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Professionelle Bücher. Auch für Einsteiger

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Java ist auch eine Insel von Christian Ullenboom
Programmieren für die Java 2-Plattform in der Version 5
Java ist auch eine Insel

Java ist auch eine Insel
5., akt. und erw. Auflage
1454 S., mit CD, 49,90 Euro
Galileo Computing
ISBN 3-89842-747-1
gp Kapitel 6 Eigene Klassen schreiben
  gp 6.1 Eigene Klassen definieren
    gp 6.1.1 Methodenaufrufe und Nebeneffekte
    gp 6.1.2 Argumentübergabe mit Referenzen
    gp 6.1.3 Die this-Referenz
    gp 6.1.4 Überdeckte Objektvariablen nutzen
  gp 6.2 Assoziationen zwischen Objekten
    gp 6.2.1 Gegenseitige Abhängigkeiten von Klassen
  gp 6.3 Privatsphäre und Sichtbarkeit
    gp 6.3.1 Wieso nicht freie Methoden und Variablen für alle?
    gp 6.3.2 Privat ist nicht ganz privat: Es kommt darauf an, wer’s sieht
    gp 6.3.3 Zugriffsmethoden für Attribute definieren
  gp 6.4 Statische Methoden und statische Attribute
    gp 6.4.1 Warum statische Eigenschaften sinnvoll sind
    gp 6.4.2 Statische Eigenschaften mit static
    gp 6.4.3 Statische Eigenschaften über Referenzen nutzen?
    gp 6.4.4 Warum die Groß- und Kleinschreibung wichtig ist
    gp 6.4.5 Statische Eigenschaften und Objekteigenschaften
    gp 6.4.6 Statische Variablen zum Datenaustausch
    gp 6.4.7 Statische Blöcke als Klasseninitialisierer
  gp 6.5 Konstanten und Aufzählungen
    gp 6.5.1 Konstanten über öffentliche statische final-Variablen
    gp 6.5.2 Problem mit finalen Klassenvariablen
    gp 6.5.3 Typsicherere Konstanten
    gp 6.5.4 Aufzählungen mit enum in Java 5
    gp 6.5.5 enum-Konstanten in switch
  gp 6.6 Objekte anlegen und zerstören
    gp 6.6.1 Konstruktoren schreiben
    gp 6.6.2 Einen anderen Konstruktor der gleichen Klasse aufrufen
    gp 6.6.3 Initialisierung der Objekt- und Klassenvariablen
    gp 6.6.4 Finale Werte im Konstruktor und in statischen Blöcken setzen
    gp 6.6.5 Exemplarinitialisierer (Instanzinitialisierer)
    gp 6.6.6 Zerstörung eines Objekts durch den Müllaufsammler
    gp 6.6.7 Implizit erzeugte String-Objekte
    gp 6.6.8 Private Konstruktoren, Utility-Klassen, Singleton und Fabriken
  gp 6.7 Vererbung
    gp 6.7.1 Vererbung in Java
    gp 6.7.2 Einfach- und Mehrfachvererbung
    gp 6.7.3 Gebäude modelliert
    gp 6.7.4 Konstruktoren in der Vererbung
    gp 6.7.5 Sichtbarkeit protected
    gp 6.7.6 Das Substitutionsprinzip
    gp 6.7.7 Automatische und explizite Typanpassung
    gp 6.7.8 Typen testen mit dem binären Operator instanceof
    gp 6.7.9 Array-Typen und Kovarianz
    gp 6.7.10 Methoden überschreiben
    gp 6.7.11 Mit super eine Methode der Oberklasse aufrufen
    gp 6.7.12 Kovariante Rückgabetypen
    gp 6.7.13 Finale Klassen
    gp 6.7.14 Nicht überschreibbare Funktionen
    gp 6.7.15 Zusammenfassung zur Sichtbarkeit
    gp 6.7.16 Sichtbarkeit in der UML
    gp 6.7.17 Zusammenfassung: Konstruktoren und Methoden
  gp 6.8 Object ist die Mutter aller Oberklassen
    gp 6.8.1 Klassenobjekte
    gp 6.8.2 Objektidentifikation mit toString()
    gp 6.8.3 Objektgleichheit mit equals() und Identität
    gp 6.8.4 Klonen eines Objekts mit clone()
    gp 6.8.5 Hashcodes
    gp 6.8.6 Aufräumen mit finalize()
    gp 6.8.7 Synchronisation
  gp 6.9 Die Oberklasse gibt Funktionalität vor
    gp 6.9.1 Dynamisches Binden als Beispiel für Polymorphie
    gp 6.9.2 Keine Polymorphie bei privaten, statischen und finalen Methoden
    gp 6.9.3 Polymorphie bei Konstruktoraufrufen
  gp 6.10 Abstrakte Klassen und abstrakte Methoden
    gp 6.10.1 Abstrakte Klassen
    gp 6.10.2 Abstrakte Methoden
  gp 6.11 Schnittstellen
    gp 6.11.1 Ein Polymorphie-Beispiel mit Schnittstellen
    gp 6.11.2 Die Mehrfachvererbung bei Schnittstellen
    gp 6.11.3 Erweitern von Interfaces – Subinterfaces
    gp 6.11.4 Vererbte Konstanten bei Schnittstellen
    gp 6.11.5 Vordefinierte Methoden einer Schnittstelle
    gp 6.11.6 Abstrakte Klassen und Schnittstellen im Vergleich
    gp 6.11.7 CharSequence als Beispiel einer Schnittstelle
    gp 6.11.8 Die Schnittstelle Iterable
  gp 6.12 Innere Klassen
    gp 6.12.1 Statische innere Klassen und Schnittstellen
    gp 6.12.2 Mitglieds- oder Elementklassen
    gp 6.12.3 Lokale Klassen
    gp 6.12.4 Anonyme innere Klassen
    gp 6.12.5 this und Vererbung
    gp 6.12.6 Implementierung einer verketteten Liste
    gp 6.12.7 Funktionszeiger
  gp 6.13 Generische Datentypen
    gp 6.13.1 Einfache Klassenschablonen
    gp 6.13.2 Einfache Methodenschablonen
    gp 6.13.3 Umsetzen der Generics, Typlöschung und Raw-Types
    gp 6.13.4 Einschränken der Typen
    gp 6.13.5 Generics und Vererbung, Invarianz
    gp 6.13.6 Wildcards
  gp 6.14 Die Spezial-Oberklasse Enum
    gp 6.14.1 Methoden auf Enum-Objekten
    gp 6.14.2 enum mit eigenen Konstruktoren und Methoden
  gp 6.15 Dokumentationskommentare mit javaDoc
    gp 6.15.1 Einen Dokumentationskommentar setzen
    gp 6.15.2 Mit javadoc eine Dokumentation erstellen
    gp 6.15.3 HTML-Tags in Dokumentationskommentaren
    gp 6.15.4 Generierte Dateien
    gp 6.15.5 Weitere Dokumentationskommentare
    gp 6.15.6 javaDoc und Doclets
    gp 6.15.7 Veraltete (deprecated) Klassen, Konstruktoren und Methoden


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6.4 Statische Methoden und statische Attributdowntop

Exemplarvariablen sind eng mit ihrem Objekt verbunden. Wird ein Objekt geschaffen, erhält es einen eigenen Satz von Exemplarvariablen, die zusammen den Zustand des Objekts repräsentieren. Ändert eine Objektmethode den Wert einer Exemplarvariablen in einem Objekt, so hat dies keine Auswirkungen auf die Daten der anderen Objekte; jedes Objekt speichert eine individuelle Belegung. Es gibt jedoch auch Situationen, in denen Eigenschaften oder Methoden nicht direkt einem individuellen Objekt zugeordnet werden. Dazu gehören zum Beispiel die Methoden:

gp  sin(), etwa in Math.sin(Math.PI/2.0), bestimmt den Sinus
gp  max(), etwa in Math.max(1, –2), liefert das Maximum zweier Zahlen
gp  Color.HSBtoRGB() konvertiert Farben vom HSB-Farbraum in den RGB-Farbraum
gp  Integer.parseInt() konvertiert einen String in eine Ganzzahl
gp  MAX_INTEGER ist die größte darstellbare Ganzzahl
gp  PI aus Math bestimmt die Zahl 3,1415 ...

Abbildung
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Diese genannten Eigenschaften sind weniger einem konkreten Objekt mit seinem ureigenen Objektzustand zuzuordnen, als vielmehr der Klasse. Diese Art von Zugehörigkeit wird in Java durch statische Eigenschaften unterstützt. Da sie nicht zu einem Objekt gehören wie Objekteigenschaften, nennen wir sie auch Klasseneigenschaften. Die Sinus-Funktion ist ein Beispiel für eine statische Methode der Mathe-Klasse und MAX_INTEGER ein statisches Attribut der Klasse Integer.


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6.4.1 Warum statische Eigenschaften sinnvoll sind  downtop

Statische Eigenschaften haben gegenüber Objekteigenschaften den Vorteil, dass sie im Programm ausdrücken, keinen Zustand vom Objekt zu nutzen. Betrachten wir noch einmal Funktionen aus der Klasse Math. Wenn sie Objektmethoden wären, so würden sie in der Regel mit einem Objektzustand arbeiten. Die Funktionen hätten keine Parameter und würden ihre Arbeitswerte nicht aus den Argumenten, sondern aus dem internen Zustand des Objekts nehmen. Das macht aber keine Mathe-Funktion. Um den Sinus eines Winkels zu berechnen, benötigen wir kein spezifisches Mathe-Objekt.

Statische Funktionen sind aus diesem Grunde häufiger als statische Variablen, da sie ihre Arbeitswerte ausschließlich aus den Parametern ziehen. Statische Variablen werden in erster Linie als Konstanten verwendet.


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6.4.2 Statische Eigenschaften mit static  downtop

Um statische Eigenschaften in Java umzusetzen, fügen wir vor der Definition einer Variablen oder einer Methode das Schlüsselwort static hinzu. Für den Zugriff verwenden wir einfach den Klassennamen, den wir wie eine Referenz verwenden. In der UML können statische Eigenschaften durch Unterstreichen markiert werden.


Beispiel   Eine statische Funktion und eine statische Variable

Listing 6.10   DiskoUtensilien.java

public class DiskoUtensilien
{
  /**
   * Platz, die jede Person benötigt.
   */
  public static final double PLATZ_PRO_PERSON = 5 /* Quadratmeter */;
  /**
   * Platz, die eine gegebene Anzahl Personen in einer Disko benötigen.
   *
   * @param anzahl  Anzahl Personen.
   * @return        Quadratmeter.
   */
  public static double platzFuerPersonen( int anzahl )
  {
    return anzahl * PLATZ_PRO_PERSON;
  }
}
Die statischen Eigenschaften werden mit dem Namen DiskoUtensilien angesprochen:
System.out.println( DiskoUtensilien.platzFuerPersonen(290) );


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6.4.3 Statische Eigenschaften über Referenzen nutzen?  downtop

Besitzt eine Klasse eine Klasseneigenschaft, so kann sie auch wie ein Objektattribut über die Referenz angesprochen werden. Das bedeutet, dass es zwei Möglichkeiten gibt, wenn ein Objektexemplar existiert und die Klasse ein statisches Attribut hat. Bleiben wir bei unserem obigen Beispiel mit der Klasse DiskoUtensilien. Jetzt können wir für den Zugriff auf PLATZ_PRO_PERSON schreiben:

DiskoMitStatics d = new DiskoUtensilien();
System.out.println( d.PLATZ_PRO_PERSON );               // keine gute Idee
System.out.println( DiskoUtensilien.PLATZ_PRO_PERSON ); // das ist gut so

Die beiden unteren Anweisungen sind identisch. Betrachten wir alleine dieses Codesegment, so ist für uns nicht sichtbar, dass PLATZ_PRO_PERSON eine statische Variable ist. Aus diesem Grund sei der Tipp gegeben, statische Eigenschaften über ihren Klassennamen anzusprechen. Falls eine Klasse nur statische Attribute definiert, spricht nichts dagegen, einen privaten Konstruktor anzugeben – Exemplare werden damit vermieden.


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6.4.4 Warum die Groß- und Kleinschreibung wichtig ist  downtop

Die Vorgabe der Namenskonvention sagt, Klassennamen sind mit Großbuchstaben zu vergeben und Variablennamen mit Kleinbuchstaben. Treffen wir auf eine Anweisung wie Math.max(a, b), so wissen wir sofort, dass max() eine statische Methode sein muss, weil davor ein Bezeichner steht, der großgeschrieben ist. Dieser kennzeichnet also keine Referenz, sondern einen Klassennamen. Daher sollten wir in unseren Programmen groß geschriebene Objektnamen meiden.


Beispiel   Warum Referenzvariablen mit Kleinbuchstaben und Klassennamen mit Großbuchstaben beginnen sollten.
String StringModifier = "What is the Matrix?";
String t = StringModifier.trim();
Die trim()-Methode ist nicht statisch, wie die Anweisung durch die Großschreibung der Variablen suggeriert. Das gleiche Problem haben wir, wenn wir Klassen mit Kleinbuchstaben benennen. Auch das kann irritieren.
class turnbeutel
{
  static void vergessen() { ... }
}
Jetzt könnte jemand turnbeutel.vergessen() schreiben, und der Leser würde annehmen, dass turnbeutel eine Referenz ist, weil sie klein geschrieben wird, und vergessen() eine Objektmethode. Wir sehen an diesem Beispiel, dass es wichtig ist, die Namensgebung zu verfolgen.


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6.4.5 Statische Eigenschaften und Objekteigenschaften  downtop

Wie wir oben gesehen haben, können wir über eine Objektreferenz auch statische Eigenschaften nutzen. Wir wollen uns aber noch einmal vergewissern, wie Objekteigenschaften und statische Eigenschaften gemischt werden können. Erinnern wir uns daran, dass unsere ersten Programme aus der main()-Methode bestanden, aber unsere anderen Methoden auch static sein mussten. Dies ist sinnvoll, denn eine statische Methode kann – ohne explizite Angabe eines aufrufenden Objekts – nur andere statische Methoden aufrufen. Wie sollte auch eine statische Methode eine Objektmethode aufrufen können, wenn es kein dazugehöriges Objekt gibt? Statische Methoden gibt es immer, wenn es die Klasse gibt. Andersherum kann aber jede Objektmethode eine beliebige statische Methode direkt aufrufen. Genauso verhält es sich mit Attributen. Eine statische Methode kann keine Objektattribute nutzen, da es kein implizites Objekt gibt, auf dessen Eigenschaften zugegriffen werden könnte.

this-Referenzen und statische Eigenschaften

Auch der Einsatz der this-Referenz ist bei statischen Eigenschaften nicht möglich. Dies trifft in erster Linie statische Methoden, die eine this-Referenz verwenden wollen.


Hinweis   In statischen Funktionen gibt es kein this.

class InStaticNoThis
{
  int a;
  static void martina()
  {
    this.a = 1;           // Compilerfehler genauso wie a = 1
  }
}

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6.4.6 Statische Variablen zum Datenaustausch  downtop

Der Wert einer statischen Variablen wird bei dem Klassenobjekt gespeichert und nicht bei einem Exemplar der Klasse. Wie wir aber gesehen haben, kann jedes Exemplar einer Klasse auch auf die statischen Variablen der Klasse zugreifen. Da eine statische Variable aber nur einmal pro Klasse vorliegt, führt dies dazu, dass mehrere Objekte sich eine Variable teilen. Somit wird ein Austausch von Informationen über die Objektgrenze hinaus erlaubt. Doch kein Vorteil ohne Nachteil. Es kann bei nebenläufigen Zugriffen zu Problemen kommen. Deshalb müssen wir spezielle Synchronisationsmechanismen nutzen.

Abbildung
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Beispiel   Objekte tauschen Daten über eine gemeinsame statische Variable.

Listing 6.11   ShareData.java

class ShareData
{
  private   static int share  ;
  public void memorize( int i )
  {
    share = i;
  }
  public int retrieve ()
  {
    return share;
  }
  public static void main( String[] args )
  {
    ShareData s1 = new ShareData();
    ShareData s2 = new ShareData();
    s1.memorize( 2 );
    System.out.println( s2.retrieve() );    // ist 2
  }
}


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6.4.7 Statische Blöcke als Klasseninitialisierer  toptop

Eine Art Konstruktor für das Klassenobjekt selbst (nicht die Exemplare der Klasse) ist ein static-Block, der in jede Klasse gesetzt werden kann. Der Block wird genau dann ausgeführt, wenn die Klasse vom Klassenlader in die virtuelle Maschine geladen wird. In der Regel geschieht dies nur einmal während eines Programmlaufs. Unter gewissen Umständen – ein eigener Klassenlader für die Klasse – kann jedoch eine Klasse auch aus dem Speicher entfernt und dann mit einem anderen Klassenlader wieder neu geladen werden.


Beispiel   Zwei statische Blöcke mit einer Hauptfunktion.

Listing 6.12   StaticBlock.java

class StaticBlock
{
    static
  {
      System.out.println( "Eins" );
    }
      static
  {
      System.out.println( "Zwei" );
    }
    public static void main( String[] args )
  {
    System.out.println( "Jetzt geht's los." );
  }
}

Lädt der Klassenlader die Klasse StaticBlock, so führt er zuerst den ersten Block mit der Ausgabe »Eins« aus und dann den Block mit der Ausgabe »Zwei«. Da die Klasse StaticBlock auch das main() besitzt, führt die virtuelle Maschine anschließend die Start-Funktion aus.


Beispiel   Mit diesem Trick lassen sich auch Programme ohne main()-Funktion schreiben. In den statischen Block wird einfach das Hauptprogramm geschrieben. Da die virtuelle Maschine aber immer noch nach dem main() sucht, müssen wir die Laufzeitumgebung schon vorher beenden. Dies geschieht dadurch, dass mit System.exit() die Bearbeitung abgebrochen wird:

Listing 6.13   StaticNowMain.java

class StaticNowMain
{
  static
  {
    System.out.println( "Jetzt bin ich das Hauptprogramm" );
    System.exit( 0 );
  }
}
Nicht jede Laufzeitumgebung nimmt das jedoch ohne Murren hin. Mit diesem Vorgehen ist der Nachteil verbunden, dass bei Ausnahmen im versteckten Hauptprogramm manche virtuellen Maschinen unsinnige Fehler melden. Etwa den, dass die Klasse StaticNowMain nicht gefunden wurde, oder auch eine ExceptionInInitializerError, die an Stelle einer vernünftigen Exception kommt.

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