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5.2.1 Javaklassen und -objekte

Bisher wurden Klassen nur benutzt um mit Methoden zu arbeiten. Die main() Methode wurde immer als Hauptprogramm genutzt um Methoden aufzurufen. Klassen sind jedoch Strukturen die auch Variablen und Konstanten in Form von Attributen aufnehmen können.

Javaklasse

Javaklassen bestehen aus

 

Im folgenden Beispiel wird ein Kraftwagen modelliert:

class Kraftwagen {
   public String nummernschild;
   public double leergewicht;
   public int neupreis;

   /**
   * Ein selbstgewählter Konstruktor
   * @param kennzeichen Das Kennzeichen des Fahrzeugs
   */
   public Kraftwagen(String kennzeichen) {
       nummernschild = kennzeichen;
   }

   public void drucken() {
      System.out.println("Nummernschild: " + nummernschild);
      System.out.println("Leergewicht: " +  leergewicht );
      System.out.println("Neupreis: " +  neupreis );
   }
}

Die Klasse Kraftwagen unterscheidet sich in einer Reihe von Aspekten von den bisher benutzten Klassen:

  • Sie besitzt keine main() Methode. Sie ist nicht als Hauptprogramm ausführbahr.
  • die drucken() Methode is nicht als static deklariert
  • die Klasse verfügt über Attribute

Die Klasse Kraftwagen kann nun von anderen Klassen verwendet werden:

class Fuhrpark{
   public static void main( String[] args ) {
      Kraftwagen wagen1 = new Kraftwagen("M-O-4711");
      Kraftwagen wagen2 = new Kraftwagen("MA-Y-11");
      Kraftwagen wagen3 = new Kraftwagen("S-AY-7");
      wagen1.leergewicht = 890.0d;
      wagen1.neupreis = 20000;
   
      wagen2.leergewicht = 1050.0d;
      wagen2.neupreis = 15000;

      wagen3.leergewicht = 1250.0d;
      wagen3.neupreis = 28000;

      wagen1.drucken();
      wagen2.drucken();
      wagen3.drucken();

   }
}

Die Methode main() der Klasse Fuhrpark legt hier drei Objekte (Instanzen) der Klasse Kraftwagen an. Die Attribute der drei Objekten können mit individuellen Werten belegt werden. Die Attribute wagen1wagen2 und wagen3 nennt man Objektvariablen. Objektvariablen können auf Objekte eines bestimmten Typs zeigen. Im Beispiel oben können sie auf ein beliebiges Objekt vom Typ Kraftwagen zeigen.

Die Beziehung zwischen einer Klasse und ihren Instanziierungen, den Objekten beschreibt man in UML wie folgt:

Instanzen

Erzeugen von Objekten

Die Instanzen von Klassen, also die Objekte, haben einen anderen Lebenszyklus als normale Variablen mit einfachen Typen. Instanzen (Objekte) können auch ausserhalb eines Blocks oder einer Methode existieren. Sie liegen nicht auf dem Stapel (Stack). Sie werden dynamisch im (prozess-)globalen Adressraum angelegt und sie bestehen so lange sie von Objektvariablen referenziert werden.

Mit dem new() Operator werden neue Objekte von Klassen angelegt. Beim Anlegen eines Objekts werden alle Attribute durch die Konstruktoren initialisiert. Im Beispiel oben wird ein Konstruktor mit einem Übergabeparameter benutzt. In diesem Fall wird der selbst definierte Konstruktor mit einem Parameter der Klasse zur Initialisierung aufgerufen. Existiert dieser Konstruktor nicht, so wird ein Standardkonstruktor aufgerufen.

Der Standardkonstruktor initialisiert alle Basistypen auf Nullwerte. Nach der Initialisierung steht das Objekt zur Verfügung und belegt Platz im Prozessspeicher.

Die erzeugten Objekte liegen auf dem "Heap", dem Freispeicher. Im Gegensatz zu Variablen können mehrere Referenzvariablen auf das gleiche Objekt zeigen wie im folgenden Beispiel zu sehen ist:

Kraftwagen wagen1 = new Kraftwagen ("M-O-4711)";
Kraftwagen wagen2 = wagen1;
Kraftwagen wagen3 = new Kraftwagen("S-AY-7");

Benutzen der Objektvariablen und Methoden (Punktoperator)

Wie im Beispiel oben gezeigt kann man in der Klasse Fuhrpark mit der Objektvariablen wagen1 auch auf die Attribute und Methoden der Klasse Kraftwagen zugreifen. Hierzu dient der Punktoperator:

      ...
      wagen1.leergewicht = 980.0d;
      wagen1.drucken();
      ...

Man kann mit dem Punktoperator

  • auf Attribute (hier leergewicht) zugreifen oder man kann
  • Methoden (hier drucken() ) aufrufen.

Information Hiding in Java mit Hilfe des Schlüsselworts "private"

Java erlaubt es den Zugriff auf Methoden und Variablen mit Hilfe des Schlüsselworts private zu beschränken. Ist eine Objektvariable oder eine Methode mit private gekennzeichnet, so kann man sie nur innerhalb der Klasse benutzen. Der Zugriff ist dann nur noch über öffentlich zugängliche Methoden möglich.

Mit dem Schlüsselwort public wird der öffentliche Zugriff explizit gewährt. Ein Schlüsselwort das den Zugriff regelt ist protected. Es wird später behandelt.

Im folgenden Beispiel sieht man wie man die Variable neupreis der Klasse Kraftwagen vor dem Zugriff der Klasse Fuhrpark schützt. Die Methode getNeupreis erlaubt den Zugriff von ausserhalb der Klasse.

class Kraftwagen {
   public String nummernschild;
   public double leergewicht;
   private int neupreis;

   public int getNeupreis() { return neupreis;}

   ...
}

In UML werden private Attribute mit einem vorgestellten Minus "-" gekennzeichnet. Öffentliche Attribute erhalten ein vorgestelltes Plus "+":

Klassenvariablen

  • Klassenvariablen sind Variablen die zur Klasse gehören und nicht zu einem einzelnen Objekt.
  • Klassenvariablen sind Variablen die für alle Objekte einer Klasse gelten.
  • Klassenvariablen können auch ohne die Existenz von Objekten einer Klasse verwendet werden
  • Klassenvariablen werden mit dem Schlüsselwort static gekennzeichnet.

Beispiel:

class Fuhrpark{
   static int anzahlFahrzeuge;
   public static void main( String[] args ) {
      int a = Fuhrpark.anzahlFahrzeuge;   // Aufruf ausserhalb der Klasse Fuhrpark
          a = anzahlFahrzeuge;            // Aufruf innerhalb der Klasse Fuhrpark
      ...
   }
}

Hinweis: Die "normalen" nicht mit static gekennzeichneten Attribute einer Klasse nennt man zur Unterscheidung auch Instanzvariablen, da sie nur im Kontext einer Instanz (Objekt) existieren können.

Klassenmethoden

Klassenmethoden werden ebenfalls mit dem Schlüsselwort static gekennzeichnet. Sie können wie normale Methoden im Kontext von Objekten aufgerufen werden.

Unterschied zu normalen Methoden: Sie können jedoch auch ohne die Existenz von Objekten benutzt werden.

Will man eine Methode einer Klasse ohne eine existierende Instanz aufrufen, muss die Methode vorher mit static gekennzeichnet worden sein.

Im Falle der Klasse Fuhrpark kann man sie zum Beispiel zum Auslesen der Anzahl der Fahrzeuge benutzen:

class Fuhrpark{
   private static int anzahlFahrzeuge;
   public  static int getAnzahlFahrzeuge() {return anzahlFahrzeuge;}
      ...
   }
}

Die main() Methode sowie die Methoden der Klasse Math sind typische Methoden, die mit static deklariert sind, da sie ohne Objektinstanzen auskommen (müssen).

Comments

Referenzvariablen

Wieso macht es Sinn eine Referenzvariable auf das gleiche Objekt zeigen zu lassen ?

Sehr interessante Frage

Die Frage habe ich mir nie gestellt. Sie ist aber recht interessant.
Hier ein Beispiel:
Meine Tochter (Instanz von Person) eines Kraftwagen's (Instanz von Kraftwagen) hält eine Referenzvariable auf das Fahrzeug weil Sie es ab zu einmal fährt. Sie interessiert typischerweise für den Tankinhalt (Attribut von KFZ) wenn er zu niedrig ist. Es sollte dann ja jemand tanken...
Der Familienvater (Instanz von Person) begleicht alle Rechnungen. Dazu benutzt er ein Feld (Array) mit Zeigern auf alles das etwas kostet.
Beide Mitglieder der Familie (Zwei Objekte) haben Zeiger auf das KFZ da sie verschiedene Attribute des Fahrzeugs benutzen.
Es kann jetzt zum Beispiel vorkommen, dass das Fahrzeug umgemeldet werden muss und ein neues Kennzeichen erhält. Der Zeiger beider Personen auf das Fahrzeug (Objekt) bleibt erhalten. Das Attribut mit dem Kennzeichen wird aber nur genau einmal geändert, da es das Kfz-Objekt nur einmal gibt.

Instanzvariablen-Objektvariablen

Entsprechen Instanzvariablen dann Objektvariablen bzw. sind Synonyme?
Oder verstehe ich das falsch?

Antwort

Objektvariablen zeigen auf Objekte.
Instanzvariablen sind Attribute einer Klasse die für jedes Objekt anders belegt werden können.
Klassenvariablen (static) sind Attribute einer Klasse die zwar auch veränderlich sind. Sie sind aber für alle Objekte(Instanzen) die gleichen. Sie gelten also für die Klasse und nicht für individuelle Objekte.

Objektvariablen Verwirrung

Hier wird einmal der wagen1 als Objektvariable benannt und später in der Klasse Kraftwagen das Attribut nummernschild.
Was ist also eine Objektvariable?

Erklärung

Objektvariablen sind Variablen die auf Objekte zeigen. Man kann z.Bsp. mit dem Punktoperator den man auf eine solche Variable anwendet die Attribute und Methoden benutzen.

Objektvariablen können Attribute von Klassen sein. Sind die Attribute keine Objektvariablen so müssen es Basistypen oder Felder sein.



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