Klasse (Objektorientierung) – Wikipedia
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Unter einer Klasse (auch Objekttyp genannt) versteht man in der objektorientierten Programmierung ein abstraktes Modell bzw. einen Bauplan für eine Reihe von ähnlichen Objekten.
Die Klasse dient als Bauplan für die Abbildung von realen Objekten in Softwareobjekte und beschreibt Attribute (Eigenschaften) und Methoden (Verhaltensweisen) der Objekte. Verallgemeinernd könnte man auch sagen, dass eine Klasse dem Datentyp eines Objekts entspricht.
Vererbung
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Klassen können miteinander in hierarchischen Beziehungen stehen und zu komplexen Strukturen werden. Die Gesetzmäßigkeiten, nach denen diese gebildet werden, beschreibt das grundlegende Konzept der Vererbung. Hier sind weiterhin die Begriffe Basisklasse und abgeleitete Klasse von Bedeutung, um die Verhältnisse der Klassen untereinander zu charakterisieren. Dabei beschreibt die Basisklasse allgemeine Eigenschaften, ist also eine Verallgemeinerung der abgeleiteten Klassen. Diese sind somit Spezialisierungen der Basisklasse.
Beispiel: Basisklasse Kraftfahrzeug
ist Verallgemeinerung der abgeleiteten Klassen (Spezialisierungen) Auto
, LKW
, Motorrad
und Traktor
.
Dabei „erben“ die abgeleiteten Klassen alle Eigenschaften und Methoden der Basisklasse (d. h., ein Motorrad hat alle Eigenschaften eines Kraftfahrzeugs, und man kann alles mit ihm machen, das man mit einem Kraftfahrzeug machen kann). Zusätzlich führt die abgeleitete Klasse zusätzliche Eigenschaften und Methoden ein, die bei ihren Objekten möglich sind. Das Motorrad hat z. B. einen Gepäckträger, ein Auto nicht, dafür aber einen Kofferraum.
Programmierstil
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]In vielen Programmiersprachen ist es üblich, dass der Name einer Klasse mit einem Großbuchstaben beginnt und in Camel-Case-Notation geschrieben wird (Namenskonventionen von Java, JavaScript, .NET, Objective-C, PHP, Perl, Python, Swift). Die Namen der Variablen dagegen werden bei manchen Programmiersprachen mit einem Kleinbuchstaben begonnen.
Vergleich mit Verbund
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Ähnlich der Klasse ist der Verbund ein Werkzeug zum Verwalten von zusammengehörigen Attributen. Er ist ein zusammengesetzter Datentyp aus verschiedenen anderen Datentypen. Die einzelnen Komponenten können als Attribute des neuen Verbundtyps betrachtet werden. Je nach Programmiersprache können sich Verbund und Klasse mehr oder weniger stark unterscheiden. Beispiele für Unterschiede sind:
- Eigene Methoden und welche Arten möglich sind
- Speicherverwaltung
- Verhalten bei Zuweisung (nur Referenz, flache Kopie, tiefe Kopie)
- Nutz- und Definierbarkeit von Standardoperatoren
- Vererbbarkeit
- Unterstützung von Sichtbarkeiten, die nicht
public
sind - Unterstützung von Unions
- Als Attribut zulässige Arten von Typen (Klassen, zusammengesetzte Typen, einfache Typen)
Beispiele
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Als Beispiel soll eine Lampe dienen. Eine Lampe kann verschiedene Eigenschaften (Attribute) besitzen, zum Beispiel Farbe, Gewicht und ob sie leuchtet. Da man mit den Eigenschaften Farbe und Größe wenig operieren kann, wäre eine sinnvolle Verhaltensweise demnach eine Lichtschalter-Methode, die den jeweiligen Zustand von an und aus bestimmt.
Beispiel-Implementierung in C#:
class Lampe { // Eigenschaften Color gehaeusefarbe; double gewicht; Color lichtfarbe; double helligkeit; bool istEingeschaltet; // Methoden void einschalten() { istEingeschaltet = true; } void ausschalten() { istEingeschaltet = false; } }
Das Konzept der Vererbung lässt sich daran zeigen, dass es verschiedene Arten von Lampen gibt, z. B. Straßenlaternen, Taschenlampen oder Autoscheinwerfer. Diese speziellen Lampenarten sind dann Unterklassen der Klasse Lampe
, d. h. sie besitzen zusätzliche Attribute (z. B. Taschenlampe.maximaleLeuchtdauer
, Autoscheinwerfer.istKippbar
) und Methoden (z. B. Taschenlampe.batterieLaden()
, Autoscheinwerfer.fernlichtEinschalten()
). Die Attribute und Methoden der Klasse Lampe
werden übernommen und gelten auch für die Unterklassen. Für diese speziellen Klassen ist die Klasse Lampe
eine Basisklasse.
In C#:
// Unterklassen der Klasse Lampe class Taschenlampe : Lampe { // zusätzliche Eigenschaften double maximaleLeuchtdauer; // zusätzliche Methoden void batterieLaden() { // Implementierung der Methode } } class Autoscheinwerfer : Lampe { // zusätzliche Eigenschaften bool istKippbar; // zusätzliche Methoden void fernlichtEinschalten() { // Implementierung der Methode } }
Eine Klasse kann als Datentyp verwendet werden (z. B. für Attribute oder Methoden-Parameter).
Beispiel: Ein Parlament besteht aus mehreren Abgeordneten, die Person
sowie meistens Mitglieder einer Partei
sind. Die Klasse Abgeordneter
ist als Unterklasse der Klasse Person
umgesetzt. Jedes Parlament hat einen Abgeordneten als Vorsitzenden. Die Klasse Parlament
kann eine Methode setzeVorsitzenden(...)
definieren mit diesem Abgeordneter
als Parameter; sie setzt das Attribut vorsitzender
auf den angegebenen „Wert“. Zusätzlich wird eine Methode gibAnzahlDerAbgeordneten(...)
implementiert, die einen Parameter der Klasse Partei
erhält und die Anzahl der Abgeordneten dieser Partei zurückgibt.
Mögliche C#-Implementierung:
class Person { // Eigenschaften string vorname; string nachname; Date geburtsdatum; List<string> nationalitaeten; string MailAdresse; string Postanschrift; } class Partei { // Eigenschaften string name; List<Person> mitglieder; } // Unterklasse der Klasse Person class Abgeordneter: Person { // Eigenschaften Partei partei; // Methoden Partei gibPartei() { return partei; } } class Parlament { // Eigenschaften Abgeordneter vorsitzender; int maximalGroesse; // Liste von Objekten der Klasse Abgeordneter List<Abgeordneter> listeAbgeordnete = new List<Abgeordneter>(); // Methoden void setzeVorsitzenden(Abgeordneter abgeordneter) { vorsitzender = abgeordneter; } int gibAnzahlDerAbgeordneten(Partei partei) { int anzahl = 0; foreach (Abgeordneter einAbgeordneter in listeAbgeordnete) { if (einAbgeordneter.gibPartei() == partei) { anzahl = anzahl + 1; } } return anzahl; } }
Ruby
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Das folgende Beispiel ist in der Programmiersprache Ruby geschrieben:
# Die Klasse "Fahrzeug" ist die Basisklasse. class Fahrzeug def bewegen() puts "Fahrzeug wird bewegt." end end # Die Klasse "Auto" ist die abgeleitete Klasse. class Auto < Fahrzeug def bewegen() puts "Auto wird bewegt." end end def fahren(fahrzeug) # zur Verdeutlichung der sog. "Polymorphie" fahrzeug.bewegen() end # Hauptprogramm fahrzeug = Fahrzeug.new auto = Auto.new fahrzeug.bewegen() auto.bewegen() # Polymorphie: Methode 'fahren' fahren(fahrzeug) fahren(auto)
Dieses Programm definiert eine Klasse Fahrzeug
und eine davon abgeleitete Klasse Auto
.
Die Basisklasse besitzt eine Methode namens bewegen()
, die den Text „Fahrzeug wird bewegt.“ auf dem Computerbildschirm ausgibt. Die von Fahrzeug
abgeleitete Klasse Auto
hat ebenfalls eine Methode bewegen()
und überschreibt die Methode von Fahrzeug
. Die von ihr erzeugte Ausgabe lautet „Auto wird bewegt.“.
Anschließend folgt die Definition einer eigenständigen Funktion fahren()
, die ein Objekt der Basisklasse als Argument bekommt. Auf diesem Objekt wird die Methode bewegen()
aufgerufen.
Schließlich folgt das Hauptprogramm, das sowohl ein Objekt der Basisklasse (fahrzeug
), als auch der abgeleiteten Klasse (auto
) erzeugt, und auf beide zuerst bewegen()
aufruft und danach mit Hilfe von fahren()
ebenfalls noch einmal bewegen()
für beide Objekte ausführt.
Wird dieses Programm ausgeführt, so erscheint auf dem Bildschirm:
Fahrzeug wird bewegt. Auto wird bewegt. Fahrzeug wird bewegt. Auto wird bewegt.
Es ist zu erkennen, dass, obwohl die Funktion fahren()
für ein Fahrzeug
definiert ist, sie auch für ein Auto
funktioniert und die überschriebene Methode aufgerufen wird, d. h., sie funktioniert für Objekte der Basisklasse sowie für Objekte aller abgeleiteter Klassen. Diese erben die Eigenschaften und „können“ somit auch alles, was die Basisklasse „kann“. Dieses im Allgemeinen erwünschte Verhalten nennt man Polymorphie.
Erweiterung
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Eine Erweiterung bzw. Abstraktion dieses Konzepts findet sich in dem Modell der abstrakten Klassen und der Metaklassen.
Möglich ist auch eine sogenannte anonyme Klasse. Dabei wird eine Klasse nur an genau der Stelle beschrieben, an der ein Objekt von ihr erzeugt wird. Sie ist nicht getrennt (zum Beispiel in einer eigenen Datei) als eigenständige Komponente im Quellcode beschrieben und kann daher auch von anderen Programmteilen nicht wiederverwendet oder gezielt angesprochen werden. Die Klasse erhält auch keinen eigenen Namen. In der Regel erbt sie jedoch von einer anderen, diese beschreibt dann die Haupteigenschaften und -methoden des Objekts für seine spätere Verwendung. Die abgeleitete, namenlose Klasse modifiziert das Verhalten meist nur geringfügig.
Ein Beispiel in Java:
import java.awt.Button; import java.awt.event.ActionListener; // Erzeugen eines Button-Objekts, speichern in hilfeButton // "Hilfe" ist die Beschriftung des Buttons Button hilfeButton = new Button("Hilfe"); // Zum Button wird ein Objekt hinzugefügt, das eine Methode "actionPerformed" // besitzt. Die Methode wird aufgerufen, wenn der Button angeklickt wird. hilfeButton.addActionListener( new ActionListener() { void actionPerformed(ActionEvent e) { System.out.println("Hilfetext"); } } // end anonymous class );
Es wird mit new
ein Objekt erzeugt, das in Hauptsache einem java.awt.event.ActionListener
entspricht (zwar keine Basisklasse, aber ein Interface). Als spezielle Verhaltensweise genau diesen Objekts wird die Methode actionPerformed
so überschrieben, dass sie Hilfetext
auf dem Bildschirm ausgibt. Da ein spezialisiertes Verhalten definiert wurde, ist das Objekt von einer abgeleiteten Klasse, also nicht von ActionListener
direkt – es wurde aber kein Klassenname angegeben. Im nachfolgenden Programm kann das Objekt nur noch als ActionListener
verwendet werden (siehe Polymorphie).
Mitunter wird ähnlich einer anonymen Klasse auch eine innere Klasse definiert. Unterschied zu einer „normalen“ Klasse ist zunächst der Sichtbarkeitsbereich, eine innere Klasse ist innerhalb einer anderen („äußeren Klasse“) definiert. Ist sie privat, so können nur Objekte der äußeren Klasse Objekte der inneren erzeugen und verwenden. Ist die innere Klasse nicht-statisch, so ist eine Objekterzeugung sogar abhängig von einem Objekt der äußeren Klasse und nur über ein solches Objekt möglich.
Reflexion
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Manche Programmiersprachen erlauben es, dass ein Programm die Struktur seiner Klassen kennt und auch das Verändern von Klassen zur Laufzeit, wie beispielsweise das Ändern der Struktur durch Hinzufügen oder Entfernen von Eigenschaften oder Methoden. Diese sogenannte „Reflexion“ sollte nur im Notfall verwendet werden, da das Programm dadurch schwer verständlich und Refactoring erschwert wird.
Siehe auch
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]- Prototypenbasierte Programmierung (auch klassenlose Objektorientierung)
Literatur
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]- Laura Lemay, Rogers Cadenhead: Java in 21 Tagen. Markt & Technik, Buch- und Software-Verlag, München 2000, ISBN 3-8272-5578-3.
- Peter Pepper: Programmieren lernen. Eine grundlegende Einführung mit Java. 3. Auflage. Springer, Berlin u. a. 2007, ISBN 978-3-540-72363-9.
- Katharina Morik, Volker Klingspor: Informatik kompakt: Eine grundlegende Einführung mit Java. Springer, Berlin u. a. 2006, ISBN 3-540-24304-6.