Polymorphie in Java: Überladen und Überschreiben

Polymorphie bedeutet Vielgestaltigkeit. Beim Programmieren können etwa gleichnamige Methoden unterschiedliche Ausführungen haben. Dafür musst du Überladen und Überschreiben unterscheiden.

Ein Parameter ist ein benannter Platzhalter für eine Eingabe. Sein Typ legt fest, welche Art von Wert übergeben werden darf. In unseren Java-Beispielen steht int für ganze Zahlen und String für eine Zeichenkette, also eine Folge von Zeichen. Der Rückgabetyp beschreibt das Ergebnis einer Methode. void bedeutet, dass die Methode keinen Wert zurückgibt. Ein Methodenkopf nennt unter anderem Rückgabetyp, Methodennamen und Parameter. Der Methodenkörper ist der Teil zwischen den geschweiften Klammern { und }; dort stehen die Anweisungen. Bei einem Methodenaufruf stehen die übergebenen Werte in runden Klammern hinter dem Methodennamen.

Beim Überladen gibt es gleichnamige Methoden mit unterschiedlichen Parameterlisten. Entscheidend sind Anzahl und Typen der Parameter, einschließlich ihrer Reihenfolge. Bei den hier verwendeten einfachen Java-Methoden bilden der Methodenname und die geordnete Liste der Parametertypen die Methodensignatur, kurz Signatur. Andere Parameternamen reichen nicht. Auch ein anderer Rückgabetyp allein erlaubt keine zusätzliche Methode mit derselben Signatur.

Eine abgeleitete Klasse übernimmt Eigenschaften und Methoden einer Basisklasse. Das heißt Vererbung; Basisklasse und Oberklasse meinen hier dasselbe. Eine abgeleitete Klasse heißt auch Unterklasse. Eine Instanzmethode wird an einem einzelnen Objekt aufgerufen. Beim Überschreiben gibt die abgeleitete Klasse einer geerbten Instanzmethode eine eigene Ausführung mit gleichem Namen und gleichen Parametertypen. In unseren Beispielen stimmen außerdem Rückgabetyp und Sichtbarkeit überein. Die Sichtbarkeit legt fest, von wo eine Methode aufgerufen werden darf: public bedeutet öffentlich zugänglich.

Eine Variable ist ein benannter Speicherplatz. Eine Variable für Objekte speichert eine Referenz, also einen Verweis auf ein Objekt. Sie enthält nicht das Objekt selbst. Bei der Deklaration legst du den Namen und den Typ einer Variablen fest. Dieser angegebene Typ heißt Referenztyp. Die Klasse des tatsächlich erzeugten Objekts heißt Instanztyp. Eine Instanz ist ein Objekt einer Klasse.

Eine Variable vom Typ einer Basisklasse kann auf ein Objekt dieser Basisklasse oder einer davon abgeleiteten Klasse verweisen. Durch die Zuweisung wird aus dem abgeleiteten Objekt kein Objekt der Basisklasse. Referenztyp und Instanztyp dürfen deshalb verschieden sein.

In Java erzeugt new Klassenname() ein neues Objekt, sofern die beschriebene Klasse so erzeugt werden kann. Das Zeichen = weist der links stehenden Variablen den rechts stehenden Wert zu. Ein Semikolon beendet die Anweisung. Bei einer späteren Zuweisung kann dieselbe Variable auf ein anderes Objekt verweisen. Ihr Referenztyp bleibt dabei gleich.

Der Compiler ist das Programm, das Java-Code vor der Ausführung prüft und übersetzt. Er prüft anhand des Referenztyps, ob ein Methodenaufruf erlaubt ist. Eine in der Basisklasse vorhandene Methode kann auch an einem Objekt einer abgeleiteten Klasse aufgerufen werden. Bei überladenen Methoden wird die passende Signatur vor der Ausführung bestimmt.

Für eine überschriebene Instanzmethode wird die Ausführung dagegen zur Laufzeit ausgewählt, also während das Programm läuft. Java richtet sich dabei nach dem tatsächlichen Objekt und seinem Instanztyp. Diese Auswahl heißt dynamische Bindung. Überschreibt die Instanzklasse die Methode nicht selbst, wird die passende geerbte Ausführung verwendet.

Beim Überschreiben startet die Ausführung der Basisklassenmethode nicht von selbst zusätzlich. Im folgenden Beispiel läuft beim Aufruf deshalb der Methodenkörper von Pausenansage. System.out.println(...) gibt den eingeklammerten Wert als Textzeile aus.

„Zur Laufzeit ausgewählt“ beschreibt den Auswahlmechanismus. Bei einem einfachen Beispiel kannst du das Ergebnis trotzdem schon beim Lesen vorhersagen. Die Aussagen hier beziehen sich auf Instanzmethoden.

Das Liskovsche Substitutionsprinzip heißt auch Ersetzbarkeitsprinzip. Es verlangt: Ein Programm, das sich auf die zugesicherten Eigenschaften einer Basisklasse verlässt, muss auch mit Objekten der abgeleiteten Klasse korrekt funktionieren, ohne dafür verändert zu werden. Dass Java eine Vererbung und Zuweisung erlaubt, beweist diese Ersetzbarkeit noch nicht.

Eine Vorbedingung legt fest, was vor einem Methodenaufruf gelten muss. Eine Nachbedingung legt fest, was die Methode nach dem Aufruf garantiert. Eine abgeleitete Klasse darf Vorbedingungen unverändert lassen oder abschwächen. Sie darf also zusätzliche Eingaben erlauben, aber bisher erlaubte Eingaben nicht ausschließen. Nachbedingungen darf sie unverändert lassen oder verstärken. Sie darf zusätzliche Ergebnisseigenschaften garantieren, aber bisher zugesicherte Eigenschaften nicht aufgeben. Auch dauerhaft zugesicherte Eigenschaften der Basisklasse müssen erhalten bleiben.

Prüfe deshalb zuerst die Zusagen der Basisklasse. Vergleiche dann die erlaubten Eingaben und die garantierten Ergebnisse der abgeleiteten Klasse damit. Eine Bezeichnung wie „ist eine besondere Art von“ reicht als Begründung nicht. Entscheidend sind die angebotenen Aktionen und ihre Zusagen. Ein einzelner erfolgreicher Test beweist nicht, dass sie für sämtliche erlaubten Fälle eingehalten werden.