ABSTRAKTE KLASSEN UND 3. Kapitel...

TechnikenderProgrammentwicklung

Prof.Dr.WolfgangSchramm

ABSTRAKTEKLASSENUNDINTERFACES

3.Kapitel

1

Übersicht

1. ProgrammstrukturierungmitPaketen(packages)

2. Vererbung3. AbstrakteKlassenundInterfaces4. Ausnahmebehandlung5. Datenströme:dieJavaio-Bibliothek6. Multithreading7. InnereKlassen8. Collections9. Generics10. Reflection

2

LernzieledesKapitels

¨ Verstehen,waseineabstrakteMethodeistundwozusieeingesetztwird.

¨ AbstrakteKlassenundihreBedeutungverstehen.

¨ Verstehen,wasInterfacessindundwozusieeingesetztwerden.

¨ DenUnterschiedzwischenabstraktenKlassenundInterfacesverstehen.

¨ AbwägenwannInterfacesundwannabstrakteKlasseneingesetztwerden.

2

3

Inhalt

o AbstrakteKlassen¤ Definition,Bedeutung¤ EinsatzbereichvonabstraktenKlassen¤ Beispielszenario

o Interfaces¤ Definition,Bedeutung¤ EinsatzbereichvonInterfaces

o AbstrakteKlassenvs.Interfaces

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AbstrakteMethoden,AbstrakteKlassen

o Abstrakte Methoden:¤ bestehenausschließlichausderDeklaration(=Schnittstelle),¤ enthaltenkeineImplementierung,d.h.der(Methoden-)Rumpfistleer¤ könnennurpublic oderprotected sein,¤ sindmitdemAttributabstract versehen,¤ könnennichtdirektaufgerufenwerden(→ dynamischeBindung).

o Abstrakte Klassen:¤ Klassen,dieeineabstrakteMethodeenthalten,¤ müssenselbstalsabstraktdeklariertwerden(abstract),¤ sindalsObjekttypzulässig,abereskönnenkeineObjekteder

abstraktenKlasseerzeugtwerden.

5

AbstrakteKlassen→ KonkreteKlassen

o AbstrakteKlassenkönnennichtinstanziiert werden.o Überschreiben einerabstrakten Methode ineiner

Unterklasse+ImplementierungdesfehlendenMethodenrumpfes:abstrakteMethodewirdkonkret.

o Unterklasse einerabstraktenKlasse¤ implementiertalle ihreMethodenoder¤ implementierteinenTeilihreMethoden→ istselbstabstrakt

(schrittweiseKonkretisierung).

o FürObjektevomTypabstrakterKlassen,dieeinObjekteinerabgeleitetenkonkretenKlassereferenzieren,könnenMethodenaufgerufenwerden(→ Polymorphismus).

6

AbstrakteKlassen– Wozu?

o AbstrakteKlassensindeinwichtigestechnischesKonzeptderobjektorientiertenSoftwareentwicklung.

o Siedienendazu,dieSchnittstellenkünftigerUnterklassenfestzulegen(wennmanz.B.nochkeineImplementierungangebenkannoderwill).

o SiesindquasieinMuster(TemplateMethod Pattern),dasvorgibt,welcheMethodeninUnterklassenimplementiertwerdenmüssen.

o ErstdieUnterklassenwissen,wiesichdieMethodengenauverhaltensollen.

o EineabstrakteKlassewirktwieeinSteckplatz,indenObjektederUnterklasseneingestecktwerden.

o Software,diesolcheSteckplätzebereitstellt=Framework.

7

AbstrakteKlassen:Motivation- Beispiel-Szenario

Linie

x2, y2 : float

Kreis

r : float

berechneFläche () : floatverdoppleFläche ()

Punkt

Quadrat

l : float


Rechteck

länge, breite : float


GeometrischeFigur

verschiebe ( dX, dY : float )

OffsetPunkt

x, y : float

offset4

Quelle: [Knauber]

8

BenutzungdergeometrischenObjekte

¨ BeabsichtigteVerwendung(Beispiel):GeometrischeFigur [] gf = new GeometrischeFigur[100];...for ( int i=0; i<100; i++ )

gf[i].verschiebe( 5, 0 );

¨ Aber:DerfolgendeCodewirdvomCompilernichtakzeptiert,auchwennnurKreise,QuadrateundRechteckeimArrayenthaltensind.

float sum = 0f;for ( int i=0; i<100; i++ )

sum += gf[i].berechneFläche();System.out.println( "Gesamtfläche: " + sum );

¨ Grund:NichtallegeometrischenObjektekönnenihreFlächeberechnen,derCompilerkannnichtgarantieren(erprüftnurdieDeklaration!),dassfürjedesObjekteineMethodeberechneFläche() existiert.

9

Lösung:EinführeneinerzusätzlichenKlasse

Linie

x2, y2 : float

Punkt

GeometrischeFigur


OffsetPunkt

x, y : float

offset4

Kreis

r : float


Quadrat

l : float


Rechteck



10

Lösung:EinführeneinerzusätzlichenKlasse

Linie

x2, y2 : float

Punkt

GeometrischeFigur


OffsetPunkt

x, y : float

FigurMitFläche


Es ist nicht sinnvoll,diese Klasse zuinstanziieren!

Sie sollte "abstrakt"bleiben.

offset4

Diese Methodenkönnen hier nicht(konkret) definiert

werden!Sie bleiben "abstrakt";

also muss auch dieKlasse abstrakt bleiben.

Kreis

r : float


Quadrat

l : float


Rechteck



11

BenutzungderzusätzlichenKlasseFigurMitFläche

o BeabsichtigteVerwendung(Beispiel)FigurMitFläche [] fmf = new FigurMitFläche[100];...for ( int i=0; i<100; i++ )fmf[i].verschiebe( 5, 0 );

o DieVereinbarungvonfmf alsArrayvonFigurenmitFlächelässtnurnur Kreise,QuadrateundRechteckezu(keinePunkteundLinien)

float sum = 0f;for ( int i=0; i<100; i++ )sum += fmf[i].berechneFläche();

System.out.println( "Gesamtfläche: " + sum );

12

Beispiel:AbstrakteKlasse

o VomlogischenundvomimplementierungstechnischenGesichtspunktsinnvollà KlasseGeometrischeFigur :¤ AllebetrachtetenFigurenSIND(spezielle)geometrischeObjekte.¤ DieKlasseGeometrischeFigur fasstdieGemeinsamkeitenaller

speziellengeometrischenObjektezusammen:n AllebesitzeneinenUrsprungspunkt.n AllesindrelativzudiesemUrsprungspunktangelegtunddadurchverschiebbar.

¤ DerentsprechendeProgrammcode(AttributeundMethode)mussnureinmalgeschriebenwerdenundistzentralwartbar.

o Aber:Nichtsinnvoll,dieObjekteGeometrischeFigur zuerzeugen: "GeometrischeObjekte"existiereninderrealenWeltnicht,esgibtnurObjektederspezialisiertenUnterklassen.à abstrakteKlasseverhindertInstanziierung.

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Implementierung(Teil1)

class OffsetPunkt {

float x, y;

OffsetPunkt( float x, float y ) {this.x = x;this.y = y;

}

void verschiebe(float dx, float dy) {this.x += dx;this.y += dy;

}

} // OffsetPunkt

class Punktextends GeometrischeFigur {

Punkt( float x, float y ) {super( x, y );

}

} // Punkt

class Test {

static void main( String[] args ) {Punkt p = new Punkt( 3, 4 );p.verschiebe( 2, 3 );

}

} // Test

abstract class GeometrischeFigur {

OffsetPunkt offset;

GeometrischeFigur( float x, float y ) {offset = new OffsetPunkt( x, y );

}

void verschiebe ( float dx, float dy ) {offset.verschiebe( dx, dy );

} // verschiebe

} // GeometrischeFigur

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Beispiel:AbstrakteMethoden

o DieKlasse FigurMitFläche enthältdieMethodenberechneFläche undverdoppleFläche:¤ DieseMethodenkönnenhiernichtimplementiertwerden,

weilsiefürKreis,QuadratundRechteckunterschiedlichimplementiertwerdenmüssen.

® Methodenbleibenabstraktundmüssenauchabstraktdefiniertwerden:

abstract float berechneFläche ();abstract void verdoppleFläche ();

® Wennsie(mindestens)eineabstrakteMethodeenthält,mussdieKlasseselbstalsabstraktdefiniertwerden:

abstract class FigurMitFläche { … }

FigurMitFläche


15

Übersicht:BeispielmitabstraktenKlassenundMethoden

Linie

x2, y2 : float

Kreis

r : float


Punkt

Quadrat

l : float


Rechteck



GeometrischeFigur


OffsetPunkt

x, y : float

FigurMitFläche


offset4

FigurMitFläche

berechneFläche () : float

verdoppleFläche ()

GeometrischeFigur


Kursive Schriftkennzeichnet abstrakteKlassen und Methoden.

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AbstrakteKlassen– AchtungbeimKonstruktor

o AbstrakteKlassenkönnennichtinstanziiertwerden.o D.h.mankannkeinObjektderabstraktenKlassedurchden

Konstruktoraufruf mitnew erzeugen.o TrotzdemhabenabstrakteKlasseneinenKonstruktor.o GibtesinderabstraktenKlasseesnureinenselbstdefinierten

Konstruktorà ProgrammierermusssichexplizitumdenKonstruktoraufruf derabstraktenOberklassekümmern.

è BezüglichderKonstruktoraufrufe geltenfürabstrakteKlassendieselbenRegelnwiefürkonkreteKlassen.

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Beispiel:Konstruktoren fürabstrakteKlassen

o DieKlasseFigurMitFläche beerbtdieKlasseGeometrischeFigur:¤ OhneexplizitenKonstruktorwirdFigurMitFläche

mitdemDefault-Konstruktorausgestattet.¤ DerDefault-Konstruktor(vonFigurMitFläche)

versucht,denDefault-KonstruktorderOber-klasse(GeometrischeFigur)aufzurufen.

¤ ZuGeometrischeFigur existiertkeinDefault-Konstruktor,daderfolgendeKonstruktordefiniertistundvondenKonstruktorenderKlassenPunkt undLinie benutztwird:GeometrischeFigur( float x, float y )

{ offset = new OffsetPunkt( x, y ); }

à FehlermeldungdurchdenCompiler.à FigurMitFläche benötigteinenKonstruktor,derdenexistierenden

KonstruktorvonGeometrischeFigur aufruft,obwohlFigurMitFläche eineabstrakteKlasseist!

FigurMitFläche

GeometrischeFigur

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Implementierung(Teil2)

abstract class FigurMitFläche extends GeometrischeFigur {

FigurMitFläche ( float x, float y ) {super( x, y );

}

abstract float berechneFläche ();

abstract void verdoppleFläche ();

} // FigurMitFlächeclass Kreis extends FigurMitFläche {

float r;

Kreis( float x, float y, float r ) {super( x, y );this.r = r;

}

float berechneFläche () {return r*r*3.14f;

}

void verdoppleFläche () {r *= Math.sqrt( 2 );

}

} // Kreis

20

AbstrakteKlassenamBeispiel– wasistzubeachten1/2

o EskönnenObjektedefiniertwerden,dieInstanzenderKlasseFigurMitFläche aufnehmenkönnen:

FigurMitFläche f;o Folgerung:

DieseObjektekönnennurvoninstanziierbaren UnterklassenvonFigurMitFläche (z.B.Kreis,Quadrat)belegtwerden:

f = new Kreis( 2, 3, 4 );f = new Quadrat( 2, 3, 4 );

o Grund:ObjektevonKlassenkönnenüberalldortverwendetwerden,woObjekteihrerOberklassenverwendetwerdenkönnen(PrinzipderVererbungs-beziehung:einKreis isteinespezielleFigurMitFläche etc.).

21

AbstrakteKlassenamBeispiel– wasistzubeachten2/2

o AlleUnterklassenvonFigurMitFläche erbendieabstraktenMethoden.

o Konsequenzen:® DieUnterklassenmüssenalsabstraktdefiniertwerden,sofernsienicht

Implementierungenaller(geerbten)abstraktenMethodenzurVerfügungstellen(derCompilerprüftdas).

® Istein(instanziierbares)ObjektvonderUnterklassevonFigurMitFläche (alsodefacto voneinerseinerUnterklassen),soistgarantiert,dassdieMethodenberechneFläche undverdoppleFläche daraufanwendbarundimplementiertsind.

® Esistmöglich,mitFlächen-Figuren(d.h.mitObjektenkonkreterUnterklassen)zuarbeiten,ohnezuwissen,umwelcheArtvongeometrischemFlächen-Figuressichhandelt:siewerdendieOperationenverschiebe,berechneFläche undverdoppleFläche ausführenkönnen(sonsthättemansienichtinstanziierenkönnen).

® Esistmöglich,Teilprogrammezuschreiben,dievollkommenvonden(womöglichvielspäterdefinierten)tatsächlichinstanziierbaren Flächen-FigurenabstrahierenundnurdurchihreMethodenmitihnenkommunizieren.

22

VerwendungvonabstraktenKlassen

o ZurHierarchisierung/Strukturierung,wennInstanzennichtsinnvollsind.

o ZurVorgabevonSchnittstellenfür(spätere)Unterklassen.

23

Interfaces(Klassenschnittstellen)

o KannmansichalsvollständigabstrakteKlassenvorstellen:¤ AlleMethodeneinesInterfacesindabstrakt,d.h.siegebennureine

Schnittstellevor,habenaberkeineImplementierung.¤ AlleMethodensindautomatischabstraktundöffentlich(public).¤ Konstantensindzulässig(undautomatischpublic static final).¤ Datenfelder(Attribute)sindnichtzulässig.¤ Konstruktoren sindnichtzulässig.

o EineKlasseimplementiertdasInterface.o DieKlasse(odereineihrerUnterklassen)mussdieMethodendes

InterfaceüberschreibenundmitCodefüllen.o EinInterfacekannmehrereImplementierungenhaben,d.h.

verschiedeneKlassenkönnendieselbeSchnittstelleimplementieren.

o EineKlassekannmehrereSchnittstellenimplementieren® Mehrfachvererbung(i.S.v.Subtyping).

o EinöffentlichesInterface(public interface)stellteinenVertragzwischeneinerKlasseundihrenVerwenderndar.

o EineKlassekannmehrere,verschiedeneVerträgeeingehen.

24

Klassenvs.Interfaces– Subclassing vs.Subtyping

Subclassing =Implementierungsvererbung– Codevererbung– Implementierungsaspekt

Subtyping =Schnittstellenvererbung– VererbungvonfestgelegtemVerhalten– Entwurfsaspekt

Java– Klassen definieren Typ undImplementierung

Wenn derTyp einer Variablen ein Klassenname ist,dann kann dieVariableein Objekt dieser Klasse oder einer Unterklasse dieser Klassereferenzieren.

– InterfacesdefinierenTypenWenn derTyp einer Variablen durch einen Intefacenamen definiert ist,dann kann dieVariableObjekt aller Klassen,diedasInterfaceimplementieren,referenzieren.

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BeispielfürdieDefinitioneinesInterface

public interface Groesse {

public int laenge();

public int hoehe();

public int breite();

}

• Festzulegen der Schnittstelle für den Zugriff auf die räumliche Ausdehnung eines Objekts.

• Diese Definition ähnelt sehr einer abstrakten Klasse.

• Durch das bloße Definieren eines Interfaces wird die gewünschte Funktionalität noch nicht zur Verfügung gestellt, sondern lediglich beschrieben.

• Soll sie Schnittstelle realisiert werden, muss eine Klasse das Interface implementieren:

® Erweiterung der class-Anweisung um eine implements-Klausel.

® Der Compiler sorgt dafür, dass alle im Interface geforderten Methoden definitionsgemäß implementiert werden.

® Zusätzlich "verleiht" er der Klasse einen neuen Datentyp, der ähnliche Eigenschaften wie eine echte Klasse hat.

26

BeispielefürdieImplementierungeinesInterface

public class FussballPlatz

implements Groesse {

public int laenge() {return 105000;}

public int hoehe() {return 0;}

public int breite() {return 70000;}

}

public int hoehe() {return 0;}

public int breite() {

int ret = 0;

if (format == 0) {ret = 841;}

else if (format == 1) {ret = 594;}




//usw...

return ret;

}

}

public class PapierBlatt implements Groesse {

public int format;

//0=DIN A0, 1=DIN A1 etc.

public int laenge() {

int ret = 0;

if (format == 0) {ret = 1189;}





//usw...

return ret;

}

1a

2

1b

27

VerwendungvonInterfaces

o InterfacessindgenausoTypenwieKlassenundkönnenüberalldortverwendetwerden,woaucheineKlasse(alsTyp)verwendetwerdenkann:¤ als Typ einer Variablen,¤ alsTypeinesParameters,¤ alsRückgabetypeinerMethode,¤ ineinemTyp-TestodereinemTypeCast.

o ÜberdenInterface-TypsindnurdieMethodendesInterfacessichtbar.

o ObjekteeinerKlasse(odervoneinerihrerUnterklassen),dieeinInterfaceimplementiert,könnenüberallalskonkreterWertfüreineVariableodereinenParametervomInterface-Typeingesetztwerden.

28

ImplementierungvonInterfaces

o Die implements-Beziehung wird weitervererbt.o Klassen,dieeinInterfaceimplementieren,

¤ implementierenalleMethodendesInterfacesoder¤ implementierennureinenTeil derMethoden→müssendannselbst

abstraktsein.

29

Interfacesinder UML

«interface»FigurMitFläche


Das Namensfeld wirddurch «interface» gekennzeichnet ("UML Stereotype")

Kreis

Die "implements"-Beziehungwird durch eine gestrichelte Linie

mit Vererbungspfeil gekennzeichnet

Test

Die "uses"-Beziehungwird durch eine gestrichelte Linie mit offenem Pfeil gekennzeichnet

30

VerwendenvonInterfaces- Beispiel

public static long grundflaeche(Groesse g) {

return (long)g.laenge() * g.breite();

}

public static void main(String[] args) {

//Zuerst erzeugen wir ein DIN A4-Blatt...

PapierBlatt blatt = new PapierBlatt();

blatt.format = 4;

//und dann einen Fußballplatz...

FussballPlatz platz = new FussballPlatz();

//Nun werden sie ausgegeben

System.out.println("Blatt: " + grundflaeche(blatt));

System.out.println("Platz: " + grundflaeche(platz));

}

Eine Interface-Variable ist kompatibel zu allen Objekten, deren Klassen dieses Interface implementieren.

31

DasInterfaceComparable

o Typische Anwendung von Interfaces: Eigenschaftenausdrücken, die auf Klassen aus unterschiedlichenKlassenhierarchien zutreffen können.

o Erkennungsmerkmal: Interfacename = (oft) substantiviertesEigenschaftswort.

o Bekanntes Beispiel (seit Version 1.2) in der Java-Klassenbibliothek:

Interface Comparable des Pakets java.lang:

public interface Comparable {public int compareTo(Object o);}

o Dieses Interface kann von Klassen implementiert werden,deren Objekte paarweise vergleichbar sind.

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Comparable - Beispiel

public static void main(String[] args) {//Erzeugen eines String-ArraysComparable[] objects = new Comparable[4];

objects[0] = "STRINGS";objects[1] = "SIND";objects[2] = "PAARWEISE";objects[3] = "VERGLEICHBAR";

//Sortieren und AusgebenbubbleSort(objects);for (int i = 0; i < objects.length; ++i) {

System.out.println((String)objects[i]);}

} Beachte: Generizität (Typunabhängigkeit) der Lösung. Es spielt keine Rolle, welche Art von Objekten sortiert wird, solange alle das Interface Comparable implementieren, wie z.B. bei Strings.

Eigene Klassen müssen ihre eigene Implementierung von Comparable beisteuern.

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Mehrfachimplementierung

o Esistmöglich(undgebräuchlich),dasseineKlassemehrereInterfacesimplementiert.

o SiemussdannzujedemInterfacealledarindefiniertenMethodenimplementieren.o MitjedemimplementiertenInterfacewirdsiezudemdadurchdefiniertenDatentyp

kompatibel.

public class Auto3 implements Groesse, Comparable {

public String name;

public int erstzulassung;

public int leistung;

. . .public int laenge() { // Implementierung zu IF Groesse } . . .

public int compareTo(Object o) { // Impl. zu IF Comparable

int ret = 0;

if (leistung < ((Auto3)o).leistung) { ret = -1;}

else if (leistung > ((Auto3)o).leistung) {ret = 1;}

return ret;

}

}

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VererbungvonInterfaces

o EineKlassevererbt,außerdenAttributenundMethodenauchdieInterfaces,diesieimplementiert.public class Auto2 implements Groesse { . . . }

public class Auto4 extends Auto2 implements Comparable {

...public int compareTo(Object o) {

int ret = 0;

if (leistung < ((Auto4)o).leistung) {ret = -1;}else if (leistung > ((Auto4)o).leistung) {ret = 1;}

return ret;

} }

o Die Klasse Auto4 erbt von Auto2 auch das Interface Groesse bzw. dessen Implementierung. Zusätzlich implementiert die Klasse das Interface Comparable. Damit sind die Klassen Auto4 und Auto3 (s.o.) gleichwertig.

35

AbleitungvonInterfaces

o Interfacesselbstkönnenauchabgeleitetwerden.o DasabgeleiteteInterface(erbtähnlicheinerKlasse)alle

MethodendefinitionendesBasis-Interfaces.o EineimplementierendeKlassemussdannauchalle

MethodenvonallenübergeordnetenInterfacesimplementieren.

o DieVererbungshierarchiezwischenInterfacesstehtnebenderVererbungshierarchiederKlassen.

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AbleitungvonInterfaces- Beispiel

interface EinDimensional {public int laenge();}

interface ZweiDimensional extends EinDimensional{public int breite();}

interface DreiDimensional extends ZweiDimensional{public int hoehe();}

interface VierDimensional extends DreiDimensional{public int lebensdauer();}

public class Mehrdimensional implements VierDimensional {

public int laenge() { return 0; }

public int breite() { return 0; }

public int hoehe() { return 0; }

public int lebensdauer() { return 0; }

}

37

WeitereAnwendungvonInterfaces

o ZentraleDefinitionvonKonstanten(gängigePraxisbisJava5)o ImplementierungvonFlagso NachbildungvonFunktionszeigern(sog.Callback-Funktionen)o Mehrfachvererbung

38

ZentraleDefinitionvonKonstanten

o NebenabstraktenMethodenkönnenInterfacesauchKonstanten(Membervariablen mitdenAttributenstatic undfinal)enthalten.

o WenneineKlasseeinInterfaceimplementiert,erbtsieauchalleKonstanten.

o Esistaucherlaubt,dasseinInterfaceausschließlichKonstantenenthält.o DieseEigenschaftkannnützlichsein,wenneinProgrammsehrviele

Konstantendefiniert.AnstattsieinihreneigenenKlassenzubelassenundbeijedemGebrauchmitKlasse.Name aufzurufen,könnteeineinzelnesInterfacedefiniertwerden,dasalleKonstantendefinitionen vereinigt.

o JedeKlasse,inderdieseKonstantenbenötigtwerden,mussdiesesInterfaceimplementieren.

Sollte nicht mehr verwendet werden: „Man implementiert kein Interface, das nur Konstanten enthält.“Besser: Konstantenklasseund statischer Import (wie bei MakeItSimple).

39

Interfaces:ImplementierungvonFlags

o EinigeInterfacesdefinierenwederMethodennochKonstanten.o SiestellenstattdesseneineArtFlag,alsoeinenlogischenSchalter

dar,derzurCompile- undLaufzeitabgefragtwerdenkann.o BeispieleausderKlassenbibliotheksinddieInterfacesjava.io.Serializable oderjava.lang.Cloneable.

o DasInterfaceCloneable isteinSchalterfürdieinderKlasseObject implementierteMethodeclone.

o ImplementierteineabgeleiteteKlassediesesInterfacenicht,sodeutetclone dasalsfehlendeFähigkeit(oderBereitschaft)derKlasse,eineObjektkopieherzustellen,undlöstbeimAufrufeineCloneNotSupported-Exception aus.

o ImplementiertdieabgeleiteteKlasseCloneable,erzeugteinAufrufvonclone eineelementweiseKopiedesaktuellenObjekts.

40

Objekt-Replikation

Replikation=KopieeinesexistierendenObjektsmitderselbenBelegungderDatenelemente.Esgibt2Möglichkeiten:o EinKonstruktor (copy-Konstruktor)nimmteinvorhandenesObjektals

Vorlage,erzeugteinneuesObjektundkopiertdieDatenelementedesaktuellenObjektsindasneue.

o AufrufderMethodeclone (ausderKlasseObject)→dasLaufzeitsystemlegtselbsteineKopiedesObjektsan.

o clone hatdenModifier protected →istnichtaufrufbar!o Willmanclone ausObject benutzen:

¤ MussindenKlassen,dieklonbare Exemplarehaben,clone überschriebenwerden.¤ Dortwirddannmitsuper.clone()dieMethodeclone vonObject aufgerufen.¤ DerAufrufvonsuper.clone()istnurdannzulässig,wenndieKlassedieSchnittstelle

Cloneable implementiert.Sonst→CloneNotSupportedException.

An anderer Stelle mehr!

41

NachbildungvonFunktionszeigern(Callbacks)

o FunktionszeigersindinJavanichtvorhandenen,könnenabermitHilfevonInterfacesnachgebildetwerden.

o Damitistesmöglich,eineFunktionalsArgumentanandereFunktionenzuübergeben.

o Dasistnützlich,wenndieKonfigurationsanforderungeneinerFunktiondiedurchdieÜbergabevonVariablengegebenenMöglichkeitenübersteigen.

o BeispielefürihreAnwendungsindetwaFunktionsplotteroderCallback-FunktionenbeiderProgrammierunggrafischerOberflächen.

42

NachbildungvonFunktionszeigern- Beispiel

class MathExp implements DoubleMethod {

public double compute(double value) {return Math.exp(value);}

}

class MathSqrt implements DoubleMethod { ... }

class Times2 implements DoubleMethod { ... }

class Sqr implements DoubleMethod { ... }

public class FctPointers {

public static void printTable(DoubleMethod meth) {

System.out.println("Wertetabelle " + meth.toString());

for (double x = 0.0; x <= 5.0; x += 1) {

System.out.println(" " + x + "->" + meth.compute(x));}

}


printTable(new MathExp());

printTable(new Times2());

}

}

public interface DoubleMethod {

public double compute (double value);

}

Dem Interface-Parameter können Objekte aller Klassen zugewiesen werden, die das Interface implementieren.

43

Interfacesund(abstrakte)Klassen-Gemeinsamkeiten

o WährendderDesignphaseeineskomplexenSoftwaresystems:häufigschwierig,sichfüreinevonbeidenVariantenzuentscheiden.

o ProInterfaces:größereFlexibilität durchdieMöglichkeit,inunterschiedlichenKlassenhierarchienverwendetzuwerden.

o ProKlasse:Möglichkeit,bereitsausformulierbareTeilederImplementation zurealisierenunddieFähigkeit,statischeBestandteileundKonstruktoren unterzubringen.

o KombinationderbeidenAnsätze:zunächstzurVerfügungstelleneinesInterfaces,dannVereinfachungseinerAnwendungdurchVerwendungeinerHilfsklasse.

44

Interfacesvs.AbstrakteKlasseBeispiel:NachträglicheÄnderungen

o AuchnachträglicheÄnderungenanSchnittstellensindnichteinfach:EinerabstraktenKlassekanneinekonkreteMethodemitgegebenwerden,waszukeinerQuellcodeanpassungfürUnterklassenführt.

o IsteineSchnittstelleodereineabstrakteKlassebesser,umfolgendeOperationzudeklarieren?

abstract class Time {

abstract long getTimeInMillis()

}

interface Time {

long getTimeInMillis();

}

45

Interfacesvs.AbstrakteKlasseBeispiel:NachträglicheÄnderungen

abstract class Timer {

abstract long getTimeInMillis();

long getTimeInSeconds() {

return getTimeInMillis() / 1000;

}

}

Wasistzutun,wennmaneineHilfsfunktiongetTimeInSeconds() einführenwill?

InSchnittstelleà alleimplementierendenKlassenmüssendieseImplementierungneueinführen.

InabstrakterOberklasseà einfachinderabstraktenKlasseeinfügen,keineÄnderungenderKlassen-Verwendernotwendig.

46

KombinationvonInterfaces

interface I1 { void f(); }

interface I2 { int f(int i); }

interface I3 { int f(); }

class C { public int f() { return 1; } }

class C2 implements I1, I2 {

public void f() {}

public int f(int i) { return 1; } // overloaded

}

class C3 extends C implements I2 {

public int f(int i) { return 1; } // overloaded

}

class C4 extends C implements I3 {

// Identical, no problem:

public int f() { return 1; }

}

class C5 extends C implements I1 {}

interface I4 extends I1, I3 {}

Die Verwendung desselben Methodennamens in verschiedenen Interfaces, die man evtl. kombinieren möchte, sorgt für schlecht lesbaren Code.

à Vermeiden !!!

Quelle: Eckel

47

VererbungvonInterfacesinterface Monster {

void menace();

}

interface DangerousMonster extends Monster {

void destroy();

}

interface Lethal {

void kill();

}

class DragonZilla implements DangerousMonster{

public void menace() {}

public void destroy() {}

}

interface Vampireextends DangerousMonster, Lethal {

void drinkBlood();

}

class VeryBadVampire implements Vampire {

public void menace() {}

public void destroy() {}

public void kill() {}

public void drinkBlood() {}

}

/*

public class HorrorShow {

static void u(Monster b) { b.menace(); }

static void v(DangerousMonster d) {

d.menace();

d.destroy();

}

static void w(Lethal l) { l.kill(); }


DangerousMonster barney = new DragonZilla();

u(barney);

v(barney);

Vampire vlad = new VeryBadVampire();

u(vlad);

v(vlad);

w(vlad);

}

}

[Quelle: Eckel]

48

Bemerkung:NachteilvonInterfaces

o InterfaceskönnennurKonstantenundabstrakteMethodenandieKlassenweitergeben,vondenensieimplementiertwerden.

o ImUnterschiedzuabstraktenKlassenkönnenalsokeine(überallverfügbaren)AttributeundkeineImplementierungweitergegebenwerden.

o DafüristoftDelegationnutzbar,manchmalauchAdapter-KlassenzusammenmitanonymenKlassen(diesewerdenwirimZusammenhangmitGUI-Programmierungnochkennenlernen).

49

KombinationvonInterfacesundabstraktenKlassen

o AdapterstelleneineBasisimplementierungeinesInterfaceszurVerfügung.

«interface»Interface

+ method1()+ method2()+ method3()

+ method4()+ method5()

AbstractInterface{abstract}


+ method3()

+ method4()

+ method5()

InterfaceImplementation


Die abstrakte Klasse implementiert Teile des Interface (Implementierungsskelett)

Hier müssen nur noch wenige Methoden implementiert werden

InterfaceAdapter

50

Interfacesvs.abstrakteKlassen

o WennmandieMöglichkeithabenwillinmehralseinenBasistyp zuverallgemeinern(upcast)à Interface.

o WennderClient-ProgrammiererkeinObjekterzeugenkönnensollà InterfaceoderabstrakteKlasse.

o Wennmöglich,d.h.wenneineKlasseohneMethoden-DefinitionenoderMember-Variablenvereinbartwerdenkann,dannsolltemaneinInterfacederabstraktenKlassevorziehen.

o AbstrakteKlassenwerdeneingesetzt,umgemeinsameMethodeninderVererbungshierchieander„richtigen“Stellezuplatzieren.

51

MotivationfürdieJava8ErweiterungenvonInterfaces

o InterfaceskönnennachderVeröffentlichungnichtmehrgeändertwerden.

o Warum?JedeÄnderungdesInterfaces (d.h.dasHinzufügenvonMethoden)à alleVerwender(Clients)müssenneuübersetztwerden.⇒ SehrvielSorgfaltindenEntwurfderSchnittstellen

stecken.⇒ Trotzdemkommtesnochhäufigvor,dassmanein

Interfacetrotzdemspäteranpassenmuss.o BisherigeLösung:AnlegeneinesneuenInterface,dasvom

ursprünglichenerbtundeserweitert.

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ErweiterungeninJava8

Jetztkönnenauch¤ Default-Methoden¤ StatischeMethoden

imInterfaceselbstimplementiertwerden.

⇒ AufhebungeinigerEinschränkungenvonInterfaces.⇒ MehrFlexibilitätfürdenEntwickler.

defender methods

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StatischeMethodenimInterface

o Statische Methoden in Interfaces entsprechen i.w. statischenMethoden in Klassen:¤ werden nicht “vererbt”.¤ müssen immer über ihr definierendes Interface in der FormInterfaceName.staticMethod(…) aufgerufen werden.

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Default-MethodenimInterface

o Bieten die Möglichkeit, nachträglich im Interface Methodenhinzuzufügen ohne existierenden Code von Klassen, die einso erweitertes Interface implementieren, verändern zumüssen (® Flexibilität).

o Stehen in allen implementierenden Klassen zur Verfügung,werden also vererbt und können auch in implementierendenKlassen überschrieben werden (® Aufhebung von Einschrän-kungen).

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Auswirkungvondefault Methoden

WennInterfacevoneinemInterfacemitDefault-Methodenerbt,kannes

o dieMethodeignorieren→Methodewird(normal)vererbt

o dieMethode(natürlichohneImplementierung)ohnedefault angeben→Methodewird(normale)abstrakteMethode.

o dieMethodemitdefault angeben→Methodewirdüberschrieben.

o abstrakteMethodedurchdefault-Methodeersetzen→ImplementierendeKlassemusssienichtmehr

implementieren.

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MehrfachvererbungundInterfacesmitDefault-Methoden

o EineKlassekannmehralseinInterfaceimplementierenàMehrfachvererbungvonDefault-Methodenmöglich.

⇒ Daskann(genauwieinanderenSprachenmitMehrfachver-erbung)zuKonfliktenführen.

¤ Haben zwei Interfaces IA und IB je eine Default-Methode mitderselben Signatur à muss in einer Klasse C, die beide Interfaces(direkt oder indirekt) implementiert die Default-Methodeüberschrieben werden.

¤ Alternativ kann die Default-Methode in der Klasse C auch als abstraktdeklariert werden (C ist dann auch abstrakt) Die Konfliktauflösung wirdden Subklassen von C überlassen.

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Mehrfachvererbung - Konflikt:Beispiel

Compilerfehler: Duplicate default methods named methode withthe parameters () and () are inherited from the types I1a and I1

Überschreiben der mehrdeutigen Default-Methode

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Überschreiben der mehrdeutigen Default-Methode mit Verwendung (Aufruf) der Default-Methoden der beiden Interfaces

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Mehrdeutigen Default-Methode als abstrakte Methode überschreiben.

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KonfliktDefault-MethodemitKlassenmethode

BeieinemKonflikthabendieMethodeneinerKlasseVorrangvordenDefault-MethodenderInterfaces.

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InterfacesundstatischeMethoden

o StatischeMethodeninInterfacessindidentischmitdenstatischenMethodenvonKlassen.

o Motivation:¤ WennmanHilfsfunktionenanbietenmöchte,dieengmitdemInterface

verbundensind.¤ BishermusstemanimmereineKlasseangeben,diediestatischen

Methodenenthielt.JetztkönnendiesedirektimInterfaceangegebenwerden.

ABSTRAKTE KLASSEN UND 3. Kapitel...

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