Objekt

Ein Objekt ist eine thematische Zusammenfassung von Daten. Auf Datenebene entspricht ein Objekt nur einem zusammenhängenden Speicherblock. Anstatt jedoch die Bedeutung des Inhaltes dieses Speicherbereiches manuell zu interpretieren, bieten objektorientierte Programmiersprachen dem Programmierer die Möglichkeit, diese Daten direkt mit einer Semantik zu versehen.

Der Aufbau eines Objektes wird durch seine Klasse bestimmt:

• Die Attributvariablen repräsentieren die gespeicherten Daten.
• Die Methoden repräsentieren die auf diesen Daten ausführbaren Operationen.
• Die Konstruktoren repräsentieren die Art und Weise, in der der Speicherbereich initialisiert wird.

Konzept

Das Konzept der objektorientierten Software ist es, Software so zu organisieren, dass sie dem objektorientierten Denkstil des menschlichen Gehirns entspricht. Für einen Menschen ist die Idee eines handlungsfähigen Objektes greifbarer, als die eines Haufens abstrakter Daten irgendwo im Speicher des Computers.

Beispiel

Ein Quader kann durch folgende Werte repräsentiert werden: Höhe, Breite und Tiefe. Diese drei Werte können in Form dreier double-Variablen vermerkt werden. Im Speicher kann ein Quader also durch drei double-Variablen direkt hintereinander repräsentiert werden und verbraucht dabei 192 Bit an Platz. Zwei Quader, ein länglicher Block und ein Würfel, ließen sich dann folgendermaßen verwalten:

double blockWidth  = 2.0;
double blockHeight = 3.0;
double blockLength = 6.0;

double cubeWidth   = 4.0;
double cubeHeight  = 4.0;
double cubeLength  = 4.0;

Problematik

Für zwei solcher Datensätze mag das noch ganz übersichtlich erscheinen. Sobald man aber Hunderte Objekte dieser Art verwalten will, wie z.B. in der Computergrafik üblich, so geht sehr schnell die Übersicht verloren. Ein weiteres Problem ist, dass diese Daten nicht verallgemeinert verwaltbar sind. Es ist nicht möglich, irgendeinen dieser Quader zu wählen und mit seinen Daten zu arbeiten. Stattdessen muss jeder Quader direkt bearbeitet und seine Daten verwaltet werden. So sind z.B. leicht geschriebene Schleifen über alle Quader nicht umsetzbar.

Lösung

Man definiert sich für seine Quader einen eigenen Datentyp:

public class Cuboid {
    private double width;
    private double height;
    private double length;
}

Durch diese Klasse werden bereits alle benötigten Daten zum Repräsentieren eines Quaders reserviert.

Konstruktoren

Mit dem Defaultkonstruktor kann man bereits Quader erzeugen:

Cuboid[] cuboids = new Cuboid[10];
for(int i = 0; i < 10 ; i++){
    cuboids[i] = new Cuboid();
}

Man kann jedoch die Daten dieser Quader selbst noch nicht verändern. Dazu schreibt man für gewöhnlich Konstruktoren, die die Daten initialisieren:

public class Cuboid {
    private double width;
    private double height;
    private double length;

    public Cuboid(double width, double height, double length){
        this.width  = width;
        this.height = height;
        this.length = length;
    }
}

Den Defaultkonstruktor kann man nun nicht mehr verwenden, man muss einen öffentlichen Konstruktor aufrufen:

Cuboid[] cuboids = new Cuboid[10];
for(int i = 0; i < 10 ; i++){
    cuboids[i] = new Cuboid(i+1,i+2,i+3);
}

Jedes der so erstellten Objekte besitzt nun individuelle Werte und kann über das Array angesprochen werden. Die sechs Zeilen Code des ersten Beispieles lassen sich jetzt auch folgendermaßen darstellen:

Cuboid block = new Cuboid(2.0,3.0,6.0);
Cuboid cube  = new Cuboid(3.0,3.0,3.0);

Methoden

Möchte man mit diesen Objekten arbeiten, so kann man relevante Operationen auch als Methoden des Objektes formulieren. Eine relevante Operation wäre hier zum Beispiel die Berechnung des Volumens der Quader:

public class Cuboid {
    private double width;
    private double height;
    private double length;

    public Cuboid(double width, double height, double length){
        this.width  = width;
        this.height = height;
        this.length = length;
    }

    public double getVolume(){
        return this.width * this.height * this.length;
    }
}

Mit Verwendung sieht das ganze folgendermaßen aus:

Cuboid[] cuboids = new Cuboid[10];
for(int i = 0; i < 10 ; i++){
    cuboids[i] = new Cuboid(i+1,i+2,i+3);
}
[...]
for(int i = 0; i < 10; i++){
    System.out.println("Volume of Cuboid #"+i+": "+cuboids[i].getVolume());
}

Eigenschaften eines Objektes

Zustand

Jedes Objekt ist eine einzelne Instanz einer Klasse. Jedes Objekt einer Klasse besitzt seine eigenen, persönlichen Attribute. Deren direkte Manipulation hat keinen Einfluss auf die Attribute anderer Objekte dieser Klasse.

Die individuellen Werte der Attribute eines Objektes nennt man daher auch seinen Zustand.

Zur Änderung eines Zustandes kann man Setter programmieren. Setter ändern das Attribut des Objektes, auf dem sie aufgerufen werden. Natürlich dürfen auch andere Methoden den Zustand eines Objektes ändern, dies sollte nur vom Programmierer dokumentiert werden.

Beispiel

[...]
public void setWidth(double width){
    this.width = width;
}
[...]

Hier ändert ein Setter die Breite des Quaders.

Verhalten

Die innerhalb der Klasse definierten (nicht statischen) Methoden können nur auf einem Objekt ausgeführt werden. Anders formuliert: Das Objekt führt die Methode aus. Das Verhalten der Methode ist abhängig vom Zustand des Objektes, das die Methode ausführt. So gibt z.B. die oben erwähnte getVolume()-Methode für jedes Objekt einen anderen Wert zurück. Das Ergebnis ist also abhängig vom Zustand (den Attributen) des Objektes.

Lebenszyklus

Ein Objekt repräsentiert Daten. Diese liegen im Speicher des Rechners. Wird ein Objekt erzeugt, so verbraucht es den Speicher des Rechners, indem entsprechend der Größe des Objektes Speicher für dieses reserviert wird. Wird ein Objekt nicht mehr benötigt, so wird der von ihm reservierte Speicher wieder freigegeben.

Instanziierung

siehe auch: Instanziierung

Ein Objekt wird erzeugt, oder instanziiert, indem sein Konstruktor mit dem Schlüsselwort new aufgerufen wird: new Object(); . Damit existiert ein Objekt immer erst zur Laufzeit des Programms.

Freigabe

Ein Objekt verbleibt so lange im Speicher des Rechners, wie das ausführende Programm noch eine Referenz auf das Objekt verwaltet. Das heißt, ein Objekt wird nur dann gelöscht, wenn es nicht mehr verwendet werden kann. Ein System der JVM, der Garbage Collector, gibt den Speicher dieses Objektes dann wieder frei.

Beispiele

1. Wird nur der Konstruktor eines Objektes aufgerufen, ohne das neue Objekt einer Variablen zuzuweisen, so wird es beim nächsten Durchlauf des Garbage Collectors wieder freigegeben:

new Cuboid(3.0,3.0,3.0);

2. Wird ein Objekt lokal in einer Methode in einer Variablen vermerkt und seine Referenz ansonsten nicht weiter nach Außen gegeben, so wird das Objekt nach Verlassen der Methode freigegeben:

[...]
public void printVolume(double w, double h, double l){
    Cuboid block = new Cuboid(w,h,l);
    System.out.println(block.getVolume());
}
[...]

3. Ist ein Objekt Teil eines anderen Objektes, z.B. als Attribut, so existiert das Objekt genau so lange, wie das ihn beinhaltende Objekt existiert (solange seine Referenz weiterhin nicht an einen anderen erreichbaren Teil des Programms übergeben wurde):

public class CubeContainer {
    private Cuboid cube;
    public CubeContainer(double edge){
        this.cube = new Cube(edge, edge, edge);
    }
}

4. Wird ein Objekt als Parameter einer Methode erwartet und beim Aufruf dieser Methode instanziiert, so existiert seine Referenz innerhalb der aufgerufenen Methode. Wird die Referenz danach weiterhin nicht nach Außen gereicht, wird das Objekt nach dem Verlassen der Methode freigegeben.

[...]
public void printCube(double edge){
    System.out.println(new Cube(edge, edge, edge));
}
[...]