Polymorphie in Java

Die Polymorphie (griech. Vielgestaltigkeit) bezeichnet in der objektorientierten Programmierung den Prozess, dass Methoden mit identischer Signatur unterschiedliche Resultate liefern. Dieses Phänomen tritt insbesondere im Kontext der Vererbung auf. Es wird zwischen statischer Polymorphie (überladene Methoden) und dynamischer Polymorphie (überschriebene Methoden) unterschieden.

Erklärung

Die Polymorphie ist ein grundlegendes Konzept der objektorientierten Programmierung, welches viel Arbeit sparen kann. Gleichzeitig kann die Polymorphie jedoch unerwünschtes Verhalten im Programm bescheren, was eine langwierige Fehlersuche nach sich zieht.

Das Wort Polymorphie kommt aus dem Griechischen und bedeutet Vielgestaltigkeit. Das Phänomen der Polymorphie kennst du bereits aus dem allgemeinen Sprachgebrauch. Wörter wie "Bank" oder "Flügel" können abhängig vom Kontext sehr unterschiedliche Bedeutungen haben:

• Ich bringe mein Geld zur Bank.
• Ich setzte mich auf die Bank.

Oder:

• Ein Vogel hat zwei Flügel.
• Er spielte das Lied auf seinem Flügel.

In der Informatik gibt es ebenfalls eine solche überladene Bedeutung von Wörtern. Polymorphie tritt dabei im Zusammenhang mit Methoden auf. Es werden grundlegend zwei Arten der Polymorphie unterschieden: statische Polymorphie und dynamische Polymorphie.

Statische Polymorphie

Die statische Polymorphie bezeichnet die Mehrfachbelegung von Methodennamen. Gegeben sei folgender Quellcode. Es gibt die Klasse Greetings, welche zwei Methoden namens print beinhaltet. Diese beiden Methoden tragen denselben Namen, sie unterscheiden sich nur anhand der Parameter, die übergeben werden:

In Java muss der Compiler immer in der Lage sein eine Methode anhand ihrer Namen eindeutig zu identifizieren. Statische Polymorphie ermöglicht es dir nun, mehrere Methoden mit gleichen Namen zu definieren. Die Identifikation findet dadurch auch über die Übergabeparameter statt.

Der Methodenname print ist dabei doppelt belegt. Einmal exisitert die Methode print nur mit dem Parameter text. Die zweite print-Methode nimmt jedoch die Paramter text und name entgegen.

Welche Methode print aufgerufen wird, entscheidet Java also ausschließlich auf Basis der Übergabeparameter. Wird ein Parameter übergeben, so wird die erste print-Methode mit nur einem Parameter aufgerufen. Werden zwei Parameter übergeben, so die zweite print-Methode.

Dynamische Polymorphie

Die dynamische Polymorphie beschreibt die Überlagerung von gleichen Methoden im Kontext der Vererbung. Es wird dann zur Laufzeit entschieden, welche Methode aufgerufen wird.

Kindklassen erben immer alle Methoden der Elternklasse. Wenn du eine Methode in der Kindklasse durch dynamische Polymorphie neu definierst, so wird die Methode der Elternklasse ersetzt und stattdessen die neue Methode verwendet. Dynamische Polymorphie ermöglicht also spezialisiertere Methoden in den Kindklassen.

Betrachte folgende Vererbung:

Die Klassen Square und Triangle erben von der Klasse Shape. Die Klasse Triangle überschreibt dabei die info()-Methode der Klasse Shape. Die Klasse Square erhält eine eigene infoSquare()-Methode.

Betrachte dazu folgenden Quellcode:

Die Methode main erzeugt nun mehrere Objekte von den verschiedenen Klassen und ruft auf diesen die info- Methoden auf. Durch dynamische Polymorphie kommt es zu verschiedenem Verhalten, teilweise sogar zu Error-Meldungen.

Objekt: Shape a

Shape a ist ein Objekt der Klasse Shape und ist in einer Shape-Variable gespeichert. Auf dem Objekt a ruft die info()-Methode die info()-Methode der Klasse Shape auf. Es kommt zu keiner dynamischen Polymorphie.

Objekt: Shape b

Shape b ist ein Objekt der Klasse Triangle und ist in einer Shape-Variable gespeichert. Auf dem Objekt b ruft die info()-Methode die info()-Methode der Klasse Triangle auf. Es kommt zu einer dynamischen Polymorphie, da die info()-Methode der Klasse Triangle die info()-Methode der Klasse Shape überschreibt.

Objekt: Shape c

Shape c ist ein Objekt der Klasse Square und ist in einer Shape-Variable gespeichert. Auf dem Objekt c ruft die info()-Methode die info()-Methode der Klasse Shape auf, die Klasse Square diese von Shape geerbt hat.

Es kommt jedoch zu einer Error-Meldung, da c.squareInfo() nicht auf einem Objekt des Types Shape aufgerufen werden kann. Der Typ des Objektes der Variable (hier Shape) definiert also, welche Methoden und Variablen das Objekt hat.

Objekt: Square d

Shape d ist ein Objekt der Klasse Square in einer Square Variable gespeichert. Auf dem Objekt d ruft die info()-Methode die info()-Methode der Klasse Shape auf, da diese verbt wurde.

Es kommt zu keiner dynamischen Polymorphie, da die info()-Methode der Klasse Shape nicht namesgleich mit der squareInfo()-Methode der Klasse Square ist und daher keine Überschreibung stattfindet.

Der Compiler denkt mit - Fun Fact

Das Schlagwort @Override kennzeichnet, wenn Methoden der Kinderklassen Methoden der Elternklasse überschreiben. Das Schlagwort ist jedoch nicht verpflichtend!

Ältere Compiler ignorieren dieses Schlagwort oft vollständig und entscheiden selbst, ob Polymorphie vorliegt oder nicht.

Moderne Compiler jedoch liefern einen Hinweis, wenn eine Methode mit @Override gekennzeichnet wurde, aber keine Polymorphie vorliegt. Wenn sich also zum Beispiel ein Tippfehler in einer der Methodennamen befindet (und durch die fehlende Namensgleichheit die Polymorphie nicht vorhanden wäre), erkennt der Compiler, dass eigentlich Polymorphie geplant vorliegen müsste. So kannst du einen Fehler korrigieren, bevor er später zu Problemen führt.