Klasse (OOP)

Definition (von W. Kowarschick)

Eine Klasse dient (im Sinne des objektorienten Paradigmas) dazu, die Schnittstellen und evtl. auch eine oder gar mehrere Implementierungen von „gleichartigen“ Objekten ganz oder zumindest teilweise festzulegen.

Eine Klasse besteht aus folgenden Teilen:

• einer Klassenextension: Die Klassenextension enthält zu jedem Zeitpunkt alle Objekte, die der Klasse zugeordnet sind.

• einem Klassenschema: Das Klassenschema umfasst eine (endliche) Menge von Integritätsbedingungen, die alle zugehörigen Objekte (d.h. alle in der Klassenextension enthaltenen Elemente) zu jedem Zeitpunkt erfüllen müssen. Das Schema deklariert insbesondere die Methoden, die für jedes Objekt der Klassenextension jederzeit als Kommunikationsschnittstelle zur Verfügungstehen müssen.

• beliebig vielen (0, 1, 2, ...) Klassenimplementierungen: Diese implementieren die im Klassenschema deklarierten Methoden teilweise oder vollständig und garantieren dabei die stete Erfüllung aller im Klassenschema definierten Integritätsbedingungen. Unterschiedliche Implementierungen können sich in Hinblick auf Performanz-Aspekte unterscheiden.

• den Klassenmethoden ([[statische Methode]n]): Eine Klasse verhält sich wie ein spezielles Objekt) und kann daher eigene (Klassen-)Methoden und (Klassen-)Attribute enthalten. Überlicherweise gibt es zumindest Methoden zur Verwaltung der Klassenextension, d.h. zum Erzeugen (Konstruktoren) und evtl. auch zum Zerstören (Destruktoren) von zugeordneten Objekten.

Abstrakte Klasse

Eine Klasse, für es Klassenimplementierungen gibt, die die im Klassenschema definierten Methoden nicht vollständig implementieren, heisst abstrakte Klasse.

Schnittstelle (Interface)

Eine Klasse, für die es keine Klassenimplementierung gibt, heißt Schnittstelle oder Interface.

Singleton-Klasse

Eine Klasse, deren Extension genau ein Objekt enthält, heißt Singleton-Klasse oder kurz Singleton.

Bemerkungen

Klassenextension

Die meisten objektorientierten Programmiersprachen verwalten die Klassenextension nur intern. Das heißt, ein Programmierer kann nicht direkt darauf zugreifen. Es ist allerdings problemlos möglich, die Verwaltung einer Klassenextension mit Hilfe von Klassenzustandsvariablen und -methoden zu realisieren.

Objektorientierte Datenbanksysteme machen die Klassenextension dagegen immer allen Benutzern zugänglich, die die entsprechenden Rechte haben. In derartigen Systemen wird an Stelle des Begriffs Klassenextension üblicherweise der Begriff Tabelle verwendet. Die dauerhafte Speicherung von Daten in Tabellen ist die wesentliche Aufgabe eines jeden Datenbanksystems.

Klassenschema

Ein Klassenschema ist laut Definition nichts weiter, als eine Menge von Integritätsbedingungen, die jedes Objekt erfüllen muss, dass der zugehörigen Klasse angehört.

Eine Methoden-Signatur ist eine spezielle Integritätsbedingung, bestehend aus Zugriffsbeschränkungen (public, private, protected, internal etc.), Methodennamen, Eingabeparametern samt zugehörigen Datentypen sowie die Datentypen der Methodenergebnisse. Das Vorhandensein einer Methoden-Signatur in einem Klassenschema entspricht eine Invarianten: Eine Methode, die dieser Signatur genügt, muss dauerhaft zur Kommunikation mit den Objekten der Klasse, die gemß der Zugriffsbeschränkung Zugriff habe, zur Verfügung stehen. Außerdem definiert jede Signatur eine Vorbedingung (zum Zeitpunkt des Methodenaufrufes, müssen die Argumente den Bedingungen genügen, die in der Signatur an die Eingabeparameter gestellt werden) und eine Nachbedingung (die Methodernergebnisse genügen den in der Signatur geforderten Ergebnisdatentypen).

Beispiel

public class Person
{
  private var v_birthday: Date;
   
  // Method "age"
  public function age(p_date: Date = null): int
  {
    if (p_date == null) 
      p_date = new Date();

    return (    (v_birthday.month > p_date.month)
            || ((v_birthday.month = p_date.month) &&
                (v_birthday.date  > p_date.date)
               )
           )
           ? p_date.fullYear - v_birthday.fullYear - 1
           : p_date.fullYear - v_birthday.fullYear
  }
    
  // Constructor
  public function Person(p_birthday: Date)
  {
    v_birthday = p_birthday;
  }
}

Jedes Personenobjekt, d.h. jedes Element der Extension der Klasse Person stellt eine Methode age zur Verfügung,

public function age(p_date: Date = null): int

auf die jedes (public) andere Objekt zugreifen darf.

var wolfgang: Person = new Person(new Date(1961, 5, 5));
      
trace(wolfgang.age());
trace(wolfgang.age(new Date(2011,5,2)));
trace(wolfgang.age(new Date(2011,5,11)));

Der Eingabeparameter muss nicht angegeben werden (Defaultwert null), aber falls er angegeben wird, muss er vom Typ Date sein (Vorbedingung). Die Methode age liefert eine Integerzahl zurück (Nachbedingung).

Dass age das Alter der aktuellen Person zu einem bestimmten Datum bzw. zum aktuellen Datum (falls p_date == null) ermittelt, lässt sich der Signatur dagegen nicht entnehmen. Hierfür wäre die Angabe von weiteren Integritätsbedingungen notwendig, was aber nur von wenigen Sprachen, wie z.B. Eiffel unterstützt wird.

Die Methode age existiert dauerhaft (Invariante), d.h. sie kann nicht entfernt werden:

wolfgang.age = null; // Fehler (zur Compilezeit)

Dies ist nicht so selbstverständlich, wie es klingt. Wäre (in ActionScript) die Klasse Person als dynamisch deklariert worden

public dynamic class Person
{
  ...
}

so könnten jedem Personenobjekt jederzeit neue Methoden zugefügt werden. Und diese können auch wieder entfernt werden:

wolfgang.ageChristmas2011 = function (): int { return wolfgang.age(new Date(2011,12,24)); };

trace(wolfgang.ageChristmas2011());

wolfgang.ageChristmas2011 = null;   // kein Fehler
wolfgang.age = null;                // immer noch ein Fehler (zur Compilezeit)

trace(wolfgang.ageChristmas2011()); // Fehler (zur Laufzeit)

Metaklassen

Eine Klasse, die dazu dient andere Klassen zu definieren, wird Metaklasse genannt. Eine Klasse, die dazu dient Metaklassen zu definieren, heißt entsprechend Metametaklasse. Und so weiter. Die meisten objektorientierten Systeme unterstützen jedoch keine Metaklassen. In diesen Systemen wird eine Klasse als ein spezielles Objekt aufgefasst, das direkt, d.h. ohne Zuhilfenahme einer anderen Klasse, definiert werden muss. Dies stellt jedoch keinen Widerspruch zum hier verwendeten Objektbegriff dar (siehe dort insb. den Abschnitt „Klassen“).

Quellen

• Kowarschick, W.: Multimedia-Programmierung
• Kowarschick, W. (2002): Multimedia-Programmierung - Objektorientierte Grundlagen
• Kowarschick, W. (2002): Skriptum zur Vorlesung Multimedia Softwareentwicklung II

Siehe auch

Wikipedia: Klasse (objektorientierte Programmierung)

Dieser Artikel ist GlossarWiki-konform.