DIE WICHTIGSTEN STICHWORTE UND FAKTEN ZUM THEMA "OBJEKT-ORIENTIERTE PROGRAMMIERSPRACHEN" UND OO IN JAVA

1. OBJEKTE

1.2 Methoden (synonym: Operationen) lassen sich in Prozeduren und Funktionen gliedern. Prozeduren sind void-Methoden. Funktionen sind Methoden, die einen Rückgabewert erzeugen. Methoden haben eine SIGNATUR, diese ist definiert durch

• Methodenname
• Anzahl und Typ und Reihenfolge der Parameter [Bemerkung: Der Rückgabewert einer Funktion ist NICHT Bestandteil der Signatur].

• Die Zustandsspezifikation erfolgt durch Feld-Variablen (auch Attribute genannt).
• Es dürfen nur Methoden, aber keine Operatoren (z.B. +,-,==) überladen werden. Das Überladen von Operatoren ist beispielsweise in C++ erlaubt.

• Wird ein Objekt durch den Garbage Collector deallokiert, kann eine Finalization-Methode aufgerufen werden. (VORSICHT: Zeitpunkt der Garbage Collection und des Aufrufs der Finalisierungsmethode muss explizit über Methoden der Laufzeitumgebung gesteuert werden. Andernfalls hat mein keine Sicherheit, wann das Objekt tatsaechlich "finalisiert" und zerstört wird.)

• Shallow copy: Es werden nur die Referenzen kopiert, nicht die referenzierten Objekte selbst.
• Deep copy: Es werden auch die referenzierten Objekte selbst kopiert, ggf. auch rekursiv, wenn diese wieder selbst Objekte in ihren Attributen referenzieren.

2. KLASSEN

• Schlüsselworte 'abstract', 'public', 'final' ('final' bedeutet, es dürfen keine Unterklassen erzeugt werden).
• Java-Klassen sind Typen im Sinne der Objekt-Orientierung, decken aber nicht das gesamte OO-Typkonzept ab, wie es üblicherweise verwendet wird, siehe Punkt 3.

• REDEFINIERT (engl. REDEFINE) werden (die Signatur bleibt gleich) oder
• ÜBERSCHRIEBEN (engl. OVERRIDE) werden (der Methodenname bleibt gleich, die Signatur ändert sich). [VORSICHT: Diese Begriffsdefinitionen sind nach Balzert eingeführt. Gosling benutzt 'Overriding' für Redefinitionen und 'Overloading' für das Überschreiben, unterscheidet als nicht zwischen Überladen und Überschreiben. Wichtig ist einfach, die drei Möglichkeiten (1) Einführung einer zusätzliche Methode gleichen Namens mit neuer Signatur in derselben Klasse, (2) Einführung einer zusätzlichen Methode gleichen Namens und gleicher Signatur in der Unterklasse, (3) Einführung einer zusätzlichen Methode gleichen Namens und anderer Signatur in der Unterklasse, zu verstehen und unterscheiden zu können.]

• Syntax ist class <Classname> extends <Classname> { ... }
• Es darf nur von einer Klasse geerbt werden (EINFACHVERERBUNG) - hierdurch ensteht eine Klassenhierarchie mit Baumstruktur. Die Wurzelklasse dieser Baumstruktur ist 'Object'. (Im Gegensatz zu Java lässt C++ beispielsweise MEHRFACHVERERBUNG zu)
• Eine Klasse darf beliebig viele Interfaces implementieren (die interface Deklaration wird weiter unten erläutert).
• Die Konstruktoren der Oberklasse koennen explizit mit super() bzw. super(<Parameterliste>) referenziert werden. Die Mitglieder (Attribute und Methoden) der Oberklasse können durch Vorstellen von <Name der Oberklasse>. oder einfach von super. referenziert werden.
• Die Konstruktoren der Unterklasse koennen explizit mit this(<Parameterliste>) referenziert werden.Die Mitglieder (Attribute und Methoden) der Unterklasse können explizit durch Vorstellen von <Name der Unterklasse>. oder einfach von this. referenziert werden. Insbesondre kann sich jede Instanz der Unterklasse durch this selbst referenzieren. Dies ist beispielsweise erforderlich, wenn eine Methode eine Referenz auf ein Objekt des Klassentyps zurückgibt und diese Referenz auf das eigene Objekt zeigen soll.
• Attribute können bei der Vererbung nicht überschrieben, sondern nur VERSTECKT (engl. HIDING) werden: Definiert die Unterklasse ein gleichnamiges Attribut der Oberklasse, so ist das Attribut der Oberklasse weiterhin durch super.<Attributname> referenzierbar. Statische (d.h. Klassenattribute) können alternativ mit <Name der Oberklasse>.<Attributname> referenziert werden.
• Feld-Variablen können Klassen- oder Objektattribute sein: Alle Instanzen einer Klasse "sehen" dieselben Klassenattribute und besitzen eigene lokale Objektattribute. Klassenattribute werden durch Schlüsselwort 'static' gekennzeichnet.
• Schlüsselwort 'public' macht Attribute und Operationen für alle verfügbar
• Schlüsselwort 'private' schützt Attribute und Operationen vor externem Zugriff
• Schlüsselwort 'protected' macht Attribute und Operationen für Unterklassen verfügbar, welche die Methoden und Attribute der Oberklasse erben.
• Das Versenden von Botschaften an ein Objekt wird durch Methodenaufrufe der syntaktischen Form <objektname>.<Methodenname mit Aktualparametern> vollzogen.

3. TYPEN

• einer Schnittstellenspezifikation bestehend aus Signatur und ggf. Typ des Rückgabewertes
• optional: einem logischen Prädikat (häufig auch AXIOM genannt), welches das Sollverhalten eines der impliziten Spezifikation genügenden Objektes beschreibt, ohne auf Internzustände und Algorithmen Bezug zu nehmen, d.h.: das Axiom bezieht sich nur auf Komponenten, die in der Schnittstellenspezifikation sichtbar sind, beispielsweise
  • Methodennamen,
  • Parameternamen,
  • Rückgabewerte
  Eine besonders h&aauml;ufig verwendete Spezifikationsweise wür Axiome sind die Vor- und Nachbedingungen (Pre-/Postconditions).

• C: Function prototypes in C-Header Files, wie z.B. extern int f(int i,float ff,int j);
• C++: Klassendefinitionen in C++-Header Files, deren Methoden sämtlich als 'virtual' definiert sind und die keine Zustandsvariablen einführen.

• Werden Methodenspezifikationen mit Hilfe von Doxygen erstellt, können Vor- und Nachbedingungen mit den Schlüsselworten @pre, @post beschrieben werden (geht analog bei C/C++ und wird dort vorzugsweise in die Header Files eingetragen).
• Der Typ 'interface' dient zur impliziten Spezifikation.
• Ein Interface kann (offensichtlich) nicht direkt instantiiert werden. Stattdessen wird ein Klassentyp durch Hinzunahme eines Interfaces und seiner Implementierung erweitert.
• Klassen dürfen mehrere Interfaces implementieren, Deklarationssyntax class <Classname> implements <Interfacename> { ... }
• Interfaces dürfen keine Zustandsvariablen definieren, wohl aber Konstanten (z.B. public static final int x = 5;).
• Abstrakte Klassen können dasselbe wie Interfaces leisten, wenn sie nur abtrakte Methoden und keine Zustandsvariablen definieren. Eine Unterklasse darf dann aber nur diese eine abstrakte Klasse erweitern, da Mehrfachvererbung nicht möglich ist.

Manche Programmiersprachen lassen das "Programmieren mit Typen" zu, d.h. sie bieten Methoden zur Abfrage von Eigenschaften eines Objekttyps an. In C-Code kann man beispielsweise nicht abfragen, welchen Funktionsnamen die aktuell ausgeführte C-Function hat. Es gibt auch keine C-Operationen, mit denen man die Namen und Signaturen der in einer C-Bibliothek enthaltenen Funktionen abfragen kann.

Dagegen in Java:

• Das Paket java.lang enthält die Klasse Class, deren Objekte "Auskunftsfunktionen" über andere Objekte enthalten. Ein Objekt obj beliebiger Klasse enthält die Methode getClass(), die ein solches Auskunftsobjekt oInfo vom Typ Class zurückgibt. Auf oInfo kann man vordefinierte Abfragefunktionen anwenden, die Auskunft über den Klassentyp von obj geben. Beispielsweise gibt die Class-Methode getMethods() einen Array mit internen Identifikationscodes der zu obj gehörigen Methoden zurück.
• Im Java reflection package java.lang.reflect werden zusätzliche Auskunftsklassen definiert: Beispielsweise bietet Klasse Method Methoden an, mit denen man aus oInfo Signatur und Rückgabewert der zu obj gehörigen Methoden abfragen kann. Weiterhin lassen sich diese Methoden dann aufrufen (zu Method gehörige Methode invoke()), ohne den Methodennamen im Programmcode zu verwenden.
• Klassennamen existieren als vorübersetzte Literale mit Extension .class, man kann damit auf Zugehörigkeit zu einem bestimmten Klassentyp abfragen:

  if ( obj.getClass() == String.class ) { ... }

4. GENERISCHE FUNKTIONEN UND KLASSEN

In Java:
Templates und Funktionsparameter sind nicht als explizite Sprachkonstrukte vorhanden, aber auch nicht erforderlich, da die baumartige Vererbungshierarchie immer Object als allgemeinsten Verarbeitungstyp kennt.

• Anstelle eines generischen Typparameters kann in einer Methodendeklaration immer der Typ 'Object' verwendet werden. Müssen die auf Object definierten Methoden (z.B. equals()) um weitere dort nicht bereits eingeführte erweitert werden, lässt sich dies mit Hilfe von abstrakten Klassen und Interfaces realisieren.
• Zur Laufzeit wird beim Methodenaufruf als Parameter ein Objekt einer konkreteren Klasse eingegeben; dies ist in jedem Fall typkorrekt, da die konkretere Klasse immer eine Spezialisierung von Object ist.
• Anstelle von Funktionsparametern für die Verarbeitung der konkreten Objekte werden die Verarbeitungsfunktionen immer als Methoden der konkreten Klasse definiert, ggf. durch Überschreiben der bereits auf Object definierten, in der speziellen Anwendung aber zu konkretisierenden Methoden.
• Bei den Template-Klassen von C++ kann die Sortenreinheit, d.h. die ausschließliche Verwendbarkeit des Objekts mit den bei der Instantiierung angegebenen Typen bereits zur Übersetzungszeit erzwungen werden. In Java muss diese Eigenschaft, falls gewünscht, durch explizite Typprüfungen zur Laufzeit realisiert werden. Hierzu kann man den Objekttyp abfragen und auch das Vorhandensein bestimmter für die Verarbeitung benötigter Methoden explizit abfragen.

5. ZUSAMMENFASSUNG: CHARAKTERISTISCHE EIGENSCHAFTEN OBJEKT-ORIENTIERTER PROGRAMMIERSPRACHEN

• Kapselung von Daten und Zugriffsfunktionen (Methoden) in Objekten
• Geheimnisprinzip (information hiding)
• Überladen von Funktionen (overloading)
• Überladen von Operatoren (geht nicht bei Java)
• Klassen als Objektspezifikationen, mit Konstruktoren zur Objekterzeugung (object factory)
• Vererbung von Klassenspezifikationen (Attribute und Methoden)
• Überschreiben von Funktionen bei der Vererbung (overriding) - die erbende Klasse führt Methoden der Oberklasse mit neuer Signatur ein
• Redefinition von Funktionen bei der Vererbung (re-definition) - die erbende Klasse ersetzt Methoden der Oberklasse mit gleicher Signatur und eigener Implementierung
• Polymorphismus: Durch Redefinition führt die Anwendung eines syntaktisch identischen Methodenaufrufs zu unterschiedlichen Verhaltensweisen
• Dynamisches Binden: der konkrete Objekttyp - und damit die konkreten darauf anzuwendenden Methoden - werden zur Laufzeit bestimmt, weil sie u.U. zur Übersetzungszeit gar nicht feststellbar sind
• Generische Klassenspezifikationen (Template Klassen)