Typen von Objekten in Java 

Typen von Objekten

ℛ Klassenregel Der Typ eines Objekts ist immer eine Klasse. Die Klasse eines Objekts ist nicht veränderlich. Die Klasse eines Objekts legt fest, welche Einträge das Objekt enthält: Es handelt sich um die nicht-statischen Einträge seiner Klasse.

 

ℛ Typregel Ausdrücke haben einen Typ, Objekte haben eine Klasse. (Der Typ eines Ausdrucks kann eine Klasse oder  eine Schnittstelle sein.)

Wir gebe hier zwei Beispiele für Ausdrücke zusammen mit dem Typ des Ausdrucks und dem Typ des Objektes an, welches der Wert des Ausdruck ist.

Unterschiede zwischen Klassen und Schnittstellen

Wir haben nun auch einen ersten Unterschied zwischen Klassen und Schnittstellen erlernt:

Während der Typ eines Ausdruck eine Klasse oder eine Schnittstelle sein kann, kann der Typ eines Objektes nie eine Schnittstelle sondern immer nur eine Klasse sein.

Zeichenfolgen

Insbesondere für Zeichenfolgenliterale  halten wir die wichtige String-Regel fest:

ℛ String-Regel Ein Zeichenfolgenliteral  hat den Typ »java.lang.String«. Sein Wert  ist ein Objekt, welches die Klasse »java.lang.String« hat. Jenes Objekt stellt die Zeichenfolge  des Literals durch ein Objekt dar.

»java.lang.System.out«

ℛ System.out-Regel Der Name »java.lang.System.out« hat den Typ »java.io.PrintStream«. Sein Wert  ist ein Objekt, welches die Klasse »java.io.PrintStream« hat. Jenes Objekt stellt das normalerweise zur Ausgabe von Ergebnissen vorgesehene Ausgabesystem  dar.

Ausdrücke, Objekte und Typen

Ausdruck                Typ des Ausdrucks      Klasse des Objekts
"abc"                   java.lang.String       java.lang.String
java.lang.System.out    java.io.PrintStream    java.io.PrintStream

Ermittlung des Typs von Ausdrücken

Die Dokumentation von Einträgen (Feldern und Methoden) eines Objektes findet man daher in der Dokumentation der Klasse des Objektes. (Hierdurch wird eine frühere Regel präziert, die sagt, daß man die Dokumentation nicht-statischer Einträge im Typ ihres Ausdrucks findet.)

Der Typ eines Ausdrucks  kann der Dokumentation der Standardbibliothek entnommen werden, wenn es sich um einen Namen oder eine Methode der Standardbibliothek handelt.

Ermittlung des Typs von Objekten

Die Klasse eines Objekts  kann nur zur Laufzeit ermittelt werden, und zwar, indem man des Objekts Methode »getClass()« aufruft.

Main.java

public final class Main
{ public static void main( final java.lang.String[] args )
  { java.lang.System.out.println( "abc".getClass() );
    java.lang.System.out.println( java.lang.System.out.getClass() ); }}

transcript

class java.lang.String
class java.io.PrintStream

Ruft man die getClass-Methode eines Objektes auf, so erhält man die Klasse des Objekts.

„Dynamische Typen“

Typen  können während der Ausführung eines Programms nicht verändert werden und sind insofern statisch. Sie gehören zum Quelltextmodell. In Java  werden mit statisch  auch ganz allgemein Dinge bezeichnet, die zum Quelltext oder zu Klassen gehören.

Objekte  können während der Ausführung eines Programms neu erzeugt oder verändert werden und sind insofern nicht-statisch. Sie gehören zum Laufzeitmodell. In Java  werden mit nicht-statisch  oder dynamisch  daher auch ganz allgemein Dinge bezeichnet, die zum Laufzeitgeschehen  oder zu Objekten  gehören.

Obwohl Typen – isoliert betrachtet – statisch  sind, bezeichnet man den Typ eines Objektes  in Java als Laufzeittyp  oder dynamische Typ. Die Typen von Ausdrücken  gehören hingegen zum Quelltextmodell. Sie werden daher auch als statische Typen  bezeichnet.

Anforderungen an den Objekttyp

Ein Ausdruck liefert eine Liste von Aufrufmöglichkeiten (also von Methodensignaturen für Verbaufrufe, die mit einem Punkt ».« getrennt hinter den Ausdruck geschrieben werden können.)

Das Objekt dieses Ausdrucks kann solche Aufrufe dann erledigen, man sagt es implementiere  sie (verwirkliche sie).

Man kann einen Ausdruck mit einer Speisekarte  (dem Angebot  eines Restaurants) und sein Objekt mit der Küche  (der Einrichtung zur Verwirklichung  des Angebots) vergleichen. Die Küche muß alles liefern können, was die Speisekarte anbietet. Sie darf auch mehr  liefern können, aber nicht weniger.

Ein Ausdruck darf daher nicht mehr  Möglichkeiten anbieten als sein Objekt tatsächlich implementiert, daher muß der Typ des Objektes ein Untertyp  des Typs des Ausdrucks sein (das Objekt darf höchstens mehr  Aufrufe implementieren, aber nicht weniger, als der Ausdruck verspricht).

Es gilt daher die folgende

ℛ Objektregel Die Klasse eines Objektes muß ein Untertyp  des Typs eines Ausdrucks (also auch eines Namens) für das Objekt sein.

Das bedeutet nach dem Inklusionsprinzip, daß ein Objekt höchstens mehr  Methoden haben darf als sein Ausdruck, aber nicht weniger. Der Compiler prüft beim Übersetzen bereits, ob ein Ausdruck für ein Objekt, eine mit dem Ausdruck als Kontext aufgerufene Methode auch enthält. Die Typanforderung stellt dann sicher, daß die Methode dann auch im Objekt enthalten ist. Daher kann es in Java  nicht passieren, daß es dann plötzlich eine Fehlermeldung während der Ausführung eines Programmes gibt, weil eine aufgerufene Methode in einem Objekt fehlt.

Die dadurch gewährleistete statische Typsicherheit  der Programmiersprache Java  ist ein Hauptgrund dafür, daß Java  für größere Programmierprojekte in vielen Organisationen so beliebt ist, denn sie wird nicht von allen anderen konkurrierenden Programmiersprachen geboten. Andererseits erschwert sie das Lernen, da der Programmierer zusätzliche Regeln erlernen muß, die in einigen anderen Sprachen nicht benötigt werden.

Wenn das Objekt alle Methoden des Ausdrucks enthält, sind alle Methoden, die der Compiler akzeptiert (»f()«, »g()« und »h()«) auch zur Laufzeit möglicht. Es stört dabei nicht, wenn das Objekt noch mehr Methoden (»i()« und »j()«) hat.

                      Obertyp
                Typ des Ausdrucks
               |                 |
               |  f()  g()  h()  |
               |                 |
          -----|-----------------|--------------
Untertyp       |  f()  g()  h()  |  i()  j()      Typ des Objekts
          --------------------------------------

Vergleich

Der Typ eines Ausdrucks  verspricht im Quelltext, daß gewisse Verbaufrufe mit dem Ausdruck als Kontext möglich sind (nämlich die Aufrufe nicht-statischer Methoden aus dem Typ des Ausdrucks). Der Ausdruck steht im Quelltext für ein Objekt, das aber erst später (bei der Ausführung des Programms) existieren wird. Wir können den Compiler mit einem Kellner  vergleichen, der bestimmte Speisen (Methoden) anbietet.

Der Kellner prüft bei einer Bestellung zunächst, ob das vom Kunden bestellte Gericht auf der Speisekarte des Restaurants ist. Entsprechend prüft der Compiler bei einem Aufruf mit einem Ausdruck als Kontext, ob der Typ des Kontexts eine passende Methode enthält (nicht-statisches Aufrufprinzip). Für den Compiler ist der Typ des Ausdrucks (die Speisekarte) entscheidend. Die Speisekarte entspricht der Dokumentation eines Referenztyps.

Zur Laufzeit (bei der Ausführung des Programms) muß es dann auch ein Objekt hinter dem Ausdruck geben, welches die Methoden wirklich enthält („implementiert“, wie man sagt), also dann die eigentliche Arbeit macht. Das Objekt können wir mit dem Koch  vergleichen, der die auf der Speisekarte angepriesenen Gerichte dann kochen (umsetzen, implementieren) können muß.

Es ist zulässig, daß die Küche mehr  Gerichte kochen kann als auf der Speisekarte angepriesen, aber sie darf nicht  weniger kochen können. Dies entspricht der Objektregel.

Übungsaufgaben

/   Übungsaufgabe

Entnehmen Sie der Dokumentation den Typ des Feldes »java.lang.System.in«.

Ermitteln Sie dann den Typ des Objekts »java.lang.System.in«.

Ist die obenstehende Objektregel erfüllt?

Hilfen:

Der Typ eines Feldes  kann der Dokumentation entnommen werden. (Es handelt sich um den Typ eines Ausdrucks  für das Feld.)

Die Klasse eines Objektes  kann zur Laufzeit ermittelt werden, indem die getClass()-Methode jenes Objektes aufgerufen wird.

Die Objektregel lautet: „Der Typ eines Objektes muß ein Untertyp des Typs eines Ausdrucks (also auch eines Namens) für das Objekt sein.“.