3.2 Die Klassendefinition

3.2.1 Klassen im Visual Studio anlegen

Eine Klasse ist die grundlegendste Einheit in der objektorientierten Programmierung und dient dazu, einen Datentyp zu definieren. Starten Sie ein neues Projekt vom Typ Konsolenanwendung, ist die Struktur einer Klasse (Program) bereits vordefiniert. Der Quellcode befindet sich in einer Datei mit der Dateierweiterung .cs. Dateiname und Klassenbezeichner sind per Vorgabe identisch, müssen es aber nicht sein. In einer Quellcodedatei können Sie durchaus mehrere Klassen definieren, was allerdings nicht empfehlenswert ist, weil darunter die Übersicht leidet.

Möchten Sie eine zusätzliche Klasse in einer eigenen Quellcodedatei implementieren, haben Sie zwei Alternativen:

• Sie wählen im Menü Projekt der Entwicklungsumgebung das Untermenü Klasse hinzufügen...
• Sie öffnen mit der rechten Maustaste das Kontextmenü des Projekts im Projektmappen-Explorer, wählen Hinzufügen und danach aus der sich anschließend öffnenden Liste Klasse hinzufügen...

Daraufhin öffnet sich das Dialogfenster Neues Element hinzufügen, in dem die Vorlage Klasse bereits vorselektiert ist. Sie sollten einen möglichst beschreibenden Klassennamen wählen, der auch gleichzeitig zum Namen der Quellcodedatei wird. Wenn Sie wollen, können Sie später sowohl die Klasse als auch die Quellcodedatei umbenennen.

Zur Bezeichnung von Klassen gibt es Konventionen, an denen Sie sich orientieren sollten:

• Der erste Buchstabe sollte großgeschrieben werden. Setzt sich der Bezeichner einer Klasse aus mehreren einzelnen Begriffen zusammen, wird empfohlen, zur besseren Lesbarkeit jeden Begriff mit einem Großbuchstaben zu beginnen.
• Ein Klassenbezeichner sollte nicht dadurch kenntlich gemacht werden, dass ihm ein »C« oder ein anderes Präfix vorangestellt wird, wie es in anderen objektorientierten Sprachen teilweise üblich ist.

Erscheint Ihnen der Name der Quellcodedatei zu einem späteren Zeitpunkt unpassend, können Sie

• im Projektmappen-Explorer das Kontextmenü der entsprechenden Datei öffnen, Umbenennen wählen und den neuen Namen eingeben oder
• im Projektmappen-Explorer die umzubenennende Datei selektieren und im Eigenschaftenfenster unter Dateiname den neuen Namen eintragen.

3.2.2 Das Projekt »GeometricObjectsSolution«

Wir wollen an dieser Stelle mit einem Projekt beginnen, das uns über viele Kapitel dieses Buches hinweg begleiten wird. Nach und nach wird das Projekt ergänzt und erweitert, und am Ende werden nahezu alle objektorientierten Features von .NET in den zu diesem Projekt gehörenden Klassen enthalten sein. Bei den Klassen handelt es sich um die syntaktischen Beschreibungen geometrischer Objekte wie zum Beispiel um die eines Kreises und eines Rechtecks. Am Ende werden wir feststellen, dass die entwickelten Klassen nicht nur in einer Konsolenanwendung sinnvoll einzusetzen sind, sondern auch anderen Anwendungen als Bibliothek zur Verfügung gestellt werden können. Mit anderen Worten: Wir werden am Ende aus der ursprünglichen Konsolenanwendung eine Klassenbibliothek machen.

In einer laufenden Instanz von Visual Studio 2012 können Sie gleichzeitig mehrere Projekte bearbeiten. Diese können miteinander in Beziehung stehen (beispielsweise bei einer Client-Server-Lösung), müssen es aber nicht zwangsläufig. Alle Projekte werden von einer sogenannten Projektmappe verwaltet, die die Anwendungen einer laufenden Visual-Studio-Instanz in einer SLN-Datei regelrecht zusammenschraubt. Die Dateierweiterung SLN steht dabei für »Solution«. Die Projektmappe wird im Dateisystem durch einen Ordner beschrieben, in dem alle zu der Projektmappe gehörenden Projekte als Unterordner enthalten sind.

Wir wollen nun mit dem angekündigten Projekt starten, das als Konsolenanwendung bereitgestellt wird. Das Projekt sollte GeometricObjects lauten. Zudem können Sie bereits beim Anlegen des Projekts eine Projektmappe bereitstellen und dieser einen passenden Namen geben. In unserem Beispiel sollte sie GeometricObjectsSolution heißen.

Abbildung 3.1 Anlegen einer neuen Projektmappe

Nachdem wir die Projektmappe GeometricObjectsSolution mit der Konsolenanwendung GeometricObjects angelegt haben, wollen wir uns der ersten Klasse widmen, die Circle heißen soll. Markieren Sie dazu das Projekt GeometricObjects im Projektmappen-Explorer, öffnen Sie das Kontextmenü, und wählen Sie Hinzufügen • Klasse ... Tragen Sie den Namen der Datei im sich daraufhin öffnenden Dialog ein (Circle.cs), und bestätigen Sie die Angaben. Das Projekt ist danach um die Klasse Circle erweitert worden, weil der Dateibezeichner automatisch als neuer Bezeichner der Klasse verwendet wird. Dass Datei und Klasse den gleichen Namen haben, ist aber keine Notwendigkeit.

Die neue Klasse hat die folgende Struktur:

namespace GeometricObjects
{
  class Circle 
  {
  }
}

Weil die Klasse später in Form einer Klassenbibliothek veröffentlicht werden soll, empfiehlt es sich, die Klasse um den Zugriffsmodifizierer public zu ergänzen, also:

public class Circle 

Abbildung 3.2 Einstellung zur Anzeige der Projektmappe

3.2.3 Die Deklaration von Objektvariablen

Eine Klassendefinition beschreibt den Bauplan eines Objekts und gilt als Typdefinition. Um ein Objekt eines bestimmten Typs zu erzeugen, muss zunächst für jedes Objekt eine Objektvariable deklariert werden, beispielsweise:

Circle kreis;

Eine Objektvariable verweist auf einen Speicherbereich. Man sagt daher auch, dass eine Objektvariable ein Objekt referenziert, und spricht bei einer Objektvariablen von einer Instanz oder von einer Referenz. Tatsächlich ist unter einer Referenz ein Zeiger auf die Startadresse des Speicherbereichs zu verstehen, der alle Zustandsdaten enthält. Zustandsdaten sind die Eigenschaften, die das Objekt von einem anderen Objekt desselben Typs unterscheiden.

Bei der Deklaration der Objektvariablen kreis wird der für das Objekt erforderliche Speicher angefordert, aber ein konkretes Objekt existiert noch nicht, denn die Objektvariable ist noch nicht initialisiert. Zur Initialisierung einer Objektvariablen bieten sich zwei gleichwertige Alternativen an:

• die zweizeilige Variante:

  Circle kreis;
  kreis = new Circle();
  

• die kürzere, einzeilige Schreibweise:

  Circle kreis = new Circle();
  

Beide weisen ein gemeinsames Merkmal auf: den Operator new, der für die Konkretisierung eines Objekts verantwortlich ist. Erst mit new beginnt die Existenz des Objekts. Dahinter verbirgt sich der Aufruf einer ganz bestimmten Methode, die als Konstruktor bezeichnet wird. Wir werden uns weiter unten damit noch beschäftigen.

Sie können in einer Anweisung auch mehrere Variablen desselben Typs deklarieren. Dazu werden die Objektvariablen hintereinandergeschrieben und durch ein Komma voneinander getrennt:

Circle kreis1, kreis2, kreis3;

Der C#-Compiler erlaubt auch die folgende Anweisung:

Circle kreis1, kreis2, kreis3 = new Circle();

Allerdings wird nur die zuletzt angegebene Objektvariable kreis3 initialisiert. kreis1 und kreis2 gelten nur als deklariert und müssen gegebenenfalls zu einem späteren Zeitpunkt noch mit

kreis1 = new Circle();
kreis2 = new Circle();

initialisiert werden.

3.2.4 Zugriffsmodifizierer einer Klasse

Entwickeln Sie eine neue Klasse, müssen Sie einem Umstand besondere Beachtung schenken: Entwerfen Sie die Klasse, um sie ausschließlich in der Anwendung zu verwenden, in der die Klasse definiert ist, oder beabsichtigen Sie, die Klasse auch anderen Anwendungen zur Verfügung zu stellen? Diese Sichtbarkeit wird durch Zugriffsmodifizierer beschrieben. Bei Klassen spielen nur zwei eine Rolle: public und internal.

Die Angabe des Zugriffsmodifizierers ist optional. Verzichten Sie darauf, gilt die Klasse als internal.

3.2.5 Splitten einer Klassendefinition mit »partial«

Klassendefinitionen in .NET lassen sich über mehrere Quellcodedateien verteilen. Diese Programmiertechnik erlaubt es mehreren Entwicklern, gleichzeitig an der gleichen Klasse zu arbeiten. Das Prinzip der partiellen Klassen wird auch von der Entwicklungsumgebung bei einigen Projektvorlagen genutzt, denn durch die Aufteilung des Klassencodes lässt sich der von Visual Studio automatisch generierte Code von dem Code, den der Entwickler schreibt, sauber trennen. Das verschafft nicht nur einen besseren Überblick über den eigenen Code, sondern reduziert auch potenzielle Probleme, die auftreten können, wenn der automatisch erzeugte Code vom Entwickler verändert werden sollte.

Partielle Klassendefinitionen sind dadurch gekennzeichnet, dass man den Modifizierer partial vor alle Teildefinitionen setzt. Die Signatur muss in jeder Teildefinition natürlich identisch sein. Nehmen wir beispielsweise an, Sie möchten die Klasse Circle auf die beiden Quellcodedateien Circle1.cs und Circle2.cs aufteilen. Dann müssten die Klassendefinitionen wie folgt lauten:

// in der Quellcodedatei 'Circle1.cs'
partial class Circle {
  [...]
}
// in der Quellcodedatei 'Circle2.cs'
partial class Circle {
  [...]
}

Listing 3.5 Partielle Klassendefinition

Eine Einschränkung des Gebrauchs partieller Typen müssen Sie jedoch beachten: Alle Klassenfragmente müssen sich in derselben Anwendung befinden.

3.2.6 Arbeiten mit Objektreferenzen

Prüfen auf Initialisierung

Eine Objektvariable gilt als initialisiert, wenn sie auf ein konkretes Objekt zeigt oder den Wert null beschreibt. Verwechseln Sie null nicht mit der Zahl »0«. null gibt an, dass eine Variable zwar initialisiert ist, aber kein konkretes Objekt referenziert. Mit

Circle kreis;

wird zwar eine Objektvariable deklariert, sie ist aber noch nicht initialisiert und hat auch nicht den Zustand null. Sehen wir uns an, was passiert, wenn wir eine Objektvariable deklarieren und anschließend ohne vorhergehende Initialisierung auf null testen.

class Program {
  static void Main(string[] args) {
    Circle kreis;
    if (kreis == null) {
      // die Variable "kreis" referenziert kein Objekt
      Console.WriteLine("Das Objekt existiert nicht!");
      kreis = new Circle();
    }
    else
      // "kreis" ist eine gültige Objektreferenz
      Console.WriteLine("Das Objekt existiert");
    // weitere Anweisungen
    Console.ReadLine();
  }
}

Listing 3.6 Prüfen einer Referenz auf »null« (führt zu einem Fehler)

Der C#-Compiler ist intelligent genug, um zu erkennen, dass die Objektreferenz kreis vor ihrer Prüfung im if-Statement zu keinem Zeitpunkt initialisiert worden ist, und bricht die Kompilierung mit einer Fehlermeldung ab.

Eine initialisierte Objektvariable liegt immer dann vor, wenn Sie ihr null zuweisen oder mit new ein neues Objekt erzeugen. Somit wird mit den beiden folgenden Anweisungen eine Objektvariable initialisiert:

Circle kreis = null;
Circle kreis = new Circle();

Eine Objektvariable kann nur benutzt werden, wenn sie initialisiert ist. Objekteigenschaften oder Objektmethoden lassen sich allerdings nur dann aufrufen, wenn sich hinter einer initialisierten Objektvariablen auch tatsächlich ein Objekt verbirgt und nicht null. Ist man sich über den Zustand der Variablen im Unklaren, muss dieser, wie im folgenden Codefragment gezeigt, überprüft werden:

if(kreis == null)
  // die Variable "kreis" referenziert kein konkretes Objekt
else
  // "kreis" ist ein gültiges Objekt

Ebenso gut können Sie auch mit

if(kreis != null) [...]

prüfen, ob kreis ein gültiger Objektverweis ist.

Freigabe eines Objekts

Objekte beanspruchen den Speicher. Sie sollten daher ein Objekt freigeben, wenn Sie es nicht mehr benötigen. Dazu weisen Sie der Objektvariablen null zu, wie im folgenden Codefragment zu sehen ist:

Circle kreis = new Circle();
[...]
kreis = null;

Nun steht Ihnen das Objekt kreis nicht mehr zur Verfügung. Allerdings ist die Annahme falsch, dass das Objekt nun auch im Speicher gelöscht ist. Tatsächlich existiert es dort weiter, Sie können es nur nicht mehr aus dem Code heraus ansprechen. Zu einem späteren Zeitpunkt wird ein Mechanismus, die Garbage Collection, alle nicht mehr referenzierten Objekte im Speicher erfassen, und der von ihnen beanspruchte Speicherplatz wird wieder freigeben. So wird es auch dem Objekt kreis ergehen. Auf die Garbage Collection kommen wir in Kapitel 4 detailliert zu sprechen.

Mehrere Referenzen auf ein Objekt

Es kommt häufiger vor, dass mehrere Referenzen auf dasselbe Objekt zeigen. Betrachten Sie dazu das folgende Listing:

Circle kreis1 = new Circle();
Circle kreis2 = kreis1;

Listing 3.7 Ein Objekt mit zwei Referenzen

Zuerst wird die Variable kreis1 vom Typ Circle deklariert und initialisiert. Anschließend wird kreis1 der Variablen kreis2 zugewiesen. Trotz zwei namentlich unterschiedlicher Referenzen liegt nur ein konkretes Objekt vor, das sowohl über kreis1 als auch über kreis2 angesprochen werden kann.

Wenn Sie einem Feld über eine der beiden Referenzen einen Wert zuweisen, beispielsweise mit

kreis1.Radius = 10

können Sie auch mit der zweiten Objektreferenz den Inhalt der Eigenschaft auswerten:

Console.WriteLine(kreis2.Radius)

An der Konsole wird »10« angezeigt, da kreis2 dasselbe Objekt referenziert wie kreis1. Wird ein Objekt mehrfach referenziert, spielt es demnach keine Rolle, über welche Referenz der Eigenschaft ein Wert zugewiesen bzw. ein Feld ausgelesen wird – die Operation wird auf demselben Objekt ausgeführt.

Geben Sie eine der Referenzen mit null frei, können Sie über die zweite Referenz das Objekt immer noch ansprechen, z. B.:

Circle kreis1 = new Circle();
Circle kreis2 = kreis1;
kreis2.Radius = 20;
kreis2 = null;
Console.WriteLine(kreis1.Radius);

Listing 3.8 Objekt nach der Freigabe einer Referenz mit »null«

An der Konsole wird immer noch der Inhalt der Eigenschaft Radius ausgegeben, also 20. Erst mit der Freigabe der letzten gültigen Referenz auf ein Objekt wird dieses tatsächlich unwiederbringlich freigegeben.

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