Gültigkeitsbereiche in Java

Der Begriff „Gültigkeitsbereich“ ist ein Begriff des Quelltextmodells.

Der Teil des Quelltextes, in welchem zur Ermittlung der Bedeutung einer Verwendung eines Name (ohne Qualifikation) eine bestimmte Deklaration herangezogen wird, wird der Gültigkeitsbereich jener Deklaration genannt. Wenn keine Mißverständnisse möglich sind, spricht man auch vom Gültigkeitsbereich des (in jener Deklaration deklarierten) Namens oder der Variablen.

Der Gültigkeitsbereich der Deklaration einer innerhalb eines Blocks deklarierten Variablen reicht von der Stelle direkt nach dem Gleichheitszeichen in der Deklaration bis zum Ende des innersten die Deklaration direkt enthaltenden Blocks.

Die Variablendeklaration »final int zwoelf = 12;« bedeutet, daß der Bezeichner »zwoelf« in seinem Gültigkeitsbereich (also im Rest des Blockes) als Ausdruck mit dem Typ »int« und dem Wert »12« verwendet werden können soll.

Erneute Deklarationen

In einem Block darf jeder Name nur einmal deklariert werden.

Main.txt

public final class Main
{ public static void main( java.lang.String[] args )
  { final int i = 22; java.lang.System.out.println( i ); 
    final int i = 22; java.lang.System.out.println( i ); }}

Protokoll

Main.java:4: error: variable i is already defined in method main(String[])
    final int i = 22; java.lang.System.out.println( i ); }}
              ^
1 error

Bei Fehlern durch unerlaubte Mehrfachdeklaration ein und desselben Namens spricht man auch von einem Zusammenstoß oder einer Kollision der Namen (Namenskollision).

Begrenzungen der Gültigkeit im Quelltext

Eine Deklaration gilt nur für den Rest des sie direkt enthaltenden Blocks (ab dem Gleichheitszeichen). Da der Gültigkeitsbereich einer solchen in einem Block deklarierten Variablen auf den relativ kleinen Bereich des Blockes eingeschränkt ist, wird solch eine Deklaration auch eine lokale Deklaration und solch eine Variable auch eine lokale Variable genannt.

Main.txt

public final class Main
{ public static void main( final java.lang.String[] args )
  {
    { final int n = 7;
      java.lang.System.out.println( n ); }
    java.lang.System.out.println( n ); }}

Protokoll

Main.txt:8: error: cannot find symbol
    java.lang.System.out.println( n ); }}
                                  ^
  symbol:   variable n
  location: class Main
1 error

Entsprechend darf eine in einem inneren Block schon einmal deklarierte Variable in einem äußeren Block deklariert werden, wenn sich die Deklaration in dem äußeren Block hinter der Deklaration in dem inneren Block befindet.

Main.java

public final class Main
{ public static void main( final java.lang.String[] args )
  {
    { final int n = 7;
      java.lang.System.out.println( n ); }
    final int n = 4;
    java.lang.System.out.println( n ); }}

Protokoll

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Wir behandeln in dieser Lektion nur innerhalb eines Blocks deklarierte Variablen, die wir auch manchmal Blockvariablen nennen.

Man sagt auch, daß man durch eine Deklaration einen Namen in einen Gültigkeitsbereich oder einen Block einführe (im Sinne von „Hinzufügen“), oder man sagt zu einer Festlegung einer Variablen auch „Einführung einer Variablen“.

Nichtüberlappende Gültigkeitsbereiche

Blöcke können einander folgen. Jeder Block ist ein eigener Namensraum und kann daher eigene lokale Variablen enthalten, deren Namen sich nicht von den Namen lokaler Variablen in anderen nicht-überlappenden Gültigkeitsbereichen unterscheiden müssen.

final-Variablen werden ja manchmal auch als „Konstanten“ bezeichnet. Man könnte dazu einwenden, die Konstante »i« sei hier gar keine richtige Konstante, da sie zuerst 3 und dann 7 sei. Tatsächlich handelt es sich hierbei aber um zwei verschiedene Konstanten, die nur den gleichen Bezeichner »i« miteinander teilen. Sie sind aber unterschiedliche Konstanten, da sie in zwei unterschiedlichen, nichtüberlappenden Gültigkeitsbereichen existieren.

Main.java

public final class Main
{ public static void main( final java.lang.String[] args )
  {                                                           /*
                .------------------------------------.
                |                                    |
                |                                    v        */
    { final int i = 3; java.lang.System.out.println( i ); }   /*
                .------------------------------------.        
                |                                    |
                |                                    v        */
    { final int i = 7; java.lang.System.out.println( i ); }
    }}

Protokoll

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Die Identität einer Variablen ist erst durch ihren Namen und ihren Gültigkeitsbereich gemeinsam gegeben. Zwei Variablen mit unterschiedlichen Gültigkeitsbereichen sind also zwei verschiedene Variablen, auch wenn sie denselbe Namen haben.

Wenn der Gültigkeitsbereich eines Namens klein ist (wie in dem obigen Programmbeispiel), ist es eher möglich, daß der Name bei Bedarf in verschiedenen Programmteilen verwendet werden kann, ohne daß es zu Namenskollisionen kommt. Daher sollte der Gültigkeitsbereich eines Namens immer möglichst klein sein.

Verschachtelte Bereiche

Ein innerer Block ist ein eigener Gültigkeitsbereich. Er übernimmt („erbt“) alle Deklarationen umgebender Gültigkeitsbereiche, schließlich ist er ja im wörtlichen Sinne in diesen enthalten, also Teil von ihnen.

Main.java

public final class Main
{ public static void main( final java.lang.String[] args )
  { final int i = 22; { java.lang.System.out.println( i ); }}}

java.lang.System.out

In einem inneren Block dürfen lokale Bezeichner eines äußeren Blocks nicht erneut deklariert werden.

Main.txt

public final class Main
{ public static void main( java.lang.String[] args )
  { final int i = 22; 
    { final int i = 23; java.lang.System.out.println( i ); }}}

Protokoll

Main.java:4: error: variable i is already defined in method main(String[])
    { final int i = 23; java.lang.System.out.println( i ); }}}
                ^
1 error

Richtung einer Deklaration ⃗

Eine lokale Variable kann nicht vor der Stelle ihrer Deklaration verwendet werden, auch wenn die Verwendung im selben Block erfolgt.

Main.txt

public final class Main
{ public static void main( final java.lang.String[] args )
  { java.lang.System.out.println( i ); final int i = 22; }}

Protokoll

Main.java:3: error: cannot find symbol
  { java.lang.System.out.println( i ); final int i = 22; }}
                                  ^
  symbol:   variable i
  location: class Main
1 error

Unterscheidung zu Namen aus Klassen ⃗

Es ist erlaubt, einen Namen, der schon in einer Klasse der Standardbibliothek deklariert wurde, in einem Block erneut zu deklarieren.

Der Block in dem folgenden Programm gehört nicht zum Gültigkeitsbereich des Namens »PI« aus der Klasse »java.lang.Math«, da der Name im Block nicht ohne Qualifikation verwendet werden kann. Daher kann in diesem Block ein lokaler Name »PI« deklariert werden. Durch die Qualifikation können beiden Namen danach unterschieden werden.

Main.java

public final class Main
{ public static void main( final java.lang.String[] args )
  { 
    final double PI = 3.1415926535897932384626433832795;
    java.lang.System.out.println( PI );
    java.lang.System.out.println( java.lang.Math.PI ); }}

transcript

3.141592653589793
3.141592653589793

Anders als in dem obigen Beispielprogramm gezeigt, sollten aber in einem Block deklarierte final-Variablen normalerweise nicht groß geschrieben werden.