Vererbung in Java: Klassen sinnvoll erweitern

Eine Klasse legt Eigenschaften und Verhalten ihrer Objekte fest. Ein Attribut speichert eine Eigenschaft. Eine Methode beschreibt eine aufrufbare Folge von Anweisungen. Eine Instanzmethode gehört zu einem einzelnen Objekt; eine Instanz ist ein anderes Wort für ein Objekt.

Bei der Vererbung erweitert eine abgeleitete Klasse eine Basisklasse. Sie kann geerbte Methoden weiterverwenden, zusätzliche Eigenschaften erhalten und geeignetes Verhalten verändern. Als Begründung hilft die Beziehung „ist ein“: Jedes Objekt der abgeleiteten Klasse soll auch als Objekt der Basisklasse verwendbar sein und deren vereinbarte Aufgaben erfüllen. Gemeinsame Methoden müssen dann nicht erneut geschrieben werden. Dass zwei Klassen einige ähnliche Eigenschaften haben, reicht als Begründung noch nicht aus.

Welche Bestandteile vererbt werden, hängt von ihren Zugriffsregeln ab. Ein Paket ist eine Gruppe zusammengehörender Java-Klassen. Die Tabelle zeigt die Regeln. Private Daten der Basisklasse können weiterhin zum erzeugten Objekt gehören; die abgeleitete Klasse darf jedoch nicht direkt darauf zugreifen. Sie kann dafür zugängliche Methoden der Basisklasse nutzen. Ein Konstruktor bereitet ein neues Objekt vor. Konstruktoren werden nicht vererbt, können aber aus der abgeleiteten Klasse aufgerufen werden.

Das Java-Schlüsselwort extends nennt die Basisklasse: class Kuehltasche extends Tasche erklärt Kuehltasche zur abgeleiteten Klasse von Tasche. class beginnt eine Klassendefinition. Die zusammengehörenden Klassen unserer Java-Beispiele liegen jeweils im selben Paket. Die gezeigten Ausschnitte sind Java-Code, aber keine vollständigen Programme mit einem Programmstart.

Ein Konstruktor trägt den Namen seiner Klasse und hat keinen Rückgabetyp. Ein Rückgabetyp beschreibt, welche Art von Ergebnis eine Methode liefert. Mit super(...) ruft ein Konstruktor einen passenden Konstruktor der Basisklasse auf. Die Punkte stehen hier als Platzhalter für übergebene Werte und gehören nicht in den ausführbaren Aufruf. super() übergibt keine Werte; super(liter) übergibt den Wert von liter. Der Aufruf muss zu einem vorhandenen, zugänglichen Konstruktor passen.

Eine abgeleitete Klasse kann eine geerbte Instanzmethode überschreiben, also eine eigene Ausführung für sie bereitstellen. Dafür müssen Methodenname sowie Anzahl und Typen der Parameter übereinstimmen. Parameter sind benannte Eingabewerte. In unseren Beispielen bleibt auch der Rückgabetyp gleich. Bei Rückgaben von Objekten ist außerdem ein speziellerer Typ zulässig. Die Zugriffsrechte dürfen beim Überschreiben erweitert, aber nicht eingeschränkt werden. Eine mit static gekennzeichnete Methode gehört zur Klasse statt zu einem einzelnen Objekt; zwischen einer solchen Klassenmethode und einer Instanzmethode darf beim Überschreiben nicht gewechselt werden.

@Override ist eine Prüfkennzeichnung für den Compiler, das Übersetzungsprogramm für Java-Code. Sie kündigt an, dass die Methode eine vorhandene Methode überschreiben soll. Passt die Methode nicht zu einer entsprechenden geerbten Methode, meldet der Compiler einen Fehler. Die Kennzeichnung erzeugt die Vererbungsbeziehung nicht selbst.

Im folgenden Code bedeutet int eine ganze Zahl und String eine Zeichenfolge. Ein Gleichheitszeichen weist einen Wert zu. Runde Klammern enthalten Parameter oder übergebene Werte. Geschweifte Klammern umschließen die Bestandteile einer Klasse oder die Anweisungen eines Konstruktors oder einer Methode. Ein Semikolon beendet hier eine Anweisung. return liefert das Ergebnis der Methode zurück. Die geraden Anführungszeichen gehören zur Java-Schreibweise für Zeichenfolgen.

Eine Variable ist ein benannter Speicherplatz. Eine Variable für Objekte speichert einen Verweis auf ein Objekt. Der Verweis ermöglicht den Zugriff auf dieses Objekt. Der Variablentyp legt fest, welche Art von Objekt die Variable aufnehmen darf und welche Methoden über sie aufrufbar sind. Eine Variable vom Typ einer Basisklasse kann auch auf ein Objekt einer passenden abgeleiteten Klasse verweisen.

Polymorphie bedeutet hier: Über denselben Basisklassentyp können unterschiedliche passende Objekte angesprochen werden. Bei einem Aufruf einer überschriebenen Instanzmethode richtet sich die ausgeführte Methode nach dem tatsächlichen Objekt. Der Typ der Variablen entscheidet dabei nicht, welche Überschreibung ausgeführt wird. Hat die tatsächliche Klasse keine eigene Überschreibung, kann eine geerbte Ausführung verwendet werden. Diese Auswahlregel bezieht sich auf Instanzmethoden, nicht auf Attribute oder mit static gekennzeichnete Klassenmethoden.

Im folgenden ausgedachten Beispiel besitzt Nachricht die Instanzmethode String text(), die „Meldung“ zurückgibt. Eilmeldung erbt von Nachricht und überschreibt dieselbe Methode; ihre Ausführung gibt „Eilig“ zurück. Beide Klassen haben einen aufrufbaren Konstruktor ohne Parameter. new erzeugt ein neues Objekt und ruft dessen Konstruktor auf. Der Punkt in n.text() bedeutet, dass die Methode über den in n gespeicherten Objektverweis aufgerufen wird.

Bei Komposition im hier verwendeten Sinn enthält eine Klasse Verweise auf andere Objekte und nutzt deren Fähigkeiten. Die Beziehung lautet „hat ein“: Eine Spielfigur hat beispielsweise ein Objekt, das ihre Bewegung bestimmt. Sie muss dafür nicht von diesem Bewegungsobjekt erben.

Eine Schnittstelle beschreibt gemeinsame vereinbarte Methoden, die verschiedene Klassen bereitstellen. Die nutzende Klasse kann ihren Verweis über diesen gemeinsamen Typ halten. Sie ruft die vereinbarte Methode auf, ohne die einzelnen Ausführungsdetails kennen zu müssen. Die beteiligten Objekte müssen diese Vereinbarung erfüllen.

Zur Laufzeit bedeutet: während das Programm läuft. Ist der gespeicherte Verweis ausdrücklich austauschbar, kann die Klasse während des Programmlaufs ein anderes passendes Verhaltensobjekt erhalten. Weitere Aufrufe nutzen dann dessen Verhalten. Der Klassenname und die durch extends festgelegte Basisklasse des nutzenden Objekts ändern sich bei diesem Austausch nicht. Komposition macht Verhalten also nicht von selbst austauschbar; die Austauschmöglichkeit muss vorgesehen sein.

Ein Vorteil ist, dass du Verhalten getrennt weiterentwickeln kannst. Bleibt die gemeinsame Schnittstelle erhalten, sind dafür oft keine Änderungen an der nutzenden Klasse nötig. Ändert sich die Vereinbarung, können auch dort Anpassungen nötig werden. Zudem muss die nutzende Klasse ihre Aufrufe an das enthaltene Objekt weiterreichen; diese Verbindung muss programmiert werden. Vererbung bleibt sinnvoll, wenn eine passende „ist ein“-Beziehung und die vereinbarten Aufgaben der Basisklasse erhalten bleiben.