



Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
80
Klassen und Objekte
final-Parameter und final-Werte

final-Parameter und final-Werte können nicht verändert werden  Konstante!
Beispiel:
public void add(final int arg) {
// ...
}

final Vector vector: Unveränderliche Referenz auf ein Vektor-Objekt, dessen Inhalt
aber verändert werden kann.
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
81
Klassen und Objekte
Primitive Datentypen und Wrapper-Klassen
Für die primitiven Datentypen existieren Wrapper-Klassen
Typ
Größe
boolean
Wertebereich
Wrapper
true, false
Boolean
char
16 Bit
'\u0000'‚ bis '\uFFFF'
Character
byte
8 Bit
-27 bis 27-1
Byte
short
16 Bit
-215 bis 215-1
Short
int
32 Bit
-231 bis 231-1
Integer
long
64 Bit
-264 bis 264 – 1
Long
float
32 Bit
2-149 bis (2-2-23)·2127
Float
double
64 Bit
2-1074 bis (2-2-52)·21023
Double
void
Holger Vogelsang
Void
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
82
Klassen und Objekte
Primitive Datentypen und Wrapper-Klassen
Eigenschaften der Wrapper



Sie kapseln einen Wert eines primitiven Datentyps (ein Integer-Objekt nimmt genau einen
int-Wert auf).
Der gekapselte Wert ist unveränderlich.
Sie besitzen Methoden zur Konvertierung vom/in den Wrapper.
Wozu dienen die Wrapper?


Manche Methoden und Klassen erwarten Objekte und keine primitiven Datentypen  die
Wrapper kapseln die Daten dazu.
Beispiel aus dem 1. Semester: Eine ArrayList mit int-Werten kann so verwendet werden:
ArrayList<Integer> daten = new ArrayList<>(); //
//
daten.add(500);
//
//
Holger Vogelsang
primitive Datentypen sind
nicht möglich
wird automatisch zu
daten.add(Integer.valueOf(500));
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
83
Klassen und Objekte
Primitve Datentypen und Wrapper-Klassen
Automatisches Einpacken mit Wrappern (autoboxing)

Automatisches „Einpacken“ (siehe vorheriges Beispiel)
ArrayList<Integer>
daten.add(66); //
daten.add(42); //
daten.add(1);
//
daten = new ArrayList<>();
autoboxing
autoboxing
autoboxing
daten
1
add
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
84
Klassen und Objekte
Primitive Datentypen und Wrapper-Klassen

Was passiert genau?

Für die ganze Zahlen -128 bis 127 existieren vordefinierte Wrapper-Objekte, die
verwendet werden.

Für andere Zahlenbereiche sowie float und double werden jeweils neue Objekte
erzeugt  Probleme beim Vergleichen:
Integer boxedKlein1 = 127;
Integer boxedKlein2 = 127;
System.out.println(boxedKlein1 == boxedKlein2);
// true
Integer boxedKlein1 = 128;
Integer boxedKlein2 = 128;
System.out.println(boxedKlein1 == boxedKlein2);
// false
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
85
Klassen und Objekte
Primitive Datentypen und Wrapper-Klassen
Automatisches Auspacken mit Wrappern (unboxing)

Automatisches „Auspacken“
ArrayList<Integer> daten = new ArrayList<>();
daten.add(66); // autoboxing
daten.add(42); // autoboxing
daten.add(1);
// autoboxing
int wert = daten.get(0); // unboxing
daten
66
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
86
Klassen und Objekte
Primitive Datentypen und Wrapper-Klassen

Was passiert genau?

Eine null-Referenz kann nicht umgewandelt werden und führt zu einer Exception:
int zahl = (Integer) null;

// führt zu einer NullPointerException
Es lauern Fallen bei der Umwandlung von Zahlen:
Integer i1 = new Integer(42);
Integer i2 = new Integer(42);
System.out.println(i1 >= i2);
System.out.println(i1 <= i2);
System.out.println(i1 == i2);
Holger Vogelsang
// true, unboxing in int-Werte
// true, unboxing in int-Werte
// false, Vergleich der Referenzen!
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
87
Klassen und Objekte
Innere Klassen



Klassen lassen sich ineinander schachteln.
Java unterstützt drei unterschiedliche Arten innerer Klassen:

nicht-statische innere Klassen

statische innere Klassen

anonyme innere Klassen
Einsatzgebiete:

Die inneren Klassen werden hauptsächlich in der äußeren benötigt oder von dieser
erzeugt.

Beispiel (kommt später): Iteratoren
Aussen
Innen
-attribut: int
Holger Vogelsang
public class Aussen {
class Innen {
int attribut;
// ...
}
// ...
}
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
88
Klassen und Objekte
Innere Klassen: Nicht-statische innere Klassen


Einsatz: Das Erzeugen eines Objektes der inneren Klasse erfolgt immer innerhalb der Grenzen
der äußeren Klasse (z.B. in einer der Methoden oder im Konstruktor).
Beispiel:
public class Outer {
class Inner {
private int attr1;
public void method1(){}
public void method2(){
method1();
Outer.this.method1();
}
}
public void method1(){}
}





Innere Klassen dürfen weder statische Methoden noch statische Attribute besitzen.
Outer darf auf alle Methoden und Attribute von Inner zugreifen.
Inner darf auf alle Methoden und Attribute von Outer zugreifen.
Innere und äußere Klasse sind somit fest miteinander verbunden.
Erzeugte Dateien: Outer.class, Outer$Inner.class
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
89
Klassen und Objekte
Innere Klassen: Statische innere Klassen


Einsatz: Das Erzeugen eines Objektes der inneren Klasse kann außerhalb der Grenzen der
äußeren Klasse erfolgen.
Beispiel:
public class Outer {
static class Inner {
private int attr1;
public void method1(){}
public void method2(){
method1();
}
}
private int attr2;
public void method1(){}
}


Die innere Klasse ist nicht an die äußere gekoppelt und kann daher nicht auf Attribute und
Methoden der äußeren Klasse zugreifen.
Erzeugte Dateien: Outer.class, Outer$Inner.class
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
90
Klassen und Objekte
Innere Klassen: Anonyme innere Klassen



Einsatz: Mit dem Erzeugen einer Klasse wird auch gleichzeitig ein Objekt angelegt. Die Klasse
wird nur einmalig benötigt.
Häufig im Zusammenhang mit dem Implementieren von Schnittstellen verwendet:
Beispiel:
public class Outer {
public void method() {
Runnable runObject = new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println("Huhu");
}
};
runObject.run();
}
}




Runnable ist eine Schnittstelle  kommt noch genauer
Die anonyme Klasse darf nur auf finale lokale Variablen der Methode zugreifen.
Die anonyme Klasse darf auf Attribute und Methoden der äußeren Klassen zugreifen.
Erzeugte Dateien: Outer.class, Outer$1.class
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
91
Fehlererkennung
Übersicht
Java und
UML
Schritte,
Software
Imperative
Aspekte
ObjektKlassenorientierung diagramme
Klassen,
Objekte
Überladen
Ausnahmen
Pakete
Funktionale
Programmierung
Fehler
Zusicherungen
Vererbung
Gener.
Klassen
Überschreiben
Aufzähltypen
Regeln
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
92
Fehlererkennung
Fehlerhafte Methodenaufrufe






Idee: Die eigenen Methoden und Klassen werden eventuell falsch oder mit falschen Daten
aufgerufen.
Auch wenn der eigene Algorithmus korrekt ist, darf er nicht durch falsche Werte
durcheinander geraten.
Denn: Programme werden im Laufe der Zeit permanent verändert. Fehler können daher
immer wieder einmal auftreten.
Konsequenz: Ein Profi sichert seine eigenen Klassen und Methoden gegen eine fehlerhafte
Verwendung ab.
In Kombination mit einem sauberen Software-Entwurf und anschließenden Tests, stellt die
defensive Programmierung einen wichtigen Schritt in Richtung stabiler Programme dar.
Der Anwender sollte Programmfehler nie zu Gesicht bekommen.
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
93
Fehlererkennung
Fehlerhafte Methodenaufrufe



3 Strategien zur Parameterbehandlung:

Müll rein – nichts raus

Müll rein – Fehlernachricht raus

Müll rein – Müll raus (nicht akzeptabel!)
Daher: Prüfen aller Eingabeparameter

Numerische Werte innerhalb vorgegebener Toleranzen

Maximale Länge von Strings

Randbedingungen wie 0, "", null usw.
Festlegen und dokumentieren, wie fehlerhafte Parameter behandelt werden sollen:

Rückgabe eines Fehlercodes (false, -1, ...). Besser: Ausnahmen

Aufruf einer Fehlerbehandlungsroutine

Eintrag in einer Protokolldatei erstellen

Programm beenden
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
94
Fehlererkennung
Fehlerhafte Methodenaufrufe


Kontrakt zwischen einer Klasse und den Nutzern einer Klasse:

Beschreibt, welche Voraussetzungen (Vorbedingungen) ein Aufrufer der Operation
schaffen muss, damit die Operation durchgeführt werden kann.

Legt fest, welche Leistung (Nachbedingungen) die Operation erbringt, sofern die
Vorbedingungen eingehalten sind.
Vorbedingungen (engl. Preconditions)

Der Aufrufer der Operation ist verpflichtet, diese Bedingungen beim Aufruf der
Operation herzustellen.

Sind die Vorbedingungen nicht erfüllt, ist die Operation nicht verpflichtet, ihre
spezifizierte Aufgabe zu erfüllen.

Vorbedingungen sind damit der Kontraktbestandteil, den der Aufrufer einer Operation
einzuhalten hat.

Sind die Vorbedingungen eingehalten, ist der Aufgerufene wiederum verpflichtet, die
Nachbedingungen herzustellen.
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
95
Fehlererkennung
Fehlerhafte Methodenaufrufe


Nachbedingungen (engl. Postconditions)

Eine Klasse, die eine Operation implementiert, sichert zu, dass die Nachbedingungen
unmittelbar nach Aufruf der Operation gelten.

Die Zusicherung gilt nur, wenn der Aufrufer die für die Operation definierten
Vorbedingungen eingehalten hat.

Zusätzlich können auch nach außen zugesicherte Bedingungen vereinbart sein, die
immer gelten sollen, unabhängig vom Aufruf einer Operation.
Invarianten (engl. Invariants)

Invarianten sind Eigenschaften und Beziehungen zwischen Attributen eines Objekts, die
sich durch keine Operation ändern lassen.

Invarianten, die für eine Klasse definiert werden, gelten für alle Objekte der Klasse.
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
96
Fehlererkennung
Fehlerhafte Methodenaufrufe


Deklaration von Bedingungen in UML

Ziel: möglichst automatische Überprüfbarkeit im späteren Quelltext

Einführung der Object Constraint Language (OCL)
Object Constraint Language (OCL)

Die OCL wird verwendet, um zusätzliche Bedingungen darzustellen, die sich mit den
sonstigen Beschreibungsmitteln der UML nicht oder nur umständlich ausdrücken lassen.

OCL stellt dabei eine rein deklarative Beschreibungsmöglichkeit zur Verfügung, um
sogenannte Constraints auszudrücken.

Ein Constraint ist ein Ausdruck, der entweder wahr oder falsch ist.

OCL eignet sich sehr gut, um Vorbedingungen, Nachbedingungen und Invarianten von
Operationen auszudrücken.

Hier: keine vollständige Einführung in OCL
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
97
Fehlererkennung
Fehlerhafte Methodenaufrufe

Beispiel zu OCL:
Account
- number: int
- balance: int
+ payOff(amount: int)
context
Account::payOff
pre: balance >= amount
post: balance = balance - amount

Wozu Constraints? Im Quelltext sind sie doch sowieso nicht sichtbar. Falsch:

Mit Assertions (Zusicherungen) lassen sich Vorbedingungen manuell überprüfen.

Einhaltung der Vorbedingungen können mit http://sourceforge.net/projects/ocl4java/
automatisch überwacht werden.
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
98
Zusicherungen
Übersicht
Java und
UML
Schritte,
Software
Imperative
Aspekte
ObjektKlassenorientierung diagramme
Klassen,
Objekte
Überladen
Ausnahmen
Pakete
Funktionale
Programmierung
Fehler
Zusicherungen
Vererbung
Gener.
Klassen
Überschreiben
Aufzähltypen
Regeln
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
99
Zusicherungen
Fehlerhafte Methodenaufrufe



Idee: Jede Funktion oder Methode schützt sich selbst gegen beispielsweise falsche
Aufrufparameter oder falsche Zustände.
Realisierung:

Die Anweisung assert wird zur Prüfung der Vor- und Nachbedingungen einer Methode
verwendet.

Sie wertet eine übergebene Bedingung aus. Ist diese falsch, so wird das Programm mit
einem AssertionError beendet.
Beispiel Methode sqrt:
public double sqrt(double value) {
assert value >= 0.0;
// Nicht negativ
// Wurzelberechnung
}

Aufruf mit:
x.sqrt(42.0);
// OK
x.sqrt(-66.66); // Abbruch
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
100
Zusicherungen
Fehlerhafte Methodenaufrufe

Verwendungen:

assert Bedingung;
- Der Ausdruck muss einen Boole‘schen Wert ergeben.
- Ist der Wert false, so wird dieses als Fehler betrachtet.
- Ist der Wert true, so wird das Programm normal fortgesetzt.
assert value >= 0.0;

assert Bedingung : Meldungstext;
- Es gelten die Aussagen wie im ersten Fall.
- Zusätzlich wird hier ein Text übergeben, der in die Ausnahme aufgenommen wird.
assert value >= 0.0 : "Die Wurzel aus 0 ist undefiniert."

Assertions müssen aktiviert werden:
- Alle aktivieren: java -ea Main.class
- Nur im Paket de.hska und dessen Unterpaketen: java -ea:de.hska...

Sind Assertions nicht aktiv, dann werden sie ignoriert.
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
101
Zusicherungen
Fehlerhafte Methodenaufrufe: Ticketautomat

Programmierung eines
sehr einfachen Ticketautomaten:

Der Preis erscheint auf
dem Display (Einheitspreis in Cent).
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
102
Zusicherungen
Fehlerhafte Methodenaufrufe: Ticketautomat



Der Kunde zahlt solange mit Münzen oder Scheinen, bis der Betrag erreicht ist (muss
passend bezahlen).
Nach dem Geldeinwurf wird der Restbetrag angezeigt.
Nach Erreichen des Betrags wird der Fahrschein ausgegeben.
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
103
Zusicherungen
Fehlerhafte Methodenaufrufe: Ticketautomat


Benötigte Attribute:

int ticketPrice: Preis für ein Ticket

int paidPrice: bereits bezahlter Preis
Benötigte Methoden, 1. Versuch:

Konstruktor: Einheitspreis als int-Parameter  flexibel

void requestTicket(): Ticket anfordern

int requestPrice(): (Rest-)Preis für das Ticket abfragen

void insertMoney(int amount): Geld einwerfen

void printTicket(): Ticket ausdrucken
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
104
Zusicherungen
Fehlerhafte Methodenaufrufe: Ticketautomat

Klasse in UML:
TicketMachine
-ticketPrice: int
-paidPrice: int
+TicketMachine(price: int)
+requestTicket()
+requestPrice(): int
+insertMoney(amount: int)
+printTicket()
context TicketMachine::printTicket
pre: paidPrice >= ticketPrice
post: paidPrice = 0
context TicketMachine::requestTicket
post: paidPrice = 0
context TicketMachine::insertMoney
pre: amount > 0
post: paidPrice = paidPrice + amount
context TicketMachine::TicketMachine
pre: price > 0
post: (ticketPrice = price and
paidPrice = 0)
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
105
Zusicherungen
Fehlerhafte Methodenaufrufe: Ticketautomat

Quelltext:
public class TicketMachine {
// Die Attribute der Klasse
private int ticketPrice;
private int paidPrice;
// Konstruktor zum Initialisieren
public TicketMachine(int price) {
ticketPrice = price;
paidPrice = 0;
}
// Ticket anfordern --> löscht den bisher bezahlten Betrag
public void requestTicket() {
paidPrice = 0;
}
// (Noch) zu zahlenden Betrag anfordern.
public int requestPrice() {
return ticketPrice – paidPrice;
}
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
106
Zusicherungen
Fehlerhafte Methodenaufrufe: Ticketautomat
// Geld einwerfen --> Restbetrag reduzieren.
public void insertMoney(int amount) {
paidPrice += amount;
}
// Ticket "ausdrucken"
public void printTicket() {
System.out.println("Ticket xyz");
System.out.println("Preis: " + ticketPrice);
paidPrice = 0;
}
}
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
107
Zusicherungen
Fehlerhafte Methodenaufrufe: Ticketautomat


Eine perfekte Lösung  Nein!!!
Probleme:

Keine Prüfungen der Methodenparameter und internen Zustände:
- negative Beträge eingeworfen
- Ticket drucken, obwohl Endbetrag nicht erreicht wurde
- Was passiert, wenn zu viel Geld eingeworfen wurde?
- Der Ticketpreis im Konstruktor ist ungeprüft.

Einhaltung der Constraints wurde nicht geprüft!!!
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
108
Zusicherungen
Fehlerhafte Methodenaufrufe: Ticketautomat

Quelltext mit Prüfungen:
public class TicketMachine {
// Die Attribute der Klasse
private int ticketPrice;
private int paidPrice;
// Konstruktor zum Initialisieren
public TicketMachine(int price) {
assert price > 0;
ticketPrice = price;
paidPrice = 0;
}
context TicketMachine::TicketPrice
pre: price > 0
post: (ticketPrice = price and
paidPrice = 0)
// Ticket anfordern --> löscht den bisher bezahlten Betrag
public void requestTicket() {
context TicketMachine::requestTicket
paidPrice = 0;
post: paidPrice = 0
}
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
109
Zusicherungen
Fehlerhafte Methodenaufrufe: Ticketautomat
// (Noch) zu zahlenden Betrag anfordern.
public int requestPrice() {
return ticketPrice – paidPrice;
}
context TicketMachine::insertMoney
pre: amount > 0
post: paidPrice = min(paidPrice + amount,
ticketPrice)
// Geld einwerfen --> Restbetrag reduzieren.
// Zuviel bezahlten Betrag wieder auswerfen.
public int insertMoney(int amount) {
assert amount > 0;
int diff = ticketPrice – paidPrice - amount;
paidPrice += amount;
if (paidPrice > ticketPrice)
paidPrice = ticketPrice;
return diff >= 0 ? 0 : -diff;
}
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
110
Zusicherungen
Fehlerhafte Methodenaufrufe: Ticketautomat
// Ticket "ausdrucken"
public void printTicket() {
assert paidPrice >= ticketPrice;
System.out.println("Ticket xyz");
System.out.println("Preis: " + ticketPrice);
paidPrice = 0;
}
context TicketMachine::printTicket
pre: paidPrice >= ticketPrice
post: paidPrice = 0
}
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
111
Klassen und Objekte
Übersicht
Java und
UML
Schritte,
Software
Imperative
Aspekte
ObjektKlassenorientierung diagramme
Klassen,
Objekte
Überladen
Ausnahmen
Pakete
Funktionale
Programmierung
Fehler
Zusicherungen
Vererbung
Gener.
Klassen
Überschreiben
Aufzähltypen
Regeln
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
112
Klassen und Objekte
Beispiel: Ringpuffer


Eine erste einfache Implementierung eines Ringpuffers:

Ein Ringpuffer kann als ein Array mit speziellen Lese- und Schreiboperationen
interpretiert werden:

Das Array dieses Ringpuffers kann nur int-Daten aufnehmen.

Ein Leseindex RI zeigt die Position an, an der der nächste Wert gelesen wird. Nach dem
Lesen wird der Index automatisch erhöht. Am Ende des Arrays wird der Index auf 0
gesetzt. Somit handelt es sich um ein zerstörendes Lesen, bei dem der Wert nach dem
Lesen nicht mehr im Ringpuffer zugreifbar ist.

Ein Schreibindex WI zeigt die Position an, an die der nächste Wert geschrieben wird.
Nach dem Schreiben wird der Index automatisch erhöht. Am Ende des Arrays wird der
Index auf 0 gesetzt.

Der Ringpuffer ist leer, wenn WI genauso groß wie RI ist.

Der Ringpuffer ist voll, wenn gilt: WI hätte nach dem Erhöhen den Wert von RI.
Bessere Variante: siehe Übungsaufgabe
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
113
Klassen und Objekte
Referenzen und dynamische Speicherverwaltung




Warum kann man Objekte und Variable nicht einfach alle auf dem Stack verwalten?
Wie werden Objekte auf dem Heap erzeugt und wieder freigegeben?
Referenzen sind spezielle Variable, die auf Objekte verweisen.
Zum Bau komplexer Datenstrukturen sind der Heap und Referenzen zwingend
notwendig.
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
114
Klassen und Objekte
Referenzen und dynamische Speicherverwaltung
Definition: Referenz
Eine Referenz hat einen unveränderlichen Typ T. Sie enthält einen Verweis auf genau ein
oder gar kein Objekt der Klasse T. Das Objekt liegt auf dem Heap.





Beispiel für eine Referenz, die auf kein Objekt verweist:
Bruch brReferenz = null;
Beispiel für eine Referenz auf ein Bruch-Objekt:
Bruch brReferenz = new Bruch(2,3);
Intern enthält die Referenz die Speicheradresse des Objektes.
Es existieren zwei Referenzen mit einer besonderen Semantik:

null: Die Referenz verweist auf gar kein Objekt.

this: Die Referenz verweist auf die eigene Objektinstanz (kann nur in Konstruktoren
oder nicht-statischen Methoden verwendet werden).
Es gibt auch sogenannte schwache Referenzen, die hier aber nicht betrachtet werden sollen.
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
115
Klassen und Objekte
Referenzen und dynamische Speicherverwaltung
Definition: Heap
Speicherbereich, in dem der Entwickler selbst die Lebensdauer seiner Daten kontrolliert. Mit
new wird ein Bereich reserviert. Die Freigabe erfolgt automatisch durch den GarbageCollector.


Der Operator new führt die folgenden Schritte durch:

Reservierung des benötigten Speichers auf dem Heap

Aufruf eines Konstruktors

Rückgabe einer Referenz auf das erzeugte Objekt
Anforderung eines Speicherbereichs mit Aufruf des Defaultkonstruktors:
Syntax:
Beispiel:
Klasse ref = new Klasse();

Pacman pacmanRef = new Pacman();
Anforderung eines Speicherbereichs mit Aufruf eines beliebigen Konstruktors:
Syntax:
Beispiel:
Klasse ref = new Klasse(init);
Holger Vogelsang
Pacman pacmanRef = new Pacman(x, y);
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
116
Klassen und Objekte
Referenzen und dynamische Speicherverwaltung – new-Operator


Der Operator new führt die folgenden Schritte bei Arrays durch:

Reservierung des benötigten Speichers auf dem Heap

Initialisierung des Arrays:
- bei Arrays mit primitiven Datentypen: 0, 0.0 oder false
- bei Arrays mit Referenzen: null

Rückgabe einer Referenz auf das Array
Anforderung eines Speicherbereichs der Größe des Arrays mit primitiven Daten:
Syntax:
Beispiel:
Typ[] ref = new Typ[ size ];


int[] iRef = new int[ 10 ];
Das Array enthält 10 int-Daten mit dem Wert 0.
Anforderung eines Speicherbereichs der Größe des Arrays mit Referenzen:
Syntax:
Beispiel:
Typ[] ref = new Typ[ size ];
Bruch[] brRef = new Bruch[ 10 ];
Das Array enthält 10 null-Referenzen. Es werden keine Bruch-Objekte angelegt!
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
117
Klassen und Objekte
Referenzen und dynamische Speicherverwaltung – new-Operator für Arrays

Ausführlicheres Beispiel: 4 Referenzen auf Ghost-Objekte in einem Array:
Ghost[] allGhosts = new Ghost[ 4 ]; // Platz für vier Geister
for (int i = 0; i < allGhosts.length; i++)
allGhosts[ i ] = new Ghost(3, 1);
for (int i = 0; i < allGhosts.length; i++)
allGhosts[ i ].setX(12);
0x1240
0x1240
0x2000
0x2010
0x2020
0x2030
allGhosts
Fiktive Adressen!

Geist 1
Geist 2
Geist 3
Geist 4
0x2000
0x2010
0x2020
0x2030
Mehrdimensionale Arrays lassen sich genauso erzeugen.
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
118
Klassen und Objekte
Referenzen und dynamische Speicherverwaltung – Speicherfreigabe
Was passiert mit Objekten, auf die keine Referenzen mehr existieren?

Sie sind durch das eigene Programm nicht mehr erreichbar.

Der interne Garbage-Collector kann sie beseitigen und wieder dem Freispeicher zuordnen.

Vor der Speicherfreigabe wird die Methode protected void finalize() des zu
löschenden Objektes aufgerufen.

Es kann passieren, dass die Objekte auf dem Heap bleiben, wenn genügend Speicher
vorhanden ist  Zeitpunkt der Freigabe ist nicht vorhersehbar.

Manueller Aufruf des Garbage-Collectors: Runtime.getRuntime().gc();

Es werden trotzdem nicht alle unerreichbaren Objekte freigegeben.

Mehrfacher Aufruf, bis sich der freie Speicher nicht mehr ändert:
long freeMem = Runtime.getRuntime().freeMemory();
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
119
Klassen und Objekte
Referenzen und dynamische Speicherverwaltung – Singleton
Definition: Singleton
Eine Klasse, von der nur ein Objekt erzeugt werden kann.

Beispielimplementierung (nicht perfekt).
public class Logger {
private static Logger instance;
// Privater Konstruktor
private Logger(){
}
public void test() {
Logger log1 = new Logger(); // Fehler
Logger log2 = Logger.getInstance();
Logger log3 = Logger.getInstance();
log2.log("Wichtige Nachricht");
public static Logger getInstance(){
if (instance == null)
instance = new Logger();
return instance;
}
// Oder kürzer
Logger.getInstance().log("Nachricht");
}
public void log(String message) {
// Ausgabe
}
}
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
120
Klassen und Objekte
Referenzen und dynamische Speicherverwaltung – Beispiel



Implementierung einer einfach verketteten Liste  doppelte Verkettung ist eine
Übungsaufgabe!
Welche Klassen werden benötigt?
Implementierung einiger Methoden der Klassen
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
121
Überladen von Methoden
Übersicht
Java und
UML
Schritte,
Software
Imperative
Aspekte
ObjektKlassenorientierung diagramme
Klassen,
Objekte
Überladen
Ausnahmen
Pakete
Funktionale
Programmierung
Fehler
Zusicherungen
Vererbung
Gener.
Klassen
Überschreiben
Aufzähltypen
Regeln
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
122
Überladen von Methoden
Definition: Überladen von Methoden
Eine Klasse besitzt zwei oder mehr Methoden mit demselben Namen und unterschiedlichen
Parametertypen.
Die passende Methode wird durch den Compiler ermittelt, indem er auch
Typkonvertierungen durchführt.
Der Rückgabetyp darf unterschiedlich sein.
Beispiel:
Klassenname
-attribut: int
+methode()
+methode(wert: int)
+methode(wert: String)
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
123
Überladen von Methoden



Einsatz: Verwendung der gleichen Methode mit unterschiedlichen Parametertypen.
Vorteil: Keine explizite Konvertierung der Argumente im Aufruf.
Beispiel: Vereinfachter Auszug aus der bereits eingeführten Klasse GameController, die in
Pacman die Figuren steuert.
GameController
+collisionOfPacmanWith(ghost: Ghost)
+collisionOfPacmanWith(cherry: Cherry)
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
124
Überladen von Methoden
Auswahl der passenden Methode
Auswahlkriterien durch den Compiler:

Die Anzahl der Parameter muss zum Aufruf passen.

Alle Übergabeparameter müssen in die Parametertypen der Methode konvertierbar sein.
Beispiel:
public class PrintStream {
public void println(long x){}
public void println(char x){}
}
Aufruf:
PrintStream out = ...
out.println(123);


PrintStream
+println(x: long)
+println(x: char)
int wird zu long
Für alle Übergabeparameter wird der kleinste passende Typ gesucht.
Beispiel: char  int, vor char  long.
Ein größerer Typ wird nie in einen kleineren Typ umgewandelt.
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
125
Überladen von Methoden



Es wird die Methode mit der kleinsten Summe der „Konvertierungsabstände“ aller Parameter
ermittelt.
Existieren mehrere Methoden mit gleichem minimalen Abstand, so wird ein
Übersetzungsfehler gemeldet.
Beispiel (OK, ziemlich sinnlos):
public class MyClass {
public void method(long x, int y);
public void method(int x, long y);
}
MyClass
+method(x: long, y: int)
+method(x: int, y: long)
Aufruf:
MyClass cl = new MyClass();
cl.method(123, 456 );
 Fehler !
cl.method(123L,456 );
cl.method(123, 456L);
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
126
Vererbung
Übersicht
Java und
UML
Schritte,
Software
Imperative
Aspekte
ObjektKlassenorientierung diagramme
Klassen,
Objekte
Überladen
Ausnahmen
Pakete
Funktionale
Programmierung
Fehler
Zusicherungen
Vererbung
Gener.
Klassen
Überschreiben
Aufzähltypen
Regeln
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
127
Vererbung
Motivation



Wie können existierende Klassen wiederverwendet werden?
Welche Methoden sollte eine Klasse immer unterstützen?
Welche Arten von Beziehungen können zwischen Objekten bestehen?
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
128
Vererbung
Motivation

Eigenschaften, die für eine Figur gelten, gelten eventuell auch für spezielle Figuren:
Figure
Ghost

Pacman
Vererbungsbeziehungen können mit der Vererbungshierarchie in der Biologie verglichen
werden:
Animal
Mammal
Kangaroo

Reptile
Koala
Crocodile
Ein Koalabär ist ein Säugetier (Mammal) ist ein Tier.
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
129
Vererbung
Begriffe


Es gibt zwei Arten der Vererbung in Programmiersprachen:

Vererbung der Spezifikation: wichtiges Konzept der objektorientierten Programmierung

Vererbung der Implementierung: Mittel zur Vermeidung von Redundanzen mit einigen
konzeptuellen und praktischen Problemen
Beide Techniken werden häufig unter dem Begriff der Vererbung zusammengefasst.
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
130
Vererbung
Begriffe
Definition: Vererbung
Vererbung ist eine Programmiersprachenkonzept zur Umsetzung einer Relation zwischen
einer Ober- und einer Unterklasse:
Eine Klasse AbgelKlasse ist dann eine Unterklasse der Klasse BasisKlasse, wenn
AbgelKlasse die Spezifikation von BasisKlasse erfüllt, umgekehrt aber BasisKlasse
nicht die Spezifikation von AbgelKlasse. Die Klasse BasisKlasse ist dann eine Oberklasse
von AbgelKlasse.
BasisKlasse
+operation1()
AbgelKlasse
+operation1()
+operation2()
Holger Vogelsang
AbgelKlasse hält Vorund Nachbedingung von
operation1 der
BasisKlasse ein.
AbgelKlasse erweitert
die eigene Spezifikation
um operation2.
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
131
Vererbung
Begriffe



Die Oberklasse vererbt ihre Spezifikation (Vor- und Nachbedingungen) an die Unterklasse.
Durch Unterklassen wird das Verhalten der Oberklasse nicht verändert.
Durch Vererbung (Ableitung) entsteht eine Klassenhierarchie.
Figure
Oberklasse
Superklasse
Basisklasse
Generalisierung
-x: int
-y: int
+setX(x: int)
+setY(y: int)
ist Spezialfall von
ist Erweiterung von
ist Verallgemeinerung von
Ghost
Holger Vogelsang
Pacman
-IQ: int
-mouthOpening: boolean
+getIQ(): int
+isMouthOpening(): boolean
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
Unterklasse
Subklasse
abgeleitete Klasse
Spezialisierung
132
Vererbung
Begriffe
Generalisierung und Spezialisierung – Begriffe





Prozess der Klassenbildung ist ein Abstraktionsvorgang:

Spezialisierung: Aus bestehenden Klassen können spezialisierte Unterklassen
(abgeleitete Klassen) gebildet werden.

Generalisierung: Gemeinsamkeiten bestehender Klassen können in gemeinsame
Oberklassen (Basisklasse) verlagert werden.

Ergebnis: Klassenhierarchien aus Ober- und Unterklassen.
Oberklassen: Allgemeiner und abstrakter als Unterklassen.
Unterklassen: Spezieller und konkreter als Oberklassen.
Der Sprachmechanismus, der dieses Konzept unterstützt, wird Vererbung genannt.
Wichtig: Eine Unterklasse ist ein Untertyp von Oberklasse. Damit kann die Unterklasse
überall dort verwendet werden, wo die Oberklasse erwartet wird.
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
133
Vererbung
Begriffe


Eine Unterklasse ist ein Stellvertreter für die Oberklasse.
Sie kann Methoden der Oberklasse überschreiben (umdefinieren).
Klassen
Objekte
Figure
ghost1
Speicher
-x: int
-y: int
+setX(x: int)
+setY(y: int)
x = 1
y = 4
IQ = 70
pacman
x = 2
y = 13
mouthOpening = false
Ghost
Pacman
-IQ: int
-mouthOpening: boolean
+getIQ(): int
+isMouthOpening(): boolean
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
134
Vererbung
Vererbung der Spezifikation
Allgemeiner Fall: Vererbung der Spezifikation







Eine Unterklasse erbt grundsätzlich die Spezifikation ihrer Oberklasse.
Die Unterklasse übernimmt damit alle Verpflichtungen und Zusicherungen der Oberklasse.
Häufiger wird auch der Begriff Vererbung von Schnittstellen benutzt.
Vererbung der Spezifikation: Eine Unterklasse übernimmt die Verpflichtungen (Vor- und
Nachbedingungen), die sich aus der Spezifikation der Oberklasse ergeben.
Vererbung ist mehr als die einfache Syntax zur Implementierung einer Schnittstelle.
Prinzip der Ersetzbarkeit: Wenn die Klasse B eine abgeleitete Klasse der Klasse A ist, dann
können in einem Programm alle Objekte der Klasse A durch Objekte der Klasse B ersetzt
worden sein, und es gelten trotzdem weiterhin alle zugesicherten Eigenschaften der Klasse A.
Java unterstützt dieses Konzept durch eigene Sprachmittel, C++ nicht  kommt gleich
genauer.
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
135
Vererbung
Vererbung der Implementierung
Spezieller Fall: Vererbung der Implementierung



Anwendungsbeispiel: Es gibt eine Basisklasse, die nicht vollständig durch spezialisierte
abgeleitete Klassen abgedeckt wird.
Es gibt also Objekte der Basisklasse.
Beispiel (in der Basisklasse sind z.B. Beamte und Rentner):
Steuerzahler
Angestellter

Selbstaendiger
Syntaxbeispiel:
public class Angestellter extends Steuerzahler {
}
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
136
Vererbung
Vererbung der Implementierung
Beispiel: Erben gesetzlicher Regelungen (aus „Praxisbuch Objektorientierung“)

Gesetzliche Regelungen werden auf verschiedenen Ebenen vorgenommen. Für eine in
Karlsruhe lebende Person gilt:

Die europäische Union legt rechtliche Rahmenbedingungen fest.

Die Bundesrepublik Deutschland hat gesetzliche Regelungen für das Steuerrecht.

Das Land Baden-Württemberg hat wiederum eigene spezielle Regelungen.

Schließlich legt die Stadt Karlsruhe noch eigene Regelungen fest, zum Beispiel den so
genannten Hebesatz für die Gewerbesteuer.

„Vererbung der Regelungen“

Die Karlsruher-Regelung erbt von der des Landes Baden-Württemberg.

Diese wiederum erben die Regeln des Bundes.

Der Bund muss die Regeln der EU akzeptieren.
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
137
Vererbung
Vererbung der Implementierung


Effekte der Vererbung der Umsetzung:

Beispiel: Der allgemeine Einkommenssteuersatz wird für Karlsruhe direkt aus der
Regelung des Bundes übernommen.

Eine Änderung des Einkommensteuersatzes bundesweit führt auch zu einer Änderung in
Karlsruhe.

In einem bestimmten Rahmen können eigene Umsetzungen in den speziellen Fällen
erfolgen. Beispiel: Jede Kommune hat eigene Gewerbesteuerumsetzung.
Die Regelungen sind hierarchisch organisiert, wobei die weiter oben liegenden Regeln jeweils
weiter unten liegende überschreiben.
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
138
Vererbung
Vererbung der Implementierung

Suche einer passenden Regelung anhand des Beispiels:
Suchrichtung
Steuerrecht Karlsruhe
Steuerrecht BW
Steuerrecht Bund
Steuerrecht EU


Suche eines Gesetzes durch Suchen in den Büchern „von oben nach unten“ im Stapel.
Vorteil:
- Karlsruhe muss nicht den kompletten Gesetzestext der EU beinhalten.
- Eine Änderung innerhalb der EU wird automatisch übernommen.
- Nur kleinere Anpassungen werden lokal festgelegt  Karlsruher Recht muss mit EURecht übereinstimmen.
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
139
Vererbung
Vererbung der Implementierung

Klassenhierarchie der Regelungen:
SteuerrechtEU
SteuerrechtBund
SteuerrechtBW
SteuerrechtKarlsruhe

Wie wird eine Klassenhierarchie implementiert?
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
140
Vererbung
Vererbung der Implementierung – Syntax

Beispiel:

Figure als allgemeine Basisklasse für eine Figur

Ghost als spezielle Figur
public class Figure {
private int xPos;
private int yPos;
public Figure(int xPos, int yPos) { /* ... */ }
public void move(int xPos, int yPos) { /* ... */ }
//...
}
public class Ghost extends Figure {
private boolean dangerous;
public Ghost(int xPos, int yPos, boolean dangerous) { /* ... */ }
public boolean isDangerous() { /* ... */ }
public void move(int xPos, int yPos) { /* ... */ }
//...
}
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
141
Vererbung
Vererbung der Implementierung – Konstruktorenreihenfolge



Frage: Wie funktioniert der Konstruktoraufruf in Figure jetzt, wenn ein Ghost-Objekt
erzeugt wird?
Antwort: Der Konstruktor von Ghost kann Argumente an den Konstruktor der Basisklasse
Figure weiterleiten.
Ein Konstruktor kann auch seine eigenen Attribute initialisieren.
Vorgehensweise:

Aufruf des Basisklassenkonstruktors.

Initialisierung der eigenen Attribute.
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
142
Vererbung
Vererbung der Implementierung – Konstruktorenreihenfolge


Klassenelemente werden von „oben“ nach „unten“ initialisiert:

Erst wird der Konstruktor der Basisklasse aufgerufen.

Dann werden die Attribute einer Klasse in der Reihenfolge ihrer Deklaration initialisiert.

Abschließend wird der Konstruktor der Klasse selbst aufgerufen.
Initialisierungsreihenfolge im Ghost-Beispiel:
Initialisierungsreihenfolge
Figure
-xPos: int
-yPos: int
1. Attribute der Basisklasse in der
Reihenfolge ihrer Deklaration
+Figure()
2. Konstruktor der Basisklasse
Ghost
-dangerous: boolean
+Ghost()
3. Attribute der abgeleiteten Klasse
in der Reihenfolge ihrer Deklaration
4. Konstruktor der abgeleiteten Klasse
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
143
Vererbung
Vererbung der Implementierung – Konstruktorenreihenfolge

Beispiel: Ghost
public Ghost(int xPos, int yPos, boolean dangerous) {
super(xPos, yPos);
this.dangerous = dangerous;
}
Konstruktor
Basisklasse
Holger Vogelsang
Attribute
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
144
Vererbung
Vererbung der Implementierung – Freigabereihenfolge


Zur Erinnerung: Vor der Freigabe wird die Methode finalize aufgerufen.

Zuerst wird finalize der abgeleiteten Klasse aufgerufen.

Diese Methode ruft finalize der Basisklasse auf und führt dann eigene
Aufräumarbeiten durch.
Aufrufreihenfolge der finalize-Methoden im Ghost-Beispiel (sofern dort finalize
implementiert wurde):
Freigabereihenfolge
Figure
-xPos: int
-yPos: int
#finalize()
Ghost
2. finalize der Basisklasse
ruft auf
-dangerous: boolean
#finalize()
Holger Vogelsang
1. finalize der abgeleiteten Klasse
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
145
Vererbung
Vererbung der Implementierung - Verhindern der Vererbung

Soll verhindert werden, dass von einer bestimmten Klasse geerbt wird, dann kann sie als
final deklariert werden. Beispiel:
public final class Game {
private Cell[][] cells;
public Game() { /* ... */ }
public void run() { /* ... */ }
/* ... */
}
Die Klasse String ist beispielsweise als final deklariert.
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
146
Vererbung
Vererbung der Implementierung – Klassenhierarchien
Bildung komplexer Klassenhierarchien
Jede abgeleitete Klasse kann die Basisklasse einer anderen Klasse sein.
Figure
-xPos: int
-yPos: int
public class Figure {
private int xPos;
private int yPos;
+Figure()
public Figure() { /* ... */ }
public void move(int xPos, int yPos) {
/* ... */
}
public void print() { /* ... */ }
/* ... */
Ghost
-dangerous: boolean
+Ghost()
}
FlyingGhost
+FlyingGhost()
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
147
Vererbung
Vererbung der Implementierung – Klassenhierarchien
Figure
-xPos: int
-yPos: int
+Figure()
Ghost
public class Ghost extends Figure {
private boolean dangerous;
-dangerous: boolean
public void move(int xPos, int yPos) {
/* ... */ }
public void print() { /* ... */ }
/* ... */
+Ghost()
FlyingGhost
}
+FlyingGhost()
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
148
Vererbung
Vererbung der Implementierung – Klassenhierarchien
Figure
-xPos: int
-yPos: int
+Figure()
Ghost
-dangerous: boolean
+Ghost()
FlyingGhost
public class FlyingGhost extends Ghost {
public void print() { /* ... */ }
/* ... */
+FlyingGhost()
}
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
149
Vererbung
Vererbung der Implementierung – Klassenhierarchien

Durch den Diskriminator können

Gruppen zusammengehöriger Klassen erkannt werden

weitere Eigenschaften einer Vererbung gegeben werden.
Figure
passive Figur
Ghost
Holger Vogelsang
passive Figur
Cherry
steuerbare Figur
Diskriminator
(optional)
Pacman
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
150
Vererbung
Vererbung der Implementierung – Klassenhierarchien

Der Diskriminator kann bei Gleichheit auch so notiert werden:
Figure
gilt für beide
Klassen
passive Figur
Ghost
Holger Vogelsang
steuerbare Figur
Cherry
Pacman
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
151
Vererbung
Vererbung der Implementierung – Klassenhierarchien

Mehrfachvererbung einer Implementierung: Eine Klasse hat mehr als eine direkte Basisklasse
(in Java nicht möglich).
HSAngehoeriger
Student
Dozent
Tutor
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
152
Vererbung
Vererbung der Implementierung – Rechte bei Attribut- oder Methodenzugriffen



Neues Zugriffsrecht: protected für Vererbung  räumt einer abgeleiteten Klasse mehr
Rechte als einer anderen Klasse ein.
Eine abgeleitete Klasse kann

alle public- oder protected-Methoden aller seiner Basisklassen aufrufen.

alle public- oder protected-Attribute aller seiner Basisklassen lesen und beschreiben.

nicht auf die privaten Methoden oder privaten Attribute der Basisklassen zugreifen.
Wird eine abgeleitete Klasse in einem Programm verwendet, so kann nur auf die publicMethoden oder Attribute dieser Klasse sowie deren Oberklassen zugegriffen werden.
Beispiel:
Ghost ghost = new Ghost(3, 2, true);
ghost.move(3, 1);
boolean dangerous = ghost.dangerous;
Holger Vogelsang
// OK
// Fehler, privat
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
153
Vererbung
Vererbung der Implementierung – Rechte bei Attribut- oder Methodenzugriffen

Szenario:
hska.iwii.my
public class A
public
int
protected int
private
int
int
i4;
hska.iwii.p1
hska.iwii.p2
{
i1;
i2;
i3;
//code
}
class B extends A {
class D extends A {
//code
//code
}
}
class C {
class E {
//code
}
Holger Vogelsang
class F {
//code
}
//code
}
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
154
Vererbung
Vererbung der Implementierung – Rechte bei Attribut- oder Methodenzugriffen
hska.iwii.my
public class A
public
int
protected int
private
int
int
i4;
hska.iwii.p1
hska.iwii.p2
{
i1;
i2;
i3;
//code
}
class B extends A {
class D extends A {
//code
//code
}
}
class C {
class E {
//code
}
class F {
//code
}
//code
}
public int i1 ist in allen Klassen und Paketen sichtbar.
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
155
Vererbung
Vererbung der Implementierung – Rechte bei Attribut- oder Methodenzugriffen
hska.iwii.my
public class A
public
int
protected int
private
int
int
i4;
hska.iwii.p1
hska.iwii.p2
{
i1;
i2;
i3;
//code
}
class B extends A {
class D extends A {
//code
//code
}
}
class C {
class E {
//code
}
class F {
//code
}
//code
}
protected int i2 ist in Unterklassen und im eigenen Paket sichtbar.
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
156
Vererbung
Vererbung der Implementierung – Rechte bei Attribut- oder Methodenzugriffen
hska.iwii.my
public class A
public
int
protected int
private
int
int
i4;
hska.iwii.p1
hska.iwii.p2
{
i1;
i2;
i3;
//code
}
class B extends A {
class D extends A {
//code
//code
}
}
class C {
class E {
//code
}
class F {
//code
}
//code
}
private int i3 ist nur in der eigenen Klasse sichtbar.
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
157
Vererbung
Vererbung der Implementierung – Rechte bei Attribut- oder Methodenzugriffen
hska.iwii.my
public class A
public
int
protected int
private
int
int
i4;
hska.iwii.p1
hska.iwii.p2
{
i1;
i2;
i3;
//code
}
class B extends A {
class D extends A {
//code
//code
}
}
class C {
class E {
//code
}

class F {
//code
}
//code
}
int i4 ist im eigenen Package sichtbar.
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
158
Überschreiben von Methoden
Übersicht
Java und
UML
Schritte,
Software
Imperative
Aspekte
ObjektKlassenorientierung diagramme
Klassen,
Objekte
Überladen
Ausnahmen
Pakete
Funktionale
Programmierung
Fehler
Zusicherungen
Vererbung
Gener.
Klassen
Überschreiben
Aufzähltypen
Regeln
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
159
Überschreiben von Methoden
Grundlagen

Idee: Eine abgeleitete Klasse besitzt eine Methode mit demselben Namen und derselben
Signatur wie die Basisklasse.
Basisklasse
+print()
AbgeleiteteKlasse
+print()

Ein häufiges Problem beim Prinzip der Ersetzbarkeit:

Eine Basisklassenreferenz verweist auf ein Objekt einer abgeleiteten Klasse.

Wie kann festgestellt werden, welcher Klasse das Objekt angehört  wichtig für den
Aufruf der korrekten Methode?
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
160
Überschreiben von Methoden
Grundlagen
Definition: Überschreiben (von Methoden)

Wenn eine abgeleitete Klasse eine Methode implementiert, für die es bereits in einer
Basisklasse eine Methode gibt, so überschreibt die abgeleitete Klasse die Methode der
Basisklasse.

Wird die Operation auf einem Exemplar der abgeleiteten Klasse aufgerufen, so wird die
überschriebene Implementierung der Methode aufgerufen.

Das ist unabhängig davon, welchen Typ die Referenz hat, über die das Objekt angesprochen
wird.

Entscheidend ist der Typ des Objekts selbst, nicht der Typ der Variablen.
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
161
Überschreiben von Methoden
Grundlagen

Aufruf der neuen Methode print.
public class Figure {
public void print() {
System.out.println("Figure");
}
}
public class Ghost extends Figure {
private boolean dangerous;
@Override
public void print() {
System.out.println("Ghost");
}
}
// …
private int test() {
Ghost ghost = new Ghost(3, 2, true);
Figure figure = ghost;
ghost.print();
figure.print();
// ...
Holger Vogelsang
Figure
-xPos: int
-yPos: int
+print()
Ghost
-dangerous: boolean
+print()
Ausgabe:
Ghost
Ghost
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
162
Überschreiben von Methoden
Verhalten
Verhalten




Aufruf der Methode der abgeleiteten Klasse (auch, wenn die Methode über eine
Basisklassenreferenz aufgerufen wird).
Vorteil: Code, der die Methoden aufruft, bleibt unverändert, selbst wenn Klassen
hinzukommen oder sich Klassen ändern.
Verhalten

Alle Methoden, die nicht als final deklariert werden, können überschrieben werden.

Signatur und Name der Methode müssen in Basisklasse und abgeleiteter Klasse identisch
sein.
Überschreibende Methoden sollten mit der Annotation @Override versehen werden. Dann
kann der Compiler prüfen, ob diese Methode wirklich eine andere überschreibt:
public class Ghost extends Figure {
@Override
public void print() {
System.out.println("Ghost");
}
}
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
163
Überschreiben von Methoden
Verhalten

Beispiel für eine Methode, die nicht überschrieben werden darf:
public class Figure {
public final void print() {
System.out.println("Figure");
}
}
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
164
Überschreiben von Methoden
Manueller Einfluss
Manueller Einfluss auf das Überschreiben

Umgehung der automatischen Methodenauswahl, expliziter Aufruf einer Methode der
Basisklasse: super.methode(Parameter);
Beispiel:
public class Figure {
// ...
public void move(int xPos, int yPos) {
// ...
}
}
public class Ghost extends Figure {
// ...
@Override
public void move(int xPos, int yPos) {
super.move(xPos, yPos);
// z.B. Neuzeichnen
}
}
Holger Vogelsang
Figure
-xPos: int
-yPos: int
+move(xPos: int, yPos: int)
Ghost
-dangerous: boolean
+move(xPos: int, yPos: int)
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
165
Überschreiben von Methoden
Konstruktoren
Konstruktoren und Überschreiben


Der Konstruktor der Basisklasse wird vor dem Konstruktor der abgeleiteten Klasse
ausgeführt.
Aufruf einer polymorphen Methode im Konstruktor der Basisklasse:

Im Gegensatz zu C++: Aufruf der überschriebenen Methode

Achtung: Die abgeleitete Klasse ist noch gar nicht initialisiert!!

Konsequenz: Konstruktoren sollten nur private oder finale Methoden aufrufen.
public class Base {
private Bruch br;
public Base() {
br = new Bruch();
nein
init();
}
public void init() {
br.setZaehler(42);
}
}
Holger Vogelsang
ja
public class Derived
extends Base {
private MathVector mv;
public Derived() {
mv = new MathVector(3,true);
init();
}
@Override
public void init() {
mv.setValue(0, 66);
}
}
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
Base
+Base()
+init()
Derived
+Derived()
+init()
166
Überschreiben von Methoden
Hinweise
Hinweise zum Umgang mit dem Überschreiben
Ermittlung der „richtigen“ Methode:

Zur Übersetzungszeit (early binding, statische Bindung):

Der Aufruf kann vom Compiler direkt in Bytecode umgesetzt werden, da die Methode
jederzeit bekannt ist.

nur für Methoden möglich, die als final oder private deklariert sind

Zur Laufzeit (late binding, dynamische Bindung):

Alle Methoden, die nicht final, nicht privat und nicht statisch sind  Polymorphismus.
Das Objekt findet selbst heraus, welche Methode aufgerufen werden soll

geringer Mehraufwand beim Methodenaufruf

Die überschreibende Methode der abgeleiteten Klasse darf die Zugriffsrechte der
Methode der Basisklasse nicht einschränken.
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
167
Überschreiben von Methoden
Hinweise
Hinweise zum Design


„Normale“ Methoden:

Alle Methoden einer Klasse, die überschrieben werden dürfen, sollten nicht final sein.

final sollte nur aus Design- nicht aus Geschwindigkeitsgründen hinzugefügt werden.
Finale Methoden:

Methoden, die nicht überschrieben werden dürfen, sollten als final deklariert werden.
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
168
Überschreiben von Methoden
Regeln




Wiederholung: Prinzip der Ersetzbarkeit
Wenn die Klasse Abgel eine abgeleitete Klasse der Klasse Basis ist, dann können in einem
Programm alle Objekte der Klasse Basis durch Objekte der Klasse Abgel ersetzt worden
sein, und es gelten trotzdem weiterhin alle zugesicherten Eigenschaften der Klasse Basis.
Der für die Basisklasse geschlossene Kontrakt mit Bezug auf Vorbedingungen,
Nachbedingungen und Invarianten gilt also auch dann weiter, wenn Objekte der Basisklasse
durch Objekte der abgeleiteten Klasse ersetzt werden.
Beim Überschreiben von Methoden gilt also: Abgeleitete Klassen dürfen zwar mehr anbieten,
aber nicht mehr verlangen als Exemplare ihrer Basisklassen.
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
169
Überschreiben von Methoden
Regeln
Liskovsches Substitutionsprinzip
Formulierung 1993 von Barbara Liskov und Jeannette Wing:

Basisklasse Basis

b ist ein Objekt von Basis.
Basis

Abgeleitete Klasse Abgeleitet,
die von Basis erbt
Abgeleitet

a ist ein Objekt von Abgeleitet.

Es gilt:
Sei q(b) eine beweisbare Eigenschaft von Objekten b des Typs Basis. Dann soll q(a) für
Objekte a des Typs Abgeleitet wahr sein.

Beispiele kommen gleich!
Besser verständlich als „ist-ein“-Beziehung.
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
170
Überschreiben von Methoden
Regeln

Konsequenzen für die Vorbedingungen, Nachbedingungen und Invarianten einer
abgeleiteten Klasse:

Schwächere Vorbedingungen:
- Eine abgeleitete Klasse kann die Vorbedingungen für eine Operation, die durch die
Basisklasse definiert wird, einhalten oder abschwächen. Sie darf die Vorbedingungen
aber nicht verschärfen.
- Falls eine abgeleitete Klasse die Vorbedingungen verschärfen würde, würde damit
ohne Absprache mit den Partnern von diesen mehr verlangt als vorher.
- Erlaubte und verbotene Maßnahmen (unvollständig):
Der Wertebereich der Übergabeparameter wird erweitert.
Eine nicht öffentliche Methode wird öffentlich überschrieben.
Der Wertebereich der Übergabeparameter wird verkleinert.
Der Übergabeparameter wird von einem Objekt der Basisklasse auf ein Objekt
der abgeleiteten Klasse eingeschränkt.
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
171
Überschreiben von Methoden
Regeln

Stärkere Nachbedingungen:
- Eine abgeleitete Klasse kann die Nachbedingungen für eine Operation, die durch
eine Oberklasse definiert werden, einhalten oder einschränken. Sie darf die
Nachbedingungen aber nicht lockern.
- Falls eine abgeleitete Klasse die Nachbedingungen lockern würde, würde diesen
damit wieder ohne Absprache mit den Partnern des Kontrakts mehr geboten als
vorher.
- Erlaubte und verbotene Maßnahmen (unvollständig):
Der Wertebereich der Rückgabeergebnisse wird eingeschränkt.
Der Rückgabetyp ist ein Objekt der abgeleiteten Klasse A (A erbt von B),
während die Methode der Basisklasse ein Objekt einer Basisklasse B zurückgibt.
Der Wertebereich der Rückgabeergebnisse wird erweitert.
Der Rückgabetyp ist ein Objekt der Basisklasse B, während die Methode der
Basisklasse ein Objekt einer abgeleiteten Klasse A (A erbt von B) zurückgibt.
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
172
Überschreiben von Methoden
Regeln

Invarianten:
- Eine abgeleitete Klasse muss dafür sorgen, dass die für die Basisklasse definierten
Invarianten immer gelten. Sie darf die Invarianten verschärfen.
- Die Partner des Kontrakts müssen sich auf die zugesicherten Invarianten verlassen
können.
- Eine Verhaltensänderung darf eintreten.
Ergebnis: Design by Contract
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
173
Überschreiben von Methoden
Regeln

Beispiel für die Verletzung der Ersetzbarkeit:
Figure
context Rectangle::scaleX(factor: float)
+display()
pre: factor > 0
post: (lengthX = [email protected] * factor
and lengthY = [email protected])
Rectangle
-lengthX: int
-lengthY: int
+display()
+scaleX(factor: double)
+scaleY(factor: double)
context Square
inv: lengthX = lengthY
Holger Vogelsang
Square
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
Ersetzbarkeit verletzt:
Neue Einschränkung
der Längen in der
Invariante des
Quadrates!
174
Überschreiben von Methoden
Regeln

Beispiel für die Einhaltung der Ersetzbarkeit:
Account
context Account::withdraw
-balance: int
pre: amount > 0 and amount <= balance
post: balance = [email protected] - amount
context CreditAccount::withdraw
+withdraw(amount: int)
+payin(amount: int)
+getBalance(): int
CreditAccount
pre: amount > 0
and amount <= (balance + creditLimit)
post: balance = [email protected] - amount
-creditLimit: int
+withdraw(amount: int)
+changeLimit(limit: int)
Nachbedingung wurde nicht gelockert, Vorbedingung gelockert  ok.
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
175
Überschreiben von Methoden
Regeln

Implementierung des Kontobeispiels:
public class CreditAccounte extends
Account {
private int creditLimit;
public class Account {
private int balance = 0;
public int getBalance() {
return balance;
}
public CreditAccount(int limit) {
creditLimit = limit;
}
@Override
public void withdraw(int amount) {
assert amount > 0
&& amount <= (balance +
creditLimit);
balance -= amount;
}
public void withdraw(int amount) {
assert amount > 0
&& amount <= balance;
balance -= amount;
}
public void payin(int amount) {
balance += amount;
}
public void changeLimit(int limit) {
creditLimit = limit;
}
}
}
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
176
Überschreiben von Methoden
Regeln

Verwendung des Kontobeispiels:
CreditAccount account1 = new CreditAccount(10000);
Account
account2 = new Account();
// Abheben
bank.withdraw(account1);
bank.withdraw(account2);
// Methode zum Abheben eines Festbetrags
// account verweist auf Account oder CreditAccount
public void withdraw(Account accountPtr) {
if (accountPtr.getBalance() >= 200)
accountPtr.withdraw(200);
}

Wichtig: In der Methode withdraw sind Vor- und Nachbedingung sowie Invariante nur
anhand der Klasse Account erkennbar!
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
177
Überschreiben von Methoden
Regeln

Beispiel für die Verletzung der Ersetzbarkeit (Einschränkung der Vorbedingung):
Account
context Account::transfer
pre: amount > 0 and amount <= balance + creditLimit
post: (balance = [email protected] – amount and
dest.balance = [email protected] + amount)
-balance: int
-creditLimit: int
+withdraw(amount: int)
+payin(amount: int)
+getBalance(): int
+transfer(amount: int, dest: Account)
+setCreditLimit(limit: int)
DepositAccount
context DepositAccount::transfer
pre: false
+transfer(amount: int, dest: Account)
+setCreditLimit(limit: int)
Die Überweisung von einem Sparkonto wird verboten  Einschränkung
der Vorbedingung!
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
178
Überschreiben von Methoden
Regeln

Implementierung des Kontobeispiels (unvollständig):
public class Account {
private int balance
= 0;
private int creditLimit = 0;
public class DepositAccount extends
Account {
public int getBalance() {
return balance;
}
public void transfer(int amount,
Account dest) {
assert amount > 0
&& amount <= (balance +
creditLimit));
balance -= amount;
dest.payin(amount);
}
@Override
public void transfer(int amount,
Account dest) {
assert false;
}
public void payin(int amount) {
assert amount > 0;
balance += amount;
}
}
Holger Vogelsang
}
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
179
Überschreiben von Methoden
Regeln

Verwendung des Kontobeispiels:
DepositAccount account1 = new DepositAccount();
Account
account2 = new Account();
// Überweisen
bank.transfer(account1, account2);
bank.transfer(account2, account1);
// Methode zum Überweisen eines Festbetrags
public void transfer(Account dest, Account source) {
if (source.getBalance() + source.getCreditLimit() >= 200)
source.transfer(200, dest);
}

Wichtig: In der Methode transfer berücksichtigt die Vorbedingung der Klasse Account.
DepositAccount schränkt diese aber ein  Methode transfer kann nicht richtig
funktionieren.
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
180
Überschreiben von Methoden
Regeln




Problem: Die Kontraktverletzungen werden erst zur Laufzeit entdeckt  vollständige Test
erforderlich.
Lösung: Spracherweiterungen, die eine Spezifikation der Kontrakte erlauben
Problem: Prüfungen auf Kontrakteinhaltung müssen manuell in den Code verteilt werden 
sehr viel Arbeit.
Lösung: AOP (Aspect Oriented Programming)  kommt später
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
181
Überschreiben von Methoden
Regeln


Wie können Kontrakte angegeben werden?

in UML mit OCL

im Quelltext mit Assertions (auch mit Hilfe von AOP)

Es gibt Erweiterungen objektorientierter Sprachen um Constraints, Auswahl:
jContractor (http://jcontractor.sourceforge.net/),
C4J (http://c4j.sourceforge.net/),
COFOJA (http://code.google.com/p/cofoja)
Wie sieht es bei Schnittstellen oder abstrakten Klassen aus? Dort gibt es keine
Implementierung!

in UML mit OCL spezifizieren

im Quelltext dokumentieren

Constraint-Erweiterung verwenden
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
182
Überschreiben von Methoden
Kovarianz und Kontravarianz
Genauerer Blick auf die Vererbung bei Methodenparametern und Rückgabetypen

Kovariante Rückgabetypen in der clone-Methode: Der Rückgabetyp in der abgeleiteten
Klasse erbt vom Rückgabetyp der Basisklasse
Figure
-x: int
-y: int
+clone(): Figure
Ghost
Die Klasse T2 ist der Klasse T1 kovariant,
wenn alle Objekte von T2 gleichzeitig
Objekte von T1 sind.
Einfacher gesagt: T2 muss entweder T1
oder eine abgeleitete Klasse sein.
+clone(): Ghost



Einschränkung der Nachbedingung in dieser Form ist erlaubt.
Java unterstützt seit Version 5 kovariante Rückgabetypen.
C++ hat kovariante Rückgabetypen im Standard definiert. Allerdings unterstützen nicht
alle Compiler dieses Sprachmittel.
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
183
Überschreiben von Methoden
Kovarianz und Kontravarianz

Kovariante Übergabetypen in der set-Methode: Der Übergabegabetyp in der abgeleiteten
Klasse erbt vom Übergabegabetyp der Basisklasse
Figure
-x: int
-y: int
+set(f: Figure)
Ghost
+set(g: Ghost)



Die Einschränkung der Vorbedingung ist nicht erlaubt.
Ausweg: In Java und C++ wird die Methode set in Figure gar nicht überschrieben, sie
wird überladen!
Schlussfolgerung: Die Übergabetypen sind nicht kovariant.
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
184
Überschreiben von Methoden
Kovarianz und Kontravarianz

Kontravariante Übergabetypen in der set-Methode: Der Übergabegabetyp in der
abgeleiteten Klasse ist Basisklasse des Übergabetyps der Basisklasse
Figure
-x: int
-y: int
+set(g: Ghost)
Ghost
Die Klasse T2 ist der Klasse T1 kontravariant,
wenn alle Objekte von T1 gleichzeitig
Objekte von T2 sind.
Einfacher gesagt: T1 muss entweder T2
oder seine abgeleitete Klasse sein.
+set(f: Figure)
Aufweichung der Vorbedingung ist erlaubt.

Kontravariante Übergabetypen sind erlaubt.
Kontravariante Rückgabetypen sind nicht erlaubt.


Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
185
Vererbung
Übersicht
Java und
UML
Schritte,
Software
Imperative
Aspekte
ObjektKlassenorientierung diagramme
Klassen,
Objekte
Überladen
Ausnahmen
Pakete
Funktionale
Programmierung
Fehler
Zusicherungen
Vererbung
Gener.
Klassen
Überschreiben
Aufzähltypen
Regeln
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
186
Vererbung
Vererbung der Implementierung (abstrakte Basisklasse)
Spezialfall der Vererbung: Abstrakte Basisklasse




Idee: Es gibt keine Objekte der Oberklasse. Alle Objekte der Basisklasse müssen durch
Unterklassenobjekte repräsentiert werden.
Beispiel: Ein Konto ist entweder ein Girokonto oder ein Sparkonto.
Es muss eines von beiden sein, kann aber nicht in beiden Klassen gleichzeitig sein.
Pacman-Beispiel: Es gibt keine Objekte der Basisklasse Figure.
Figure
Ghost
Holger Vogelsang
kursiv
Pacman
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
187
Vererbung
Vererbung der Implementierung (abstrakte Basisklasse)


Klassen werden mit dem Schlüsselwort abstract als abstrakt markiert, um zu verhindern,
dass ein Objekt solcher Klasse erzeugt wird.
Beispiel: Figure, von dem keine Objekte erzeugt werden dürfen.
public abstract class Figure {
private int xPos;
private int yPos;
public void handleCollisionWith(Figure other){
// ...
}
}
public class Pacman extends Figure {
private boolean mouthOpening;
}
@Override
public void handleCollisionWith(Figure other) {
// ...
}
Überschreiben bzw.
// ...
implementieren der Methode
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
188
Vererbung
Vererbung der Implementierung (abstrakte Basisklasse)


Auch Methoden können abstrakt sein:

Die Basisklasse kann z.B. keine sinnvolle gemeinsame Implementierung anbieten.

Die abgeleiteten Klassen müssen die Methoden dann implementieren.

Ein Klasse mit mindestens einer abstrakten Methode ist abstrakt.
Beispiel: Figure ohne Implementierung des Zeichnens
public abstract class Figure {
private boolean dead;
public abstract void paint(Canvas panel);
// ...
}
keine Implementierung
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
189
Vererbung
Vererbung der Spezifikation (Schnittstellen)



Für die Vererbung einer Spezifikation gibt es in Java Schnittstellen (interface).
Es werden Methodensignaturen vorgegeben, die eine erbende Klasse implementiert.
Beispiel: Schnittstelle Runnable aus dem JDK
Stereotyp
public interface Runnable {
<<interface>>
<<interface>>
Runnable
void run();
}



Alle Methoden sind public (nicht angegeben).
Alle Attribute sind public, static und final
(nicht angegeben).
Implementierung einer Schnittstelle:
public class Figure implements Runnable {
@Override
public void run() { /* ... */ }
}

+run()
Figure
-xPos: int
-yPos: int
+run()
Eine Klasse darf beliebig viele Schnittstellen direkt implementieren (die Schnittstellen werden
mit Kommata getrennt aufgeführt).
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
190
Vererbung
Vererbung der Spezifikation (Schnittstellen)




Was passiert, wenn eine Schnittstelle um zusätzliche Methoden erweitert werden soll?
Alle erbenden Klassen müssten angepasst werden  schwer umsetzbar, wenn weltweit
tausende Projekte die Schnittstellen verwenden!
Problem wurde bei der Erweiterung der Collections-Klassen in Java 8 behoben.
Lösung: Schnittstellen dürfen Methoden Standard-Implementierungen geben:
public interface MyInterface {
void make();
default int makeFourtyTwo() {
return 42;
}
}


Wenn die erbende Klasse die Methode nicht implementiert, dann wird die Implementierung
der Schnittstelle verwendet.
Tipp: Wirklich nur für eine spätere Erweiterung von Schnittstellen verwenden!
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
191
Vererbung
Vererbung der Spezifikation (Schnittstellen)

Schnittstellen dürfen auch statische Methoden besitzen. Diese müssen eine StandardImplementierung enthalten.
public interface MyInterface {
void make();
static MyInterface getInstance() {
return new MyClass();
}
}

Sinnvoll für sogenannte Fabrik-Methoden (Methoden erzeugen Objekte einer Klasse) 
Einsatz kommt später im Datenstruktur-Kapitel.
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
192
Vererbung
Vererbung der Spezifikation (Schnittstellen)

Alternative Darstellung mit Ball-Symbol (die Klasse Figure implementiert die Schnittstelle
Runnable):
implementierte
Schnittstelle
Figure
+run()

Schnittstellenname
Runnable
Algorithmen und Datenstrukturen operieren häufig nur auf Schnittstellen:

Klassendiagramme einer Beziehung genau wie bei einer Abhängigkeit zwischen Klassen
notwendig

Hier: Klasse benötigt eine Schnittstelle
Controller
<<use>>
<<interface>>
Runnable
benötigte
Schnittstelle
+run()
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
193
Vererbung
Vererbung der Spezifikation (Schnittstellen)

Alternative Darstellung mit dem Ball-Symbol:
benötigte
Schnittstelle
Controller
Runnable

Schnittstellenname
Gemeinsame Darstellung: Schnittstelle, implementierende Klasse und Klasse, die die
Schnittstelle benötigt, in der Ball-Darstellung:
Figure
Controller
Runnable

+run()
Implementierung:
public class Controller {
private Runnable[] elements;
// ...
}
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
194
Vererbung
Beispiel: „Pacman“


Ziel: Klassenhierarchie für das Zeichenprogramm oder Pacman-Figuren
Die Algorithmen des Programms sollen auch mit noch „unbekannten“ Figuren funktionieren
 Erweiterbarkeit!
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
195
Generische Klassen
Übersicht
Java und
UML
Schritte,
Software
Imperative
Aspekte
ObjektKlassenorientierung diagramme
Klassen,
Objekte
Überladen
Ausnahmen
Pakete
Funktionale
Programmierung
Fehler
Zusicherungen
Vererbung
Gener.
Klassen
Überschreiben
Aufzähltypen
Regeln
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
196
Generische Klassen
Definition: Generische Klasse
Eine generische Klasse ist eine mit formalen generischen Parametern versehene Schablone.
Erst durch die Verwendung der Klasse werden die Parameter durch konkrete Klassen ersetzt.
So kann zur Übersetzungszeit eine höhere Typsicherheit sichergestellt werden.
Darstellung mit UML:
TemplateKlasse
T: class
Parametertyp
Parametername

Parameteraufbau: Parameter-Name[:Parameter-Typ][=Vorgabewert]

Parameter-Name: Name des Platzhalters

Parameter-Typ: Optionale Klasse des Parameters. Ist kein Typ angegeben, kann jede
beliebige Klasse class verwendet werden.

Vorgabewert: Standardwert, falls die Typangabe fehlt
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
197
Generische Klassen
Vektor (Version 3)

Vektor als generische Klasse:
public class Vector<E> {
private E[] values;
@SuppressWarnings("unchecked")
public Vector(int size, E initValue) {
values = (E[]) new Object[ size ];
for (int i = 0; i < size; ++i) {
values[ i ] = initValue;
}
}
public void setValue(int index, E value) {
values[ index ] = value;
}
E: class
Vector
- values: E[*] {bag}
+ Vector(size: int, initValue: E)
+ setValue(index: int, value: E)
+ getValue(index: int): E
public E getValue(int index) {
return values[ index ];
}
}
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
198
Generische Klassen

Anmerkungen:

public class Vector<E>: <E> ist der Platzhalter für eine Klasse.

Der Platzhalter steht immer für den Namen einer Klasse oder Schnittstelle:
- Primitive Datentypen werden nicht unterstützt.
- Intern speichert die Klasse Referenzen vom Typ Object ab.
- Der Platzhalter dient zum typsicheren Zugriff, der zur Übersetzungszeit geprüft
werden kann.
- Der Platzhaltertyp kann fast wie ein normaler Datentyp innerhalb der Klasse
verwendet werden. Ausnahmen: Objekterzeugung, Arrays

Der cast-Operator im Konstruktor ist nicht geprüft. Deshalb wird die Warnung des
Compilers mit @SuppressWarnings("unchecked") unterdrückt.

In Java können keine Arrays mit generischen Typen angelegt werden. Deshalb erzeugt
der Vektor Object-Arrays  kommt noch genauer.

Es dürfen mehrere Platzhalter verwendet werden. Beispiel:
public class HashMap<K,V> { /* … */ }
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
199
Generische Klassen


Eine konkrete Instanz einer generischen Klasse wird durch die folgende Schreibweise
erzeugt: Klasse<Typ>
Beispiel:
Vector<Double> vector1 = new Vector<>(3, 0.0);
Kann anhand des Typs der Referenz erkannt werden.

Beispiel (der Compiler stellt sicher, dass die rot markierten Elemente vom Typ Double bzw.
double sind):
Vector<Double> v1 = new Vector<>(3, 0.0);
v1.setValue(0, 2.0);
double value = v1.getValue();
System.out.println(value);

Beispiel ohne generische Klasse (der Compiler kann keine Typprüfung vornehmen):
Vector v1 = new Vector(3, 0.0);
v1.setValue(0, 2.0);
Double value = (Double) v1.getValue();
System.out.println(value);
Falsche Werte (z.B. String) werden zur Laufzeit bemerkt (ClassCastException).
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
200
Generische Klassen
Umsetzung in der virtuellen Maschine




Generische Klassen wurden erst mit Java 5 eingeführt.
Ziel war es, den Bytecode zu Java 1.4 kompatibel zu halten.
Wie lassen sich generische Klassen implementieren?

heterogen: Für jeden Typparameter wird eine neue Klasse erzeugt (C++-Ansatz).

homogen: Es wird nur eine Klasse erzeugt. Der Typparameter wird durch die oberste
Basisklasse Object ersetzt. Die Typparameter dienen nur zur Prüfung während der
Übersetzungszeit (Java-Ansatz).
Der Compiler löscht also die Typ-Informationen („type erasure“):

Der Bytecode bleibt kompatibel zu Java 1.4.

Die generischen Typen existieren nicht mehr zur Laufzeit  führt zu Problemen:
Vector<Double> v1 = new Vector<>();
if (v1 instanceof Vector<Double>) // Compilerfehler, da Vector<Double> zur
// Laufzeit nicht existiert!
Korrekt wäre:
Vector<Double> v1 = new Vector<>();
if (v1 instanceof Vector)
// Vector existiert
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
201
Generische Klassen
Umsetzung in der virtuellen Maschine

Damit sind die Klassen trotz unterschiedlicher Typparameter identisch:
Vector<Double> v1 = new Vector<>();
Vector<String> v2 = new Vector<>();
if (v1.getClass() == v2.getClass()) // true

Generische Klassen lassen sich auch ohne Typparameter verwenden („raw type“):
Vector v1 = new Vector<Double>();
Vector v2 = new Vector();
Die Verwendung führt aber z.B. bei setValue zu einer Compiler-Warnung.
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
202
Generische Klassen
Umsetzung in der virtuellen Maschine

Beispiel für die Umsetzung anhand des Vektors (Ausschnitt):
Definition im Quelltext
Definition zur Laufzeit („fiktiv“)
public class Vector<E> {
private E[] values;
public class Vector {
private Object[] values;
// ...
// ...
public void setValue(int ind, E v) {
values[ ind ] = v;
}
public void setValue(int ind, Object v) {
values[ ind ] = v;
}
public E getValue(int ind) {
return values[ ind ];
}
public Object getValue(int ind) {
return values[ ind ];
}
}
}
Verwendung im Quelltext
Verwendung zur Laufzeit („fiktiv“)
Vector<String> names = new Vector<>();
names.setValue(0, "Vogelsang");
String name = names.getValue(0);
Holger Vogelsang
Vector names = new Vector();
names.setValue(0, "Vogelsang");
String name = (String) names.getValue(0);
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
203
Generische Klassen
Arrays


Arrays mit generischen Typen haben einige Besonderheiten:

Die Deklaration ist problemlos möglich:
private ArrayList<String>[] al;

Aber eine Initialisierung klappt nicht intuitiv:
private ArrayList<String>[] al = new ArrayList<>[ 10 ];
// Compilerfehler
Lösungen:

Verwendung des Platzhalters ?:
private ArrayList<String>[] al
= (ArrayList<String>[]) new ArrayList<?>[ 10 ];

Erstellen einer Klasse für den Inhalt der Arrayzellen:
public class MyList extends ArrayList<String> {
// notwendige Konstruktoren
}
private MyList[] al = new MyList[ 10 ];
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
204
Generische Klassen
Schnittstellen
Auch Schnittstellen können generisch sein:
T: class
<<interface>>
Comparable
+compareTo(o: T): int
Schnittstellenimplementierung
String
Integer
+compareTo(o: String): int
+compareTo(o: Integer): int
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
205
Generische Klassen
Schnittstellen

Schnittstelle Comparable aus dem JDK:
public interface Comparable<E> {
int compareTo(E other);
}

Implementierung der Schnittstelle:
public class String implements Comparable<String> {
@Override
public int compareTo(String other) {
// ...
}
}

Einsatzbeispiel für die Schnittstelle:

Ein Sortieralgorithmus soll beliebige Arrays sortieren können.

Wie soll dieser Algorithmus wissen, welche Daten größer und welche kleiner sind?

Lösung: Er fragt z.B. die Daten selbst!
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
206
Generische Klassen
Schnittstellen

Variante 1: Daten müssen die Schnittstelle Comparable implementieren.
public class Customer implements Comparable<Customer> {
// ...
private int number;
@Override
public int compareTo(Customer other) {
return number – other.number;
}
}

Jetzt kann der existierende Sortieralgorithmus verwendet werden:
ArrayList<Customer> customers = new ArrayList<>();
// ...
Collections.sort(customers);


Problem: Was passiert, wenn nach unterschiedlichen Kriterien sortiert werden soll?
Lösung: Der Vergleich hat nichts in der Klasse Customer zu suchen. Er wird als Argument an
den Algorithmus übergeben.
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
207
Generische Klassen
Schnittstellen

Variante 2: Separater „Vergleicher“, der die generische Schnittstelle Comparator<T>
implementiert.
public class Customer {
// ...
private int number;
// Getter und Setter
}

Vergleicher für zwei Kundenobjekte:
public class CustomerNumberComparator implements Comparator<Customer> {
@Override
public int compare(Customer c1, Customer c2) {
return c1.getNumber() – c2.getNumber();
}
}

Jetzt kann der existierende Sortieralgorithmus verwendet werden:
ArrayList<Customer> customers = new ArrayList<>();
// ...
Collections.sort(customers, new CustomerNumberComparator());

Es wird eine „Funktion“ in einem Objekt gekapselt  geht noch eleganter  kommt später…
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
208
Generische Methoden



„Normale“ (nicht-generische) und generische Klassen dürfen generische Methoden besitzen.
Das wird häufig bei Hilfsklassen mit statischen Methoden eingesetzt:
Beispiel: Methode asArrayList erzeugt aus einer variablen Anzahl Übergabewerte eine
ArrayList (angelehnt an Klasse Arrays aus dem SDK)
public class Arrays {
@SafeVarargs
public static <T> ArrayList<T> asArrayList(T... a) {
ArrayList<T> result = new ArrayList<>(a.length);
for (int i = 0; i < a.length; ++i) {
result.add(a[ i ]);
}
return result;
}
}

Syntax: Zugriffsrecht <T> Rückgabetyp Methodenname(Parameter)
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
209
Generische Methoden
Einschränkungen der Parametertypen


Die Typparameter lassen sich einschränken:

Basisklasse: Der Parametertyp muss von einer bestimmten oder mehreren Basisklassen
erben.

Schnittstellen: Der Parametertyp muss eine bestimmte oder mehrere Schnittstellen
implementieren.
Beispiel, in dem der Vektor nur mit Klassen, die von Number erben, verwendet werden darf
(weil der Vektor z.B. Zahlenoperationen durchführt), Vektor Version 4:
public class Vector<E extends Number> {
private Number[] values;
public double getSum() { // Summe alle Werte ermitteln
double sum = 0.0;
for (int i = 0; i < values.length; ++i) {
sum += values[ i ].doubleValue();
}
return sum;
}
// ...
}
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
210
Generische Methoden
Einschränkungen der Parametertypen




Es können auch mehrere Einschränkungen vorhanden sein.
Bespiel: Der Typparameter des Vektors muss von Number erben und Cloneable
implementieren:
public class Vector<E extends Number & Cloneable>
Syntax bei mehr als zwei Einschränkungen:
public class Klasse<E extends C1 & C2 & C3>
Achtung bei Vererbung:
Vector<Object> ist keine Basisklasse von Vector<Double>!
Vector<Object> v1 = new Vector<Double>(); // Compilerfehler!
Ansonsten ließe sich z.B. ein String in dem Vektor speichern.
Die Methode
public void dump(Vector<Object> v1)
darf nicht mit einem Vector<Double> aufgerufen werden.
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
211
Generische Methoden
Parametertypen und Vererbung



Ausweg: Wildcards erlauben es, einen Typ unbestimmt zu lassen. Beispiel:
public void dump(Vector<?> v1)

? ist ein unbekannter Typ, nicht Object.

Die Methode dump darf jetzt mit jedem beliebigen Typparameter verwendet werden.
Wildcards unterstützen auch Typeinschränkungen („upper bound wildcards“):

public void dump(Vector<? extends Number> v1)

Es können nur Vektoren übergeben werden, deren Inhalt von Number erbt.
Einschränkung des Typparameters „nach unten“:

public void dump(Vector<? super MyClass> v1)

Es können nur Vektoren übergeben werden, deren Inhalt MyClass oder seine
Basisklassen bzw. Schnittstellen sind.

Klassen, die von MyClass erben, sind nicht erlaubt.
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
212
Aufzähltypen
Übersicht
Java und
UML
Schritte,
Software
Imperative
Aspekte
ObjektKlassenorientierung diagramme
Klassen,
Objekte
Überladen
Ausnahmen
Pakete
Funktionale
Programmierung
Fehler
Zusicherungen
Vererbung
Gener.
Klassen
Überschreiben
Aufzähltypen
Regeln
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
213
Aufzähltypen
Einführung

Ein Aufzähltyp ist eine spezielle Klasse, von der benannte Objekte erzeugt werden.
Beispiel für die Bewegungsrichtungen von Figuren in Pacman:
public enum Direction {
NONE, UP, DOWN, LEFT, RIGHT;
}

Stereotyp
Daraus erzeugt der Compiler eine Klasse, die ungefähr so aussieht:
public class Direction extends Enum<Direction> {
public static final Direction NONE = new Direction("NONE", 0);
public static final Direction UP
= new Direction("UP", 1);
public static final Direction DOWN = new Direction("DOWN", 2);
public static final Direction LEFT = new Direction("LEFT", 3);
public static final Direction RIGHT = new Direction("RIGHT", 4);
<<enumeration>>
Direction
NONE
UP
DOWN
LEFT
RIGHT
private Direction(String name, int index) {
super(name, index);
}
// Alle Werte ermitteln
public static Direction[] values() { /* ... */ }
// weitere Methoden ...
}
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
214
Aufzähltypen
Einführung


Vorteil von Aufzähltypen gegenüber finalen int-Werten:

In einem switch-Block kann der Compiler testen, ob alle Werte eines Typs einen caseBlock haben.

Der Benutzer kann anhand des Typs dessen Bedeutung erkennen.

Der Typ kann nur die erlaubten Werte annehmen.
Was bietet die Basisklasse Enum noch (Auswahl)?

public String name(): Name des Aufzählwertes (z.B. "LEFT")
Beispiel: String name = Direction.LEFT.name();

public ordinal(): Index eines Wertes in der Aufzählung (z.B. 3 für der Wert
Direction.LEFT, weil LEFT als dritter Wert angegeben ist)
Beispiel: int index = Direction.LEFT.ordinal();

public static <T extends Enum<T>> valueOf(Class<T> enumType,
String name): Ermittelt aus dem Namen den Aufzählwert
Beispiel: Direction dir = Enum.valueOf(Direction.class, "UP");
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
215
Aufzähltypen
Einführung

Ein Aufzähltyp kann in Pacman für zwei Aufgaben eingesetzt werden:

Richtung, in die sich eine Figur bewegt
public enum Direction {
NONE, UP, DOWN, LEFT, RIGHT;
}

Position einer Zelle, an der sich ein Rahmen befindet.
- Problem: Eine Zelle kann an mehr als einer Position einen Rahmen haben.
- Lösung: Bitkombination als zusätzlichen Wert dem Aufzähltyp übergeben  ersetzt
nicht den Index (Aufruf ordinal()).
public enum Direction { // noch unvollständig
NONE(0), UP(1), DOWN(2), LEFT(4), RIGHT(8), ALL(15);
}


Die zweite Variante wird auch für die Richtung verwendet, wobei ALL unsinnig ist.
Beispiele:
LEFT | UP | DOWN
RIGHT
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
216
Aufzähltypen
Methoden und Attribute

Wie funktioniert die Übergabe zusätzlicher Parameter an einen Aufzählwert genau? Dieses
Beispiel ergibt Übersetzungsfehler, weil der entsprechende Konstruktor fehlt:
public enum Direction {
NONE(0), UP(1), DOWN(2), LEFT(4), RIGHT(8), ALL(15);
}

Aufzähltypen dürfen zusätzliche Konstruktoren, Attribute und Methoden erhalten:
public enum Direction {
NONE(0), UP(1), DOWN(2), LEFT(4), RIGHT(8), ALL(15);
private int value;
protected Direction(int value) {
this.value = value
}
Konstruktoraufruf
public int getValue() {
return value;
}
// weitere Methoden
}
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
217
Aufzähltypen
Methoden und Attribute


Aufzähltypen dürfen auch Schnittstellen implementieren.
Sie können aber nicht von Klassen erben, weil sie intern bereits Enum<E> als Basisklasse
besitzen.
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
218
Regeln und Hinweise
Übersicht
Java und
UML
Schritte,
Software
Imperative
Aspekte
ObjektKlassenorientierung diagramme
Klassen,
Objekte
Überladen
Ausnahmen
Pakete
Funktionale
Programmierung
Fehler
Zusicherungen
Vererbung
Gener.
Klassen
Überschreiben
Aufzähltypen
Regeln
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
219
Regeln und Hinweise
Wichtige Methoden und Operatoren einer Java-Klasse

Welche Methoden und Operatoren haben eine besondere Bedeutung (kleine Auswahl, hier
anhand der Klasse Ghost)?
Methode/Operator
Bedeutung
Ghost()
Standardkonstruktor. Wird immer dann automatisch
erzeugt, wenn kein eigener Konstruktor geschrieben
wurde.
protected void finalize()
Wird aufgerufen, bevor das Objekt gelöscht wird.
public boolean
equals(Object s)
Kommt noch…
public String toString()
Wird aufgerufen, wenn eine String-Darstellung des
Objektes benötigt wird.
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
220
Regeln und Hinweise
Wichtige Methoden und Operatoren einer Java-Klasse

Identität und Gleichheit zweier Objekte (hier anhand der Klasse Ghost):
Methode/Operator
Bedeutung
Ghost gh1 = new Ghost();
Ghost gh2 = new Ghost();
if (gh1.equals(gh2))
Inhaltlicher Vergleich der Objekte. Dazu sollte
die Methode equals der Klasse Ghost
überschrieben werden.
Ghost gh1 = new Ghost();
Ghost gh2 = new Ghost();
if (gh1 == gh2)
Identität der Objekte. Dazu werden die
Referenzen auf die Objekte verglichen. Sind
diese identisch, so handelt es sich um dasselbe
Objekt.
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
221
Regeln und Hinweise
Wichtige Methoden und Operatoren – Vergleich von Objekten



Bedingungen für die Gleichheit zweier Objekte:

Die Gleichheitsprüfung ist reflexiv: A ist gleich A.

Die Gleichheitsprüfung ist symmetrisch: A ist gleich B ==> B ist gleich A.

Die Gleichheitsprüfung ist transitiv: A ist gleich B und B ist gleich C ==> A ist gleich C.
Jede Implementierung muss diese Bedingungen einhalten!
Problem: Wie sieht der Vergleich bei Vererbung aus?
Figure
-xPos: int
-yPos: int
Die equals-Methode vergleicht
die Positionen der Figuren
+equals(o: Object): boolean
Ghost
-dangerous: boolean
Die equals-Methode vergleicht
die Positionen und die
Gefährlichkeit der Geister
+equals(o: Object): boolean
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
222
Regeln und Hinweise
Wichtige Methoden und Operatoren – Vergleich von Objekten



Ohne Beweis: Der Vergleich von Objekten unterschiedlicher Klassen führt zur Verletzung
mindestens einer Regeln.
Konsequenz: Nur Objekte identischer Klassen werden überhaupt auf Gleichheit überprüft.
Beispiel:
public class Figure {
private int xPos;
private int yPos;
// ...
@Override
public boolean equals(Object o) {
if (o != null &&
o.getClass() == getClass()) {
Figure f = (Figure) o;
return xPos == f.xPos
&& yPos == f.yPos;
}
return false;
}
}
Holger Vogelsang
public class Ghost extends Figure {
private boolean dangerous;
// ...
@Override
public boolean equals(Object o) {
return super.equals(o) &&
((Ghost) o).dangerous == dangerous;
}
}
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
223
Regeln und Hinweise
Wichtige Methoden und Operatoren – Vergleich von Objekten


Erklärung des Beispiels:

Die Basisklasse Figure testet mit getClass() zunächst auf identische Klassen.

Nur dann werden die Attribute vergleichen.

Die abgeleitete Klasse Ghost lässt die Basisklasse die Gleichheit feststellen und prüft
dann das zusätzliche Attribut.
Anmerkung:

In der Praxis ist es manchmal auch sinnvoll, nur die Basisklasse ohne Test auf
Klassengleichheit die Prüfung vornehmen zu lassen  hängt von der Aufgabe ab.

Dann können eine Figur und ein Geist gleich sein!
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
224
Regeln und Hinweise
Probleme bei Vererbung – Instabile Basisklasse

Und noch etwas gibt es bei Vererbung zu beachten, Beispiel:

Die Klasse LoggingVector erbt von der Basisklasse Vector (Vererbung der
Implementierung).

LoggingVector protokolliert zusätzlich alle Aktionen von Vector.

Die Methode clear wird nicht überschrieben, weil sie intern setValue aufruft.
E: class
Vector
-values: E[*]
public void clear() {
for (int i = 0; i < values.length; i++)
setValue(null, i);
}
+Vector(size: int)
+setValue(index: int, value: E)
+getValue(index: int): E
+clear()
E: class
LoggingVector
+LoggingVector(size: int)
+setValue(index: int: value: E)
+getValue(index: int): E
Holger Vogelsang
setValue und getValue protokollieren die
Aktion und rufen die Methoden der
Basisklasse auf.
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
225
Regeln und Hinweise
Probleme bei Vererbung – Instabile Basisklasse


Wo ist jetzt das Problem?
Eine Änderung an der Basisklasse führt dazu, dass die abgeleitete Klasse nicht mehr korrekt
funktioniert.
E: class
Vector
-values: E[*]
+Vector(size: int)
+setValue(index: int, value: E)
+getValue(index: int): E
kein Aufruf
+clear()
Kein Aufruf von setValue mehr
public void clear() {
for (int i = 0; i < values.length; i++)
values[ i ] = null;
}
E: class
LoggingVector
+LoggingVector(size: int)
+setValue(index: int, value: E)
+getValue(index: int): E

setValue und getValue protokollieren die
Aktion und rufen die Methoden der
Basisklasse auf.
Beim Aufruf von clear erfolgt kein Logging mehr!
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
226
Regeln und Hinweise
Probleme bei Vererbung – Instabile Basisklasse



Problem der instabilen Basisklassen (Fragile Base Class Problem):

Anpassungen an einer Basisklasse führen zu unerwartetem Verhalten von abgeleiteten
Klassen.

Konsequenz: Anpassungen an Basisklassen können häufig nicht vorgenommen werden,
ohne den Kontext der abgeleiteten Klassen mit einzubeziehen.

Problem: Die Wartung objektorientierter Systeme, die häufig die Vererbung der
Implementierung nutzen, wird stark erschwert.

Konsequenz: Vererbung der Implementierung darf nicht eingesetzt wird, wenn spätere
Änderungen an den Basisklassen wahrscheinlich sind.

Ziel: Reine Vererbung der Spezifikation. Die Vermeidung von Redundanzen, kann auch
über Delegationsbeziehungen erreicht werden.
Anmerkung: Wenn die abgeleitete Klasse sich exakt an die Spezifikation der Basisklasse hält
und die Spezifikation später auch nicht verändert wird, ist das Erben einer Implementierung
problemlos möglich.
In der Praxis: Niemand spezifiziert das Verhalten exakt…
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
227
Regeln und Hinweise
Probleme bei Vererbung – Instabile Basisklasse

Lösung mit Delegation:
E: class
<<Interface>>
VectorInterface
+setValue(index: int, value: T)
+getValue(): E
+clear()
E: class
E: class
LoggingVector
Vector
-values: E[*]
-size: int
+Vector(size: int)
+setValue(index: int, value: E)
+getValue(index: int): E
+clear()
+LoggingVector(size: int)
+setValue(index: int, value: E)
+getValue(index: int): E
+clear()
LoggingVector delegiert die
Aufrufe an Vector weiter,
nachdem die Log-Ausgaben
erfolgt sind.
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
228
Regeln und Hinweise
Probleme bei Vererbung – Instabile Basisklasse

Unvollständige Implementierung des Beispiels:
public class LoggingVector<E> implements VectorInterface<E> {
private Vector<E> vector;
public LoggingVector(int size) {
vector = new Vector<E>(size);
}
@Override
public void setValue(int index, E value) {
// Log-Ausgaben, z.B. hier vereinfacht auf dem Bildschirm
System.out.println("Neuer Wert " + value + " an Position " + index + " im Vektor");
vector.setValue(value, index);
}
// usw.
}


Änderungen an der Implementierung von Vector beeinflussen nicht die Funktionsfähigkeit
von LoggingVector.
Neue Methoden im Vector müssen auch in der Schnittstelle deklariert werden  können so
nicht in LoggingVector vergessen werden.
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
229
Regeln und Hinweise
Probleme bei Vererbung – Instabile Basisklasse

Fazit:

Vererbung der Spezifikation ist sicherer in Bezug auf Änderungen.

Vererbung der Implementierung erfordert häufig weniger Code  teilweise aber
automatisch generierbar (z.B. in Eclipse).

Wenn sich Vererbung der Spezifikation leicht umsetzen lässt, ist diese Form der
Vererbung vorzuziehen.
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
230
Klassendiagramme
Übersicht
Java und
UML
Schritte,
Software
Imperative
Aspekte
ObjektKlassenorientierung diagramme
Klassen,
Objekte
Überladen
Ausnahmen
Pakete
Funktionale
Programmierung
Fehler
Zusicherungen
Vererbung
Gener.
Klassen
Überschreiben
Aufzähltypen
Regeln
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
231
Klassendiagramme
Beziehungen zwischen Klassen
Zwischen Klassen können unterschiedliche Beziehungen bestehen.

Die Beziehungen lassen sich ja nach Aufgabe in unterschiedliche Kategorien einteilen.
Kategorien in der UML:

Assoziation

Aggregation und Komposition („Teil und Ganzes“)

Vererbung (von einer Spezifikation, von einer Implementierung)  schon bekannt

Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
232
Klassendiagramme
Beziehungen zwischen Klassen: Assoziation
Definition: Binäre Assoziation
Eine binäre Assoziation beschreibt die semantische Beziehung zwischen zwei Klassen.
Beispiel:
GameController
Pacman
Assoziation


Pacman und GameController „kennen“ sich.
Beide Klassen können auf der jeweils anderen Operationen aufrufen.
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
233
Klassendiagramme
Beziehungen zwischen Klassen: Assoziation

Leserichtung (GameController steuert Pacman):
Name der Assoziation
GameController
Pacman
steuert
Leserichtung

Multiplizität (wie viele Objekte können gleichzeitig an der Beziehung beteiligt sein):
max. Anzahl Controller im Spiel
GameController
1
steuert
1..*
Figure
Der Controller steuert mindestens einen, max. beliebig viele Figuren.
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
234
Klassendiagramme
Beziehungen zwischen Klassen: Assoziation

Rolle (sie beschreibt, welche Funktion/Rolle eine an einer Assoziation beteiligten Klasse
einnimmt):
Grosshaendler
Haendler
-verkaeufer
-kaeufer
-verkaeufer
-kaeufer
Sichtbarkeit
der Rolle

Name
der Rolle
Endkunde
Zweck einer Rolle:
- Besseres Verständnis der Assoziation
- Name des Attributs in der Implementierung
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
235
Klassendiagramme
Beziehungen zwischen Klassen: Assoziation

Implementierungsbeispiel, in dem der Name der Rolle den Namen des Attributes ergibt:
public class Haendler {
private ArrayList<Grosshaendler> verkaeufer;
private ArrayList<Endkunde>
kaeufer;
// Methoden usw.
}


Im Falle einer automatischen Code-Erzeugung ergeben sich so lesbare Attributnamen im
Quelltext.
Achtung: Eine Rolle mit privater Sichtbarkeit kann durch Getter- und Setter-Methoden von
„außen“ zugänglich gemacht werden.
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
236
Klassendiagramme
Beziehungen zwischen Klassen: Assoziation

Eigenschaft (ähnlich wie Eigenschaften von Attributen geben sie Eigenschaften von
Assoziationen nähere Hinweise auf die Umsetzung der Assoziation):
GameController
Figure
{ordered}
bearbeitet
Eigenschaft

Der Controller benötigt die Figuren in einer bestimmten Reihenfolge (ist in der
Beispielimplementierung aber nicht der Fall).
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
237
Klassendiagramme
Beziehungen zwischen Klassen: Assoziation

Eigenschaftstypen (unvollständig):
- {subsets <Assoziations-Ende>}: Die Menge der Objekte an diesem
Assoziationsende ist eine Teilmenge der Objekte am Assoziationsende
<Assoziations-Ende>.
- {union}: Die Menge der Objekte an diesem Assoziationsende ist die Vereinigung
aller seiner subsets-Assoziationsenden.
Beispiel (die Buchbestellung setzt sich aus den bereits gelieferten und den nicht
verfügbaren Büchern zusammen):
Bestellung
geliefert
{subsets bestellt}
Buch
nicht_vorhanden
{subsets bestellt}
/bestellt
{union}
Die Menge bestellt ist aus allen
Teilmengen abgeleitet. Es kommen
keine weiteren Bücher hinzu.
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
238
Klassendiagramme
Beziehungen zwischen Klassen: Assoziation
- {ordered}: Die so markierten Objekte am Ende der Assoziation liegen sortiert vor.
Duplikate sind nicht erlaubt.
- {bag}: Dasselbe Objekt darf am Ende der Assoziation mehrfach erscheinen.
- {seq} bzw. {sequence}: Das Ende der Assoziation verweist auf eine geordnete
Menge von Objekten. Duplikate sind erlaubt.
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
239
Klassendiagramme
Beziehungen zwischen Klassen: Assoziation

Einschränkung (Teilnahme eines Objektes an einer Assoziation angeben).

Einschränkungstypen:
- {or}: Das Objekt muss eine der beiden Assoziationen verwenden.
- {xor}: Das Objekt darf nur eine der beiden Assoziationen verwenden.
- {and}: Das Objekt muss an beiden Assoziationen teilnehmen  lässt sich besser
durch Kardinalität 1 ausdrücken.

Beispiel für ein Meilenkonto bei einer Fluggesellschaft:
Meilenkonto
inhaber
Firma
xor
EMail
Ein Meilenkonto
gehört entweder
einer Firma oder
einer Person.
Holger Vogelsang
Person
inhaber
or
Anschrift
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
Eine Person muss
eine EMail-Adresse
oder eine Anschrift
angeben.
240
Klassendiagramme
Beziehungen zwischen Klassen: Assoziation

Implementierung einer xor-Einschränkung:
- Programmgesteuert überprüfen
- Durch Vererbung und Einführung einer weiteren Klasse:
Meilenkonto
inhaber
Firma
xor
Person
inhaber
Person
Meilenkonto
JuristischePerson
inhaber
Firma
1
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
241
Klassendiagramme
Beziehungen zwischen Klassen: Assoziation

Navigierbarkeit (erlaubt die Angabe, in welche Richtung eine Assoziation gelesen wird). Es
werden folgende Arten unterstützt:

Navigierbar: Die Klasse Field kennt die Klasse Pacman am Ende der Assoziation.
Field

Nicht navigierbar: Die Klasse Pacman kennt die Klasse Ghost am Ende der Assoziation
nicht.
Pacman

Ghost
Unspezifiziert: Es wird keine Aussage über die Navigierbarkeit getroffen. In der Praxis
wird das häufig als navigierbar interpretiert.
GameController

Pacman
Pacman
Bidirektionale Navigierbarkeit: Beide Klassen kennen sich gegenseitig und können so
auch jeweils die Methoden des Anderen aufrufen.
GameController
Holger Vogelsang
Pacman
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
242
Klassendiagramme
Beziehungen zwischen Klassen: Assoziation

Verbot der Navigierbarkeit: Beide Klasse dürfen sich nicht kennen. Es besteht zwar eine
logische Beziehung, die aber nicht durch eine Assoziation ausgedrückt werden soll 
nicht sehr gebräuchlich.
Ghost

Unidirektionale Navigierbarkeit: Die Navigation ist in nur einer Richtung erlaubt.
Field

Pacman
Pacman
Teilweise Spezifikation der Navigation: Es ist offen gelassen, ob Pacman auch das Field
kennt.
Field
Holger Vogelsang
Pacman
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
243
Klassendiagramme
Beziehungen zwischen Klassen: Assoziation

Implementierung einer Assoziation:
GameController
Figure
-controller
-figures
1
controls
1..*
public class GameController {
private ArrayList<Figure> figures;
// ...
}
Holger Vogelsang
public abstract class Figure {
private GameController controller;
// ...
}
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
244
Klassendiagramme
Beziehungen zwischen Klassen: Assoziation

Reflexive Assoziation: Eine Assoziation einer Klasse zu sich selbst, ansonsten handelt es sich
um eine normale Assoziation.
Mitarbeiter



-vorgesetzter
0..1
-untergebene
*
leitet
Der Vorgesetzte hat mindestens einen Untergebenen.
Jeder Untergebene hat maximal einen Vorgesetzten. Jeder Vorgesetzte kann also auch
wieder Mitarbeiter sein.
Implementierungsmöglichkeit:
public class Mitarbeiter {
private Mitarbeiter vorgesetzter;
private ArrayList<Mitarbeiter> untergebene;
// ...
}
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
245
Klassendiagramme
Beziehungen zwischen Klassen: Assoziation
N-äre Assoziation
Eine n-äre Assoziation ist die allgemeine Form einer Assoziation zwischen n Klassen.
Vorspeise
0..*
Hauptgericht
0..*
Menue
0..*
Dessert
Assoziationsname

Erklärung des Beispiels:

Die drei Klassen stehen in einer Beziehung namens Menue.

Nicht jedes Hauptgericht muss in einem Menü vorkommen (Multiplizität 0).

Jedes Hauptgericht kann in beliebig vielen Menüs vorkommen (Multiplizität *).

Wenn ein Hauptgericht in mindestens einem Menü vorhanden sein muss, würde man
am Hauptgericht die Multiplizität 1..* eintragen.
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
246
Klassendiagramme
Beziehungen zwischen Klassen: Assoziation


Wie kann eine n-äre Assoziation implementiert werden?
Ganz einfach durch Umsetzung in mehrere binäre Assoziationen:
Vorspeise
0..*
Hauptgericht
0..*
0..*
Menue
Dessert
Vorspeise
1
0..*
Hauptgericht
Holger Vogelsang
1
0..*
Menue
0..*
1
Dessert
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
247
Klassendiagramme
Beziehungen zwischen Klassen: Assoziation


Assoziationsklasse: Eine Assoziationsklasse ist eine Assoziation, die neben Attributen auch
Operationen wie bei einer Klasse aufnehmen kann:

Die Namen der Assoziation und ihrer Klasse müssen identisch sein.

Einsatz: Zusätzliche Attribute können logisch keinem der Enden der Assoziation
zugeordnet werden  Ablage in der Assoziationsklasse.
Beispiel: Die Auftragsnummer kann weder der Firma noch dem Kunden zugeordnet werden.
Kunde
Firma
Auftrag
1..*
1..*
Auftrag
-nummer: int
Holger Vogelsang
Assoziationsklasse
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
248
Klassendiagramme
Beziehungen zwischen Klassen: Assoziation

Implementierung: Weder C++ noch Java kennen Assoziationsklassen  Einführung einer
„Zwischenklasse“:
Kunde
Firma
Auftrag
1..*
1..*
Auftrag
-nummer: int
Firma
1


Auftrag
fuehrtAus
1..*
-nummer: int
Kunde
erteilt
1..*
1
Der Kunde erteilt beliebig viele Aufträge.
Eine Firma kann beliebig viele Aufträge ausführen.
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
249
Klassendiagramme
Beziehungen zwischen Klassen: Assoziation

Implementierung einer Assoziationsklasse:
public class Auftrag {
private int nummer;
private Kunde kunde;
private Firma firma;
public class Firma {
private ArrayList<Auftrag> auftraege;
// ...
}
// ...
}
public class Kunde {
private ArrayList<Auftrag> auftraege;
// ...
}
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
250
Klassendiagramme
Beziehungen zwischen Klassen: Aggregation
Definition: Aggregation
Eine Aggregation ist eine spezielle Form einer binären Assoziation. Sie beschreibt eine TeilGanzes-Beziehung zwischen genau zwei Klassen.

Beispiel:
Field
0..1
Ganzes
Aggregation
Das Teil kennt das
Ganze nicht (Pfeilspitze).
0..*
Figure
Teil
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
251
Klassendiagramme
Beziehungen zwischen Klassen: Aggregation


Eigenschaften einer Aggregation:

Die Lebensdauer des Ganzen ist von der Lebensdauer der Teile unabhängig.

Die Lebensdauer der Teile ist von der Lebensdauer des Ganzen unabhängig.

Teile können in mehreren Ganzen gleichzeitig verwendet werden.

Die Teile kennen das Ganze häufig nicht.
Einsatzgebiete für Aggregation:

Das Ganze handelt als Stellvertreter für seine Teile.

Es nimmt Aufträge entgegen und delegiert diese an die Teile.

Beispiel: Pacman
- Ganzes: Spielfeld
- Teile: Einzelne Figuren in der Zeichenfläche
- Auftrag: Anforderung, sich neu zu zeichnen
- Delegation: Jedes Teil erhält den Auftrag, sich selbst neu zu zeichnen.
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
252
Klassendiagramme
Beziehungen zwischen Klassen: Aggregation

Implementierung einer Aggregation:
public class Field {
private ArrayList<Figure> figures;
public abstract class Figure {
// ...
}

// ...
}
Hinweise:

Das Ganze erzeugt und löscht die Teile i.d.R. nicht selbst.

Das Ganze besitzt häufig Methoden zum Hinzufügen und Entfernen von Teilen sowie
zum Besuchen aller Teile.
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
253
Klassendiagramme
Beziehungen zwischen Klassen: Komposition
Definition: Komposition
Eine Komposition ist eine starke Form der Aggregation. Hier sind das Ganze und seine Teile
untrennbar miteinander verbunden.

Beispiel:
GameController
Ganzes
Komposition, Multiplizität ist 1
0..*
Figure
Das Teil kennt das
Ganze nicht (Pfeilspitze).
Teil
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
254
Klassendiagramme
Beziehungen zwischen Klassen: Komposition


Eigenschaften einer Komposition:

Die Lebensdauer des Ganzen ist von der Lebensdauer der Teile unabhängig. Beim
Löschen eines Teils bleibt das Ganze bestehen.

Die Lebensdauer der Teile ist von der Lebensdauer des Ganzen abhängig: Beim Löschen
des Ganzen werden die Teile auch gelöscht.

Teile können nicht in mehreren Ganzen gleichzeitig verwendet werden.

Die Teile kennen das Ganze häufig nicht.
Einsatzgebiete für Komposition  siehe Aggregation
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
255
Klassendiagramme
Beziehungen zwischen Klassen: Komposition

Spezialfall der Komposition: Multiplizität 0..1
GameController
0..1
0..*
Figure



Figuren dürfen außerhalb und ohne Bezug zum Controller erzeugt werden.
Sie werden dann als Teile am Controller registriert und gehören ab diesem Zeitpunkt zum
Controller.
Figuren dürften auch an einen anderen Controller übertragen werden.
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
256
Klassendiagramme
Beziehungen zwischen Klassen: Komposition

Implementierung einer Komposition (in Java wie bei einer Aggregation):
public class GameController {
private ArrayList<Figure> figures;
public abstract class Figure {
// ...
}

// ...
}
Hinweise:

Häufig ist es sinnvoll, dass das Ganze die Teile selbst erzeugt und löscht: Die Teile können
nicht so versehentlich auch ohne das Ganze verwendet werden.

Das Ganze besitzt i.d.R. Methoden zum Erzeugen und Entfernen von Teilen sowie zum
Besuchen aller Teile.
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
257
Klassendiagramme
Beziehungen zwischen Klassen: Hinweise zur Auswahl

Wann wird ein bestimmter Beziehungstyp verwendet?

Existenzabhängige Teil-Ganzes-Beziehung: Komposition

Logische Einheit, die nicht existenzabhängig ist: Aggregation

Kaskadierende Methodenaufrufe: Aggregation (z.B. Pacman-Spiel, in dem die Spielfläche
die Aufrufe zum Neuzeichnen an die Figuren weiter leitet)

Rumbaugh: „Think of Aggregation as a modeling placebo“.
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
258
Klassendiagramme
Beziehungen zwischen Klassen: Vererbung einer Assoziation


Die Vererbung von Assoziationen wird meist in folgenden Szenarien verwendet:

Es besteht bereits eine Assoziation zwischen zwei Basisklassen.

Es soll ausgedrückt werden, dass die Assoziation einer abgeleiteten Klasse immer nur mit
der Assoziation einer anderen abgeleiteten Klasse hergestellt werden soll.
Beispiel:
Artikel
*
-artikel
Fachartikel
Holger Vogelsang
schreibt
1
Person
-autor
Redakteur
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
Nur der Redakteur
kann Fachartikel
schreiben  Eine
Assoziation kann
z.B. nicht von einer
„normalen“ Person
zum Fachartikel führen.
259
Klassendiagramme
Übersicht zu Klassendiagramm (vereinfacht)
Darstellung der wichtigsten Elemente durch MagicDraw:
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
260
Klassendiagramme
Klassen im Pacman-Spiel (unvollständig)
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
261
Klassendiagramme
Beispiel aus der Klausur WS 2012/2013

Fiktives Flugbuchungssystem:

Kunde: Name, Anschrift, E-Mail-Adresse, Angabe (privat/geschäftlich), Login-Name,
Passwort

Flug: Flugnummer, Datum, Uhrzeit, Start- und Endflughafen, Gebühr, abhängig vom
Startflughafen, Preis, abhängig von der Klasse (1. Klasse, Business-Klasse, 2. Klasse). Es
werden alle Sitze einer Klasse zum selben Preis angeboten.

Buchung: Jeder Kunde kann beliebig viele Flugbuchungen gleichzeitig vornehmen. Eine
Buchung kann mehrere Sitzplätze in derselben Klasse umfassen. Die Zahlungsart müssen
Sie nicht berücksichtigen.

Reservierung: Ist sich ein Kunde noch nicht ganz sicher, ob er einen Flug buchen möchte,
dann kann er sich diesen für einen Zeitraum von 24 Stunden kostenlos reservieren.

Zusatzoptionen bei der Buchung: Zu einem Flug können optionale Leistungen
hinzugebucht werden, für die aber zusätzliche Kosten anfallen
(Reiserücktrittsversicherung, Sitzplatz am Notausstieg, Übergepäck, eventuell weitere (je
nach Fluggesellschaft und Flugzeugtyp)).
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
262
Fehlerbehandlung mit Ausnahmen
Übersicht
Java und
UML
Schritte,
Software
Imperative
Aspekte
ObjektKlassenorientierung diagramme
Klassen,
Objekte
Überladen
Ausnahmen
Pakete
Funktionale
Programmierung
Fehler
Zusicherungen
Vererbung
Gener.
Klassen
Überschreiben
Aufzähltypen
Regeln
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
263
Fehlerbehandlung mit Ausnahmen
Motivation



Welche Arten von Fehlern gibt es?
Wie können Laufzeitfehler sicher gefunden werden?
Wie sollten Laufzeitfehler einer Methode dem Aufrufer mitgeteilt werden?
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
264
Fehlerbehandlung mit Ausnahmen
Fehlerklassifikation


Erwartete Fehler durch Aufruf einer prinzipiell unsicheren Methode

Auftreten: Es muss bei jedem Aufruf mit dem Fehler gerechnet werden.

Beispiel: Versuch, eine Datei zum Lesen zu öffnen, die nicht existiert

Vermeidung: nicht möglich

Behandlung: ja
Unerwartete Fehler durch Programmierfehler oder mangelnde Systemressourcen

Auftreten: Eigentlich sollte der Fehler nie auftreten.

Beispiel: zu wenig Hauptspeicher vorhanden, Stacküberlauf

Vermeidung: nur begrenzt möglich (intensive Programmtests)

Behandlung: nur begrenzt möglich (z.B. Datensicherung vor der Programmbeendigung)
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
265
Fehlerbehandlung mit Ausnahmen
Fehlerklassifikation

Sonderfall: Erwarteter oder unerwarteter Fehler während der Fehlerbehandlung

Auftreten: siehe erwarteter und unerwarteter Fehler

Beispiel: Die Fehlermeldung kann wegen fehlender Schreibrechte oder zu geringen
freien Hauptspeichers nicht in eine Datei geschrieben werden.

Vermeidung: nur bei sehr einfacher Fehlerbehandlung möglich

Behandlung: hängt vom Fehler ab
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
266
Fehlerbehandlung mit Ausnahmen
Reaktionen auf Fehler



Sofort behandelbarer Fehler

Auswirkung: Das Programm kann auf den Fehler reagieren und seine Arbeit (eventuell
eingeschränkt) fortsetzen.

Reaktion: ignorieren (wenn sinnvoll möglich), alternativen Programmablauf starten

Beispiel: Bei fehlender Eingabedatei werden immer Standardwerte angenommen.
Nicht sofort behandelbarer Fehler

Auswirkung: Der Fehler kann an der Stelle, an der er auftritt, nicht behandelt werden.

Reaktion: Fehlermeldung an den Aufrufer der Methode

Beispiel: Datei existiert nicht  sollen Standardwerte verwendet werden/soll der
Benutzer gefragt werden? Kann eventuell an der Stelle des Fehlers nicht entschieden
werden.
Nicht sinnvoll behandelbarer Fehler

Auswirkung: sinnvolle Programmfortsetzung nicht möglich

Reaktion: i.d.R. Programmbeendigung mit vorheriger Datensicherung (sofern möglich)

Beispiel: Stacküberlauf, schwere Programmierfehler
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
267
Fehlerbehandlung mit Ausnahmen
Exceptions – Idee




Fehlerbehandlung bisher:

Ein Methode m1 stellt einen Fehler fest und liefert ein Ergebnis, das diesen Fehler
beschreibt.

Die aufrufende Methode m1 der Methode m2 stellt fest, dass m2 einen Fehler
zurückliefert und beendet die eigene Arbeit mit der Rückgabe eines Fehlers.

usw...
Schlechte Lösung, da sich eventuell große Teile einer Methode mit der Fehlerbehandlung
befassen. Eine Trennung von Fehler- und Normalfall ist nicht vorhanden.
Fehler werden häufig über viele Aufrufebenen hinweg nach „oben“ weitergereicht, ohne
dass die Fehler direkt bearbeitet werden.
Java bietet das Konzept der Ausnahme (Exception) zur besseren Fehlerbehandlung. Damit
muss nicht der Rückgabewert einer Methode zur Fehlerübermittlung missbraucht werden.
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
268
Fehlerbehandlung mit Ausnahmen
Exceptions – Idee
Einsatzgebiete



Meldung von Fehlern, die nicht lokal am Ort der Entstehung behoben werden konnten:

Beispielsweise kann der Autor einer Bibliothek Laufzeitfehler („Datei existiert nicht“ etc.)
zwar erkennen, er ist aber selten in der Lage, diese im Kontext des aufrufenden
Programms richtig zu behandeln.

Der Anwender der Bibliothek dagegen weiß, wie er mit den Fehlern umgehen soll.
Die Behandlung von anderswo gefundenen Fehlern.
Syntax:
try {
// versuche, eine Aufgabe zu lösen
}
catch (Fehlerklasse fehler) {
// behandle Fehler des Typs "Fehlerklasse"
}
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
269
Fehlerbehandlung mit Ausnahmen
Exceptions – Idee

Beispiel (Zugriff auf den Vektor, angelehnt an ArrayList):
public class Vector<E> {
private E[] values;
private int size;
// ...
public E getValue(int index) {
if (index >= size || index < 0)
throw new IndexOutOfBoundsException("Index: " + index + ", Size: " + size);
return values[ index ];
}
}
public static void main(String[] args) {
Vector<Double> vector = new Vector<>(3, 0.0);
try {
System.out.println(vector.getValue(0));
System.out.println(vector.getValue(4));
}
catch (IndexOutOfBoundsException ex) {
System.err.println("Oops" + ex.getMessage());
}
}
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
270
Fehlerbehandlung mit Ausnahmen
Mehrere Exceptions
Behandlung mehrerer Ausnahmen

Syntax:
try {
// versuche, eine Aufgabe zu lösen
}
catch (FehlerTyp1 ex1) {
// behandle Fehler-Typ1
}
catch (FehlerTyp2 ex2) {
// behandle Fehler-Typ2
}

Unbehandelte Ausnahmen:

Beendigung der Methode

Auslösung der Ausnahme in der aufrufenden Methode

Dieses Spiel funktioniert solange, bis eine Methode die Ausnahme abfängt oder das
Programm beendet wurde.
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
271
Fehlerbehandlung mit Ausnahmen
Mehrere Exceptions


Es dürfen auch mehrere, unabhängige Fehler durch ein sogenanntes „multi-catch“
abgefangen werden:
Syntax:
try {
// versuche, eine Aufgabe zu lösen
}
catch (FehlerTyp1 ex1 | FehlerTyp2 ex2) {
// behandle Fehler-Typ1 und Fehler-Typ 2
}
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
272
Fehlerbehandlung mit Ausnahmen
Mehrere Exceptions


Ausnahmen werden in den catch-Blöcken in der Reihenfolge ihres Auftretens ausgewertet.
Abfangen aller möglichen Ausnahmen:
try {
// versuche, eine Aufgabe zu lösen
}
catch (FehlerTyp1 ex) {
// behandle Fehler-Typ1
}
catch (Throwable thr) { // Alle unbehandelten Fehler
// behandle alle anderen Fehler
}

Ausnahmen können auch im catch-Block ausgelöst werden:
try {
// versuche, eine Aufgabe zu lösen
}
catch (FehlerTyp1 ex) {
// behandle Fehler-Typ1
throw ex;
// Fehler weitermelden
}
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
273
Fehlerbehandlung mit Ausnahmen
Exceptions mit Klassenhierarchien



Exception-Klassen können ganze Klassenhierarchien bilden.
Im catch-Block kann auch die Basisklasse einer Ausnahme angegeben werden, um eine
Ausnahme einer abgeleiteten Klasse abzufangen.
Beispiel:
public class FileNotFoundException extends IOException {
// ...
}

Eine FileNotFoundException kann jetzt auch durch die Angabe ihrer Basisklasse
abgefangen werden:
public void m() {
try {
// …
throw new FileNotFoundException();
}
catch (IOException ex) {
// …
}
}
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
274
Fehlerbehandlung mit Ausnahmen
Exceptions mit Klassenhierarchien

Es können auch mehrere catch-Blöcke vorhanden sein, die sowohl die abgeleitete Klasse als
auch die Basisklasse der Ausnahme abfangen. Achtung Reihenfolge:
public void m() {
try {
// ...
throw new FileNotFoundException();
}
catch (IOException ex1) {
// ...
}
catch (Throwable thr) {
// ...
}
}

Wird erst Throwable abgefangen, dann wird der catch-Block von IOException nie
betreten.
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
275
Fehlerbehandlung mit Ausnahmen
Exceptions: Hinweise

Generelle Ausräumarbeiten nach einem erfolgreichem try oder einer Ausnahme mit
finally. Beispiel:
public void m() {
try {
// ...
throw new FileNotFoundException();
}
catch (IOException ex1) {
// ...
}
finally {
// Wird immer betreten
}
}


Ein „echtes“ Beispiel folgt im nächsten Kapitel.
Seit Java 7 gibt es ein erweitertes try-Konstrukt  siehe Kapitel zur Ein/Ausgabebehandlung.
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
276
Fehlerbehandlung mit Ausnahmen
Exceptions mit Klassenhierarchien




Arten der Ausnahmen:
gelb: unerwartete und in der Regel nicht sinnvoll behandelbare Fehler
grün: unerwartete und in der Regel nicht sinnvoll behandelbare Fehler
(„Programmierfehler“)
rot: erwartete und sofort oder später behandelbare Fehler (erben direkt von Exception,
nicht von RuntimeException)
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
277
Fehlerbehandlung mit Ausnahmen
Eigenschaften und Deklaration erwarteter Fehler

Erwartete und sofort oder später behandelbare Fehler (rot markiert):

Einem Anwender einer Methode muss die Art der Ausnahme, die diese auslösen kann,
angegeben werden.

Syntax:
ret-type method-name(params) throws Exceptions
Beispiel:
public int readFromFile(String name) throws FileNotFoundException,
EOFException {
Beispiel durch Angabe der Basisklasse IOException (FileNotFoundException und
EOFException erben davon):
public int readFromFile(String name) throws IOException {

Ohne Spezifikation kann die Methode nur unerwartete oder gar keine Ausnahmen
auslösen.
Beispiel:
public int getValue(int index) {
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
278
Pakete
Übersicht
Java und
UML
Schritte,
Software
Imperative
Aspekte
ObjektKlassenorientierung diagramme
Klassen,
Objekte
Überladen
Ausnahmen
Pakete
Funktionale
Programmierung
Fehler
Zusicherungen
Vererbung
Gener.
Klassen
Überschreiben
Aufzähltypen
Regeln
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
279
Pakete
Motivation


Was passiert, wenn zwei Hersteller Klassen mit demselben Namen erstellt haben und
beide Klassen in einem Projekt zusammen benutzt werden sollen?
Wie können logisch zusammengehörige Klassen gruppiert werden?
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
280
Pakete
Idee



Ein Paket sollte eine Anzahl logisch zusammengehöriger Klassen, Schnittstellen, Ausnahmen,
Fehler, Aufzähltypen und Annotationen beinhalten.
Beispiel:

alle Klassen, die mathematische Berechnungen durchführen

alle Klassen, die Text formatieren
Der Paketname entspricht einem Verzeichnis im Dateisystem.
Beispiel:
Klasse Complex im Paket de.hska.iwii.math: Sowohl die Quelltextdatei Complex.java
als auch die Bytecode-Datei Complex.class sollten in in einem Unterverzeichnis
de/hska/iwii/math liegen.
Festlegung der Paket-Zugehörigkeit einer Klasse: Anweisung in der Klasse der Form package
Paket-Name;. Diese Anweisung sollte die erste in der Datei sein.
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
281
Pakete
Idee

Verwendung einer Klasse eines anderen Pakets:

Variante 1: import Paketname.*; Beispiel:
import de.hska.iwii.math.*;
// Bindet alle Klassen des Pakets
// de.hska.iwii.math ein
//...
Complex value = new Complex();

Variante 2: import Paketname.Klassenname; Beispiel:
import de.hska.iwii.math.Complex;
// Bindet Complex des Pakets
// de.hska.iwii.math ein.
//...
Complex value = new Complex();

Variante 3: Verwendung des vollständigen Klassennamens. Beispiel:
//...
de.hska.iwii.math.Complex value = new de.hska.iwii.math.Complex();


Nach Aussage von Oracle sollte Variante 1 vermieden werden.
Das Paket java.lang des JDK ist immer automatisch eingebunden.
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
282
Pakete
Aufbau

Allgemeiner Aufbau eines Namens (kann variieren):
Organisation.Paketname.Klassenname.Methodenname
Beispiele:
Paket
Klasse
Methode
de.hska.ss2012.project2.math.Complex.add()
Land Hochschule
KA
Semester
Projekt
Paket
Teil des
Projektes
Klasse
Methode
com.mycompany.math.Complex.add()
Kommerziell
Firma
Teil des
Projektes
Paket
Klasse
Methode
javax.swing.table.DefaultTableModel.getDataVector()
Zusatzklasse
des JDK
Holger Vogelsang
GUIPaket
Tabelle
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
283
Pakete
Inhalte eines Pakets




Innerhalb eines Pakets müssen die Namen eindeutig sein: Es darf eine Klasse Complex
mehrfach geben, solange sie in unterschiedlichen Paketen liegt.
Beispiel: java.util.Timer und javax.swing.Timer
So ganz stimmt die Aussage nicht:

Der komplette Paketname (der Pfad inkl. Klassenname) darf mehrfach vorkommen,
wenn die Pakete durch unterschiedliche Klassenlader (Classloader) geladen werden.

Also: Klassenlader + Paketname muss eindeutig sein!
Es ist mindestens ein Klassenlader in der virtuellen Maschine aktiv:

Er kennt mehrere Dateipfade oder jar-Dateien, aus denen er die Klassen und
Schnittstellen lädt.

Weitere Klassenlader können erstellt und verwendet werden.
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
284
Funktionale Programmierung
Übersicht
Java und
UML
Schritte,
Software
Imperative
Aspekte
ObjektKlassenorientierung diagramme
Klassen,
Objekte
Überladen
Ausnahmen
Pakete
Funktionale
Programmierung
Fehler
Zusicherungen
Vererbung
Gener.
Klassen
Überschreiben
Aufzähltypen
Regeln
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
285
Funktionale Programmierung
Einführung

Funktionale Programmierung

Das Programm besteht u.A. aus einer Anzahl Funktionen, die sich gegenseitig aufrufen
können.

Syntax in LISP für einen Funktionsaufruf:
(Funktionsname Param1 ... ParamN)
(+ 2 4) ; ruft Funktion + auf, die die Summe von 2 und 4 zurückgibt


Rein funktionale Programmiersprachen:
- Funktionen besitzen keine Nebeneffekte (keine Manipulation von Zuständen), geben
nur Ergebnisse zurück  Funktionen im mathematischen Sinn.
Funktionen höherer Ordnung: Funktionen können als Parameter übergeben werden.
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
286
Funktionale Programmierung
Einführung




Das Lambda-Kalkül war einer der ersten Ansätze, solche funktionalen Programme zu
beschreiben:

Funktionsabstraktion: λ x.A (anonyme Funktion mit x als Eingabeparameter und
Funktionsdefinition A), x hat keinen Typ

Funktionsanwendung: F A (Funktion F wird auf den Ausdruck A angewendet)
Beispiele:

Identität: λ x.x

x2: λ x.x*x, angewandt auf 3: (λ x.x*x)3 ergibt 9
Was soll das in einer Java-Einführung????
Seit Java 8 bietet Java einen recht eleganten Ansatz zur funktionalen Programmierung.
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
287
Funktionale Programmierung
Einführung

Rückblick auf den „Vergleicher“ mit der generischen Schnittstelle Comparator<T>:
public class Customer {
// ...
private int number;
// Getter und Setter
}

Vergleicher für zwei Kundenobjekte:
public class CustomerNumberComparator implements Comparator<Customer> {
@Override
public int compare(Customer c1, Customer c2) {
return c1.getNumber() – c2.getNumber();
}
}

Hinweis damals: Es wird eine „Funktion“ in einem Objekt gekapselt.
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
288
Funktionale Programmierung
Einführung


Warum kann die Funktion nicht direkt übergeben werden?

Die Funktion erwartet zwei Objekte der Klasse Customer.

Die Funktion gibt ein Ergebnis vom Typ int zurück.

Java unterstützt seit Version 8 die Übergabe solcher unbenannter Funktionen, auch
Lambdas genannt.

Die Funktionen werden zu Methoden in Klassen, die Schnittstellen implementieren.
Beispiel Comparator:

Statt
Collections.sort(customers, new CustomerNumberComparator());

Einfacher
Collections.sort(customers,
(c1, c2) -> c1.getNumber() - c2.getNumber());

Die Klasse CustomerNumberComparator wird überflüssig!
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
289
Funktionale Programmierung
Einführung

Was passiert hier?
Vorhandene Methode
Erzeugter Aufruf mit anonymer innerer Klasse
sort(List<T> arg0,
Comparator<? super T> arg1)
sort(customers,
new Comparator<Customer>() {
@Override
public int compare(Customer c1,
Customer c2) {
return c1.getNumber() c2.getNumber();
}
});
benötigt
Vorhandene Schnittstelle
public interface Comparator<T> {
int compare(T arg0, T arg1);
// ...
} benötigter
Methodenrumpf
Rückgabetyp
übergebene
Parameter
benötigte
Parameter
Aufruf
sort(customers, (c1, c2) -> c1.getNumber() - c2.getNumber())
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
290
Funktionale Programmierung
Einführung


Warum benötigen im Aufruf die Parameter c1 und c2 keine Typangabe?
sort(customers, (c1, c2) -> c1.getNumber() - c2.getNumber())
Der Compiler kann die Typen selbst ermitteln:

customers ist vom Typ ArrayList<Customer>.

Damit wird der generische Parameter T in der aufgerufenen Methode eine CustomerKlasse: sort(List<T> arg0, Comparator<? super T> arg1)

Der generische Typ im Comparator muss also auch Customer oder eine Basisklasse
davon sein.

Die compare-Methode der Schnittstelle Comparator besitzt zwei Übergabeparameter
vom Typ T, also auch vom Typ Customer.

Damit sind die beiden Parameter c1 und c2 vom Typ Customer.
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
291
Funktionale Programmierung
Lambda-Ausdrücke




Lambda-Ausdrücke werden dadurch umgesetzt, dass anonyme innere Klassen Schnittstellen
implementieren.
Die Schnittstellen dürfen nur eine abstrakte Methode besitzen. Weitere default- oder
statische Methoden sind erlaubt.
Solche Schnittstellen werden auch funktionale Schnittstellen (functional interfaces) genannt:

Sie erlauben die Übergabe einer „Funktion“.

Sie können mit der Annotation @FunctionalInterface markiert werden.

Im Paket java.util.function gibt es bereits sehr viele solcher Schnittstellen.
Die übergebenen Objekte anonymer innerer Klassen werden als Funktions-Objekte
(functional objects) oder Funktoren (functors) bezeichnet  Code als Objekt!
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
292
Funktionale Programmierung
Lambda-Ausdrücke


Welche Schnittstelle wird nun zum Sortieren verwendet?

Sie muss zwei Parameter desselben Typs akzeptieren und einen int-Wert als
Ergebniszurückgeben  generische Schnittstelle.
Beispiel: Namen anhand ihrer Länge sortieren (Wiederholung Comparator):
ArrayList<String> names = new ArrayList<>();
// füllen
Collections.sort(names, (n1, n2) -> n1.length() - n2.length());

Oder etwas länger:
Comparator<String> comp = (o1, o2) -> o1.length() - o2.length();
Collections.sort(names, comp);
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
293
Funktionale Programmierung
Lambda-Ausdrücke

Weiteres Beispiel: Durchlaufen einer Datenstruktur (kommt später noch genauer).

„Klassisch“:
ArrayList<String> names = new ArrayList<>();
// füllen
for (int i = 0; i < names.size(); i++) {
System.out.println(names.get(i));
}


Immer derselbe Aufbau: Schleife, mit dem eigentlichen Inhalt
Warum nicht den eigentlichen Inhalt als Funktion übergeben?
names.forEach(n -> System.out.println(n));

forEach erwartet ein Objekt, dessen Klasse die Schnittstelle Consumer<T>
implementiert, vereinfacht:
@FunctionalInterface
public interface Consumer<T> {
void accept(T);
}

Comsumer: erwartet einen Wert, gibt nichts zurück („konsumiert“)
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
294
Funktionale Programmierung
Lambda-Ausdrücke

Es geht noch einfacher mit einer Methodenreferenz:
names.forEach(System.out::println);
:: leitet einen Verweis auf eine Methode (hier println) ein.

Der Compiler untersucht, ob die Methode einen Wert des Typs String (names ist eine
ArrayList<String>) erwartet und erzeugt automatisch ein Objekt der inneren Klasse.
Hinweise zur Syntax:

(int x, int y) -> x + y:
- Typangaben sind nur erforderlich, wenn der Compiler sie nicht selbst ermitteln kann.
- Bei mehr als einem Parameter sind Klammern links erforderlich.

(x, y) -> x + y: Der Compiler kann die Typen von x und y selbst bestimmen.

x -> 2 * x: Bei einem Parameter sind die Klammern nicht erforderlich.

() -> 42: Ohne Parameter müssen leere Klammern („burger“) gesetzt werden.

System.out::println: Methodenreferenz als Kurzform für
x -> System.out.println(x)

Customer::new: Referenz auf einen Konstruktor


Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
295
Funktionale Programmierung
Lambda-Ausdrücke


In vielen Datenstrukturen müssen die Lamda-Ausdrücke frei von Nebeneffekten sein:

Sie dürfen die Datenstruktur, auf der sie aufgerufen werden, nicht verändern.

Sie dürfen keine anderen Daten verändern.
Viele weitere Beispiele zu Lambda-Ausdrücken kommen in den Kapiteln zu JavaFX und
Datenstrukturen.
Holger Vogelsang
Informatik 2 - Einführung in Java und UML
296

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