7.5 Klassen mit static-Elementen
Java ist eine konsequent objektorientierte Sprache, in der es weder
globale Funktionen noch globale Variablen gibt. Da es aber mitunter
sinnvoll ist, Methoden aufzurufen, die nicht an Instanzen einer Klasse
gebunden sind, haben die Sprachdesigner das Attribut static
für Methoden und Variablen eingeführt.
Variablen, die innerhalb einer Klasse mit dem Attribut static
versehen werden, nennt man Klassenvariablen. Im Gegensatz zu
den Instanzvariablen, die an ein Objekt gebunden sind, existieren
Klassenvariablen unabhängig von einem Objekt.
Jede Klassenvariable wird nur einmal angelegt und kann von allen Methoden
der Klasse aufgerufen werden. Da sich alle Methoden die Variable »teilen«,
sind Veränderungen, die eine Instanz vornimmt, auch in allen
anderen Instanzen sichtbar. Klassenvariablen sind daher vergleichbar
mit globalen Variablen, denn ihre Lebensdauer erstreckt sich auf das
gesamte Programm. Namenskollisionen können allerdings nicht auftreten,
denn der Zugriff von außen erfolgt durch Qualifizierung mit
dem Klassennamen in der Form Klassenname.Variablenname.
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Ein gutes Beispiel für die Verwendung von Klassenvariablen besteht
darin, einen Instanzenzähler in eine Klasse einzubauen. Hierzu
wird eine beliebige Klassenvariable eingeführt, die beim Erzeugen
eines Objekts hoch- und beim Zerstören heruntergezählt wird.
Das folgende Beispiel demonstriert das für die Klasse Auto:
001 /* Testauto.java */
002
003 public class Testauto
004 {
005 static private int objcnt = 0;
006
007 public Testauto()
008 {
009 ++objcnt;
010 }
011
012 public void finalize()
013 {
014 --objcnt;
015 }
016
017 public static void main(String args[])
018 {
019 Testauto auto1;
020 Testauto auto2 = new Testauto();
021 System.out.println(
022 "Anzahl Testauto-Objekte: " + Testauto.objcnt
023 );
024 }
025 }
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Testauto.java |
Listing 7.22: Realisierung eines Instanzenzählers mit Klassenvariablen
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Die Ausgabe des Programms ist:
Anzahl Testauto-Objekte: 1
Mit auto2 wurde eine Instanz
der Klasse erzeugt, auto1 ist
dagegen zum Zeitpunkt der Ausgabeanweisung lediglich eine noch nicht
initialisierte Objektreferenz.
Eine andere Anwendung von Klassenvariablen besteht in der Deklaration
von Konstanten. Dazu wird das static-Attribut
mit dem final-Attribut
kombiniert, um eine unveränderliche Variable mit unbegrenzter
Lebensdauer zu erzeugen:
001 public class Auto
002 {
003 private static final STEUERSATZ = 18.9;
004 }
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Listing 7.23: Verwendung von Klassenvariablen zur Definition von Konstanten
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Durch die Anwendung von final
wird verhindert, daß der Konstanten STEUERSATZ während
der Ausführung des Programms ein anderer Wert zugewiesen wird.
Da Java keinen Präprozesor enthält und damit keine #define-Anweisung
kennt, ist die beschriebene Methode das einzige Verfahren zur Deklaration
von Konstanten in Java. Die Konvention, Konstantennamen groß
zu schreiben, wurde dabei von C übernommen. |
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Neben Klassenvariablen gibt es in Java auch Klassenmethoden,
d.h. Methoden, die unabhängig von einer bestimmten Instanz existieren.
Klassenmethoden werden ebenfalls mit Hilfe des static-Attributs
deklariert und - analog zu Klassenvariablen - durch Voranstellen des
Klassennamens aufgerufen.
Da Klassenmethoden unabhängig von konkreten Instanzen ihrer Klasse
existieren, ist ein Zugriff auf Instanzvariablen nicht möglich.
Diese Trennung äußert sich darin, daß Klassenmethoden
keinen this-Zeiger
besitzen. Der Zugriff auf Instanzvariablen und der Aufruf von Instanzmethoden
wird daher schon zur Compile-Zeit als Fehler erkannt.
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Klassenmethoden werden häufig da eingesetzt, wo Funktionalitäten
zur Verfügung gestellt werden, die nicht datenzentriert arbeiten
oder auf primitiven Datentypen operieren. Beispiele für beide
Arten sind in der Klassenbibliothek zu finden. Zur ersten Gruppe gehören
beispielsweise die Methoden der Klasse System.
Die Klasse System
ist eine Art Toolbox, die Funktionen wie Aufruf des Garbage Collectors
oder Beenden des Programms zur Verfügung stellt. Zur zweiten
Gruppe gehören beispielsweise die Methoden der Klasse Math,
die eine große Anzahl an Funktionen zur Fließkomma-Arithmetik
zur Verfügung stellt. Da die Fließkommatypen primitiv sind,
hätte ein instanzbasiertes Methodendesign an dieser Stelle wenig
Sinn gemacht. |
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Das folgende Listing zeigt die Verwendung der Klassenmethode sqrt
der Klasse Math
zur Ausgabe einer Tabelle von Quadratwurzeln:
001 /* Listing0724.java */
002
003 public class Listing0724
004 {
005 public static void main(String[] args)
006 {
007 double x, y;
008
009 for (x = 0.0; x <= 10.0; x = x + 1.0) {
010 y = Math.sqrt(x);
011 System.out.println("sqrt("+x+") = "+y);
012 }
013 }
014 }
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Listing0724.java |
Listing 7.24: Verwendung von Math.sqrt
Die Ausgabe des Programms ist:
sqrt(0.0) = 0.0
sqrt(1.0) = 1.0
sqrt(2.0) = 1.4142135623730951
sqrt(3.0) = 1.7320508075688772
sqrt(4.0) = 2.0
sqrt(5.0) = 2.23606797749979
sqrt(6.0) = 2.449489742783178
sqrt(7.0) = 2.6457513110645907
sqrt(8.0) = 2.8284271247461903
sqrt(9.0) = 3.0
sqrt(10.0) = 3.1622776601683795
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Bisher haben wir nur die Möglichkeit kennengelernt, statischen
Variablen während der Deklaration einen Wert zuzuweisen. Falls
komplexere Initialisierungen benötigt werden, können zur
Initialisierung von statischen Variablen statische Konstruktoren
definiert werden.
Sie ähneln gewöhnlichen Konstruktoren und dienen wie diese
dazu, Variablen mit einem definierten Startwert zu belegen. Im Gegensatz
zu einem gewöhnlichen Konstruktor erfolgt der Aufruf eines statischen
Konstruktors aber nicht mit jedem neu angelegten Objekt, sondern nur
einmal zu Beginn des Programms.
Ein statischer Konstruktor wird als parameterlose Methode mit dem
Namen static
definiert:
001 class Test
002 {
003 static int i;
004 static int j;
005
006 static
007 {
008 i = 5;
009 j = 3 * i;
010 }
011 }
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Listing 7.25: Definition eines statischen Konstruktors
Da er vom Laufzeitsystem aufgerufen wird, wenn die Klasse geladen
wird, ist eine benutzerdefinierte Parametrisierung nicht möglich.
Eine Klasse darf mehr als einen statischen Konstruktor definieren,
sie werden in der Reihenfolge ihrer Deklaration aufgerufen.