5.3 Statische Methoden und statische Attribute

Exemplarvariablen sind eng mit ihrem Objekt verbunden. Wird ein Objekt geschaffen, erhält es einen eigenen Satz von Exemplarvariablen, die zusammen den Zustand des Objekts repräsentieren. Ändert eine Objektmethode den Wert einer Exemplarvariablen in einem Objekt, so hat dies keine Auswirkungen auf die Daten der anderen Objekte; jedes Objekt speichert eine individuelle Belegung. Es gibt jedoch auch Situationen, in denen Eigenschaften oder Methoden nicht direkt einem individuellen Objekt zugeordnet werden. Dazu gehören zum Beispiel die statischen Methoden:

• Math.max() liefert das Maximum zweier Zahlen.
• Math.sin() bestimmt den Sinus.
• Integer.parseInt() konvertiert einen String in eine Ganzzahl.
• JOptionPane.showInputDialog() zeigt einen Eingabedialog.
• Color.HSBtoRGB()[132](Ja, die Methode beginnt unüblicherweise mit einem Großbuchstaben.) konvertiert Farben vom HSB-Farbraum in den RGB-Farbraum.

Dazu gesellen sich Zustände, die nicht an ein individuelles Objekt gebunden sind:

• Integer.MAX_VALUE ist die größte darstellbare int-Ganzzahl.
• Math.PI bestimmt die Zahl 3,1415...
• Font.MONOSPACED steht für einen Zeichensatz mit fester Breite.
• MediaSize.ISO.A4 definiert die Größe einer DIN-A4-Seite mit 210 mm × 297 mm.

Diese genannten Eigenschaften sind keinem konkreten Objekt zugeordnet, sondern vielmehr der Klasse. Diese Art von Zugehörigkeit wird in Java durch statische Eigenschaften unterstützt. Da sie zu keinem Objekt gehören (wie Objekteigenschaften), nennen wir sie auch Klasseneigenschaften. Die Sinus-Methode ist ein Beispiel für eine statische Methode der Math-Klasse, und MAX_INTEGER ist ein statisches Attribut der Klasse Integer.

5.3.1 Warum statische Eigenschaften sinnvoll sind

Statische Eigenschaften haben gegenüber Objekteigenschaften den Vorteil, dass sie im Programm ausdrücken, keinen Zustand vom Objekt zu nutzen. Betrachten wir noch einmal die statischen Methoden aus der Klasse Math. Wenn sie Objektmethoden wären, so würden sie in der Regel mit einem Objektzustand arbeiten. Die statischen Methoden hätten keine Parameter und nähmen ihre Arbeitswerte nicht aus den Argumenten, sondern aus dem internen Zustand des Objekts. Das macht aber keine Math-Methode. Um den Sinus eines Winkels zu berechnen, benötigen wir kein spezifisches Mathe-Objekt. Andersherum könnte eine Methode wie setName() eines Spielers nicht statisch sein, da der Name ganz individuell für einen Spieler gesetzt werden soll und nicht alle Spieler-Objekte immer den gleichen Namen tragen sollten.

Statische Methoden sind aus diesem Grund häufiger als statische Variablen, da sie ihre Arbeitswerte ausschließlich aus den Parametern ziehen. Statische Variablen werden in erster Linie als Konstanten verwendet.

5.3.2 Statische Eigenschaften mit static

Um statische Eigenschaften in Java umzusetzen, fügen wir vor der Deklaration einer Variablen oder einer Methode das Schlüsselwort static hinzu. Für den Zugriff verwenden wir statt der Referenzvariablen einfach den Klassennamen. In der UML sind statische Eigenschaften unterstrichen gekennzeichnet.

Deklarieren wir eine statische Methode und eine statische Variable für eine Klasse GameUtils. Die Methode soll testen, ob Bezeichner, die im Spiel etwa für die Gegenstände verwendet werden, korrekt sind; ein korrekter Bezeichner ist nicht zu lang und enthält kein Sonderzeichen. Die Konstante MAX_ID_LEN steht für die maximale Bezeichnerlänge. Die Variable ist mit dem Modifizierer final versehen, da MAX_ID_LEN eine Konstante ist, deren Wert später nicht mehr verändert werden soll:

Listing 5.19: GameUtils.java

public class GameUtils
{
  public static final int MAX_ID_LEN = 20 /* chars */;

  public static boolean isGameIdentifier( String name )
  {
    if ( name == null )
      return false;

    return name.length() <= MAX_ID_LEN && name.matches( "\\w+" );
  }
}

Abbildung 5.11: Statische Eigenschaften werden in der UML unterstrichen.

Die statischen Eigenschaften werden mit dem Klassennamen GameUtils angesprochen:

Listing 5.20: GameUtilsDemo.java, main() Ausschnitt

System.out.println( GameUtils.isGameIdentifier( "Superpig" ) );    // true
System.out.println( GameUtils.isGameIdentifier( "Superpig II" ) ); // false

Abschnitt 5.5.1, »Konstruktoren schreiben«, erklärt Konstruktoren genauer und erläutert auch weitere Anwendungsfälle für private Konstruktoren.

Gültigkeitsbereich, Sichtbarkeit und Lebensdauer

Bei statischen und nicht-statischen Variablen können wir deutliche Unterschiede in der Lebensdauer festmachen. Eine Objektvariable beginnt ihr Leben mit dem new, und sie endet mit dem GC. Eine statische Variable dagegen beginnt ihr Leben in dem Moment, in dem die Laufzeitumgebung die Klasse lädt und initialisiert. Das Leben der statischen Variable endet, wenn die JVM die Klasse entfernt und aufräumt. Der Zugriff auf statische Variablen ist immer in allen Blöcken gestattet, da ja auch in Objektmethoden die statische Variable »schon eher da war« als das Objekt selbst, denn ein new setzt ja die geladene Klassendefinition, die die statischen Variablen vorbereitet, voraus.

5.3.3 Statische Eigenschaften über Referenzen nutzen? *

Besitzt eine Klasse eine Klasseneigenschaft, so kann sie auch wie ein Objektattribut über die Referenz angesprochen werden. Dies bedeutet, dass es prinzipiell zwei Möglichkeiten gibt, wenn ein Objektexemplar existiert und die Klasse ein statisches Attribut hat. Bleiben wir bei unserem obigen Beispiel mit der Klasse GameUtils. Wir können für den Zugriff auf MAX_ID_LEN Folgendes schreiben:

Listing 5.21: GameUtilsDemo.java, main() Ausschnitt

System.out.println( GameUtils.MAX_ID_LEN );           // Genau richtig
GameUtils ut = new GameUtils();
System.out.println( ut.MAX_ID_LEN );                  // Nicht gut

Zugriffe auf statische Eigenschaften sollten wir nie über die Objektreferenz schreiben, denn dem Leser ist sonst nicht klar, ob die Eigenschaft statisch oder nicht-statisch ist. Das zu wissen, ist aber wichtig. Aus diesem Grund sollten wir immer statische Eigenschaften über ihren Klassennamen ansprechen; Eclipse gibt hier auch eine Meldung aus, wenn wir es nicht so machen.

System.out.println( ((GameUtils) null).MAX_ID_LEN );

5.3.4 Warum die Groß- und Kleinschreibung wichtig ist *

Die Vorgabe der Namenskonvention besagt: Klassennamen sind mit Großbuchstaben zu vergeben und Variablennamen mit Kleinbuchstaben. Treffen wir auf eine Anweisung wie Math.max(a, b), so wissen wir sofort, dass max() eine statische Methode sein muss, weil davor ein Bezeichner steht, der großgeschrieben ist. Dieser kennzeichnet also keine Referenz, sondern einen Klassennamen. Daher sollten wir in unseren Programmen großgeschriebene Objektnamen meiden.

Das folgende Beispiel demonstriert anschaulich, warum Referenzvariablen mit Kleinbuchstaben und Klassennamen mit Großbuchstaben beginnen sollten:

String StringModifier = "What is the Matrix?";
String t = StringModifier.trim();

Die trim()-Methode ist nicht statisch, wie die Anweisung durch die Großschreibung der Variable suggeriert.

Das gleiche Problem haben wir, wenn wir Klassen mit Kleinbuchstaben benennen. Auch dies kann irritieren:

class player
{
  static void move() { }
}

Jetzt könnte jemand player.move() schreiben, und der Leser nähme an, dass player wegen seiner Kleinschreibung eine Referenzvariable ist und move() eine Objektmethode. Wir sehen an diesem Beispiel, dass es wichtig ist, sich an die Groß-/Kleinschreibung zu halten.

5.3.5 Statische Variablen zum Datenaustausch *

Der Wert einer statischen Variable wird bei dem Klassenobjekt gespeichert und nicht bei einem Exemplar der Klasse. Wie wir aber gesehen haben, kann jedes Exemplar einer Klasse auch auf die statischen Variablen der Klasse zugreifen. Da eine statische Variable aber nur einmal pro Klasse vorliegt, führt dies dazu, dass mehrere Objekte sich eine Variable teilen. Ist etwa das Attribut PI statisch und size ein Objektattribut, so ergibt sich bei zwei Exemplaren folgendes Bild:

Abbildung 5.12: Zwei Klassen teilen sich das statische Attribut PI.

Während also beide Exemplare das gleiche PI nutzen, können beide Exemplare size völlig unterschiedlich belegen.

Mit diesem Wissen wird es möglich, einen Austausch von Informationen über die Objektgrenze hinaus zu erlauben:

Listing 5.22: ShareData.java

public class ShareData
{
  private static int data;

  public void memorize( int data )
  {
    ShareData.data = data;
  }

  public int retrieve ()
  {
    return data;
  }
  public static void main( String[] args )
  {
    ShareData s1 = new ShareData();
    ShareData s2 = new ShareData();
    s1.memorize( 2 );
    System.out.println( s2.retrieve() );    // 2
  }
}

5.3.6 Statische Eigenschaften und Objekteigenschaften *

Wie wir oben gesehen haben, können wir über eine Objektreferenz auch statische Eigenschaften nutzen. Wir wollen uns aber noch einmal vergewissern, wie Objekteigenschaften und statische Eigenschaften gemischt werden können. Erinnern wir uns daran, dass unsere ersten Programme aus der statischen main()-Methode bestanden, aber unsere anderen Methoden auch static sein mussten. Dies ist sinnvoll, da eine statische Methode – ohne explizite Angabe eines aufrufenden Objekts – nur andere statische Methoden aufrufen kann. Wie sollte auch eine statische Methode eine Objektmethode aufrufen können, wenn es kein zugehöriges Objekt gibt? Andersherum kann aber jede Objektmethode eine beliebige statische Methode direkt aufrufen. Genauso verhält es sich mit Attributen. Eine statische Methode kann keine Objektattribute nutzen, da es kein implizites Objekt gibt, auf dessen Eigenschaften zugegriffen werden könnte.

»this«-Referenzen und statische Eigenschaften

Auch der Einsatz der this-Referenz ist bei statischen Eigenschaften nicht möglich. Eine statische Methode kann also keine this-Referenz verwenden:

Listing 5.23: InStaticNoThis.java

class InStaticNoThis
{
  String name;

  static void setName()
  {
    name = "Amanda";           //  Compilerfehler
    this.name = "Amanda";      //  Compilerfehler
  }
}

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