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c○ Prof. Dr. B. Bartning, HS Emden/Leer Rumpfskript ” Informatik I/II“ (WS/SS 2010/11) 116 11 Objektorientierung: Ergänzungen, Vererbung, Polymorphie, statische Klassenelemente 11.0 Überblick Dieses Kapitel vertieft die Einführung in die Objektorientierung (Kap. 9). Nach einigen ergänzenden Bemerkungen in Unterkapitel 1 (Freund-Konzept, this-Zeiger, Kopier-Konstruktor) wird die sehr hilfreiche Möglichkeit aufgezeigt, wie die formale Benutzung und die Bedeutung ( ” Syntax“ und ” Semantik“) der in C ++ vorhandenen Operatoren auf Klassentypen (oder andere benutzerdefinierte Typen) ausgedehnt werden können (Unterkapitel 2). Unterkapitel 3 beschreibt das äußerst mächtige Konzept der Vererbung, der Möglichkeit, Ähnlichkeiten zwischen Klassen zu beschreiben. Ohne dieses wäre die Objektorientierung kaum wichtig geworden. Im Folgekapitel wird die Polymorphie eingeführt. Sie erlaubt es, Funktionen mit derselben Signatur zu redefinieren, so dass der auszuführende Programmcode trotz gleichen Namens je nach Objekttyp verschieden sein kann. Dieses ist insbesondere in Zusammenhang mit später Bindung von großer Bedeutung; es erlaubt, die auszuführende Aktion (den zugehörigen Funktionscode) erst zur Laufzeit zu bestimmen, und zwar in Abhängigkeit vom dann erst feststehenden Objekttyp. Unterkapitel 5 beschreibt die Einführung statischer Klassenelemente. Statische Datenelemente sind pro Klasse genau einmal vorhanden, und zwar unabhängig von der Existenz von Objekten. 11.1 Klassen und Objekte: Ergänzungen (11.10) Übb Nach einigen Vorbemerkungen (11.11) wird die Möglichkeit des gezielten Aufbrechens der Kapselung von Klassen über friend gezeigt (11.12). Dieses ist normalerweise unerwünscht, in (seltenen!) Spezialfällen aber sinnvoll. (11.11) Da der Code von Elementfunktionen zur Laufzeit nur einmal pro Klasse (und nicht in jedem Objekt) vorhanden ist, muss die Elementfunktion wissen, mit welchem Objekt (d. h. mit welchem Datensatz) sie aufgerufen wurde. Dieses geschieht durch die implizite Übergabe des Zeigers this (11.13). Die Kenntnis über diesen Mechanismus ist im folgenden Unterkapitel unbedingt nötig (Operator-Überladung, und zwar als Elementfunktion). Nach der kurzen Erläuterung der Initialisiererliste (11.14) wird der Kopier-Konstruktor eingeführt (11.15). Die explizite Definition eines solchen Konstruktors ist wichtig, wenn man statt einer ” flachen Kopie“ (Standardverhalten: die einzelnen Elemente eines Objekts werden kopiert) eine ” tiefe Kopie“ erzeugen muss: hierbei werden, wenn Zeiger (oder auch Referenzen) vorhanden sind, zusätzlich auch Kopien von den Daten erzeugt, auf die diese Zeiger (oder Referenzen) zeigen. (a) Das Erzeugen eines Objekts einer Klasse heißt manchmal auch Instantiierung, ein Objekt wird auch Instanz oder Exemplar 〈instance〉 einer Klasse genannt. (b) Wenn eine Elementfunktion schon innerhalb der Klassendefinition definiert (nicht nur deklariert) wird, so wird diese Definition implizit als inline (10.12a) aufgefasst, vgl. Hinweis in (9.11b Anm). (c) Wird ein Klassentyp statt mit class mit dem Schlüsselwort struct eingeleitet, so ist die Voreinstellung für die Zugriffsspezifizierung public. Wegen (6.13c) sollte daher struct i. a. nicht genommen werden, damit private als das ” Normale“ nicht vergessen wird. ↑↑ In C gibt es nur das struct, hier sind als Elemente nur Daten möglich, keine Funktionen und keine Zugriffsspezifizierer. Manchmal benutzt man auch in C ++ solche structs, z. B. wegen der einfacheren konstanten Initialisierung. Weitere Gründe s. Vorlesung InfHaupt. Außerdem ist in C der Name hinter struct kein Typname, sondern ein sog. Etikett 〈tag〉. Zur Typnennung ist daher die Kombination struct mit Etikett nötig, oder man definiert mit typedef einen Typnamen (5.62). Dieses ist in C ++ jedoch nicht nötig.
c○ Prof. Dr. B. Bartning, HS Emden/Leer Rumpfskript ” Informatik I/II“ (WS/SS 2010/11) 117 (11.12) Freunde Globale Funktionen (11.13), Elementfunktionen oder auch alle Elemente einer Klasse können Freund einer Klasse sein, d. h. den Zugriff auf alle Bestandteile erhalten. Der Ort der 12 friend-Spezifizierung ist beliebig innerhalb der Klassendefinition wählbar, er ist unabhängig von Zugriffsspezifizierern: class TeilOffen { // Deklaration von Elementen // ... friend void ansicht(); friend double AndereKlasse::zugriff(int a); friend class Neugierig; // ggf. Fortsetzung der Elementdeklarationen // ... }; Semantik: Auf alle Elemente dieser Klasse TeilOffen – unabhängig von Zugriffsbeschränkungen – dürfen zugreifen: die (globale, d. h. nicht einer Klasse angehörige) Funktion ansicht, die Elementfunktion zugriff der Klasse AndereKlasse, alle Elemente der Klasse Neugierig. Anm1 Das Auftreten von friend deutet wegen des Aufbrechens des Geheimnisprinzips meist einen Entwurfsfehler an. Es gibt nur wenige Fälle, in denen ein friend sinnvoll und gerechtfertigt ist, s. z. B. (Kap. 11.2). Es ist wichtig, dass man sehr sparsam mit dieser Möglichkeit umgeht und zunächst immer überlegt, ob man nicht auch ohne friend auskommen kann. Anm2 Die Spezifizierung friend ist nicht symmetrisch. Zum obigen Beispiel: Damit die Klasse TeilOffen auch auf verborgene Elemente der Klasse Neugierig zugreifen kann, muss sie in Neugierig als Freund eingetragen sein. Anm3 Die Spezifizierung friend ist auch nicht transitiv. Zum obigen Beispiel: Ist die Klasse Weiter ein Freund von Neugierig (d. h. in Neugierig als Freund eingetragen), so ist nicht automatisch Weiter ein Freund von TeilOffen. Anm4 Die Spezifizierung friend wird auch nicht vererbt. Anm5 Zum obigen Beispiel: Die Klasse AndereKlasse mit der Elementfunktion zugriff muss dem Compiler an der Stelle der friend-Deklaration bekannt sein. Anm6 Zum obigen Beispiel: Falls Neugierig als Klassenname bekannt ist, kann man das Schlüsselwort class weglassen, es genügt folgende Angabe: friend Neugierig; Anm7 Zum Umgang des Compilers MS Visual C ++ 6.0 mit friend-Operatorfunktionen s. (11.23d). (11.13) Zeiger this (a) Eine Elementfunktion erhält bei jedem Aufruf als impliziten zusätzlichen ersten Parameter einen Zeiger auf das Objekt, zu dem sie aufgerufen wird. Dieser Zeiger hat den Namen this. Ist das Objekt, deren Elementfunktion aufgerufen wird, vom Typ T, so ist this vom Typ T *const, d. h. der Zeiger this zeigt auf T und ist konstant, vgl. (10.28, 10.25). Eine Änderungserlaubnis von this ergäbe auch keinen Sinn. (b) Wegen (a) muss genau zwischen Elementfunktionen und globalen Funktionen unterschieden werden: erstere können nur in Zusammenhang mit einem Objekt aufgerufen werden (auf das der implizite Zeiger this zeigt), die zweiten ohne Objekt.
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