(Dynamische) Polymorphie

Unter (dynamischer) Polymorphie (griechisch für „Vielgestaltigkeit") versteht man, dass eine Referenzvariable zur Laufzeit Referenzen auf Objekte unterschiedlicher Klassen halten kann und dadurch unterschiedliche Methodenimplementierungen aufgerufen werden. Man unterscheidet dabei zwischen dem statischen Datentyp (zur Designzeit festgelegt) und dem dynamischen Datentyp (zur Laufzeit zugewiesen). Der statische Typ bestimmt, welche Methoden aufrufbar sind; der dynamische Typ bestimmt, welche Implementierung tatsächlich ausgeführt wird. Die Typumwandlung von der Unterklasse zur Oberklasse nennt man Upcast, die Rückumwandlung Downcast.

Oberklasse

Computer.java (Auszug)

public class Computer {
   ...
   public ArrayList<String> getSpecification() {
      ArrayList<String> specification = new ArrayList<>();
      specification.add("description: " + description);
      specification.add("cpu: " + cpu);
      specification.add("memoryInGb: " + memoryInGb);
      return specification;
   }
   ...
}

Unterklasse

Notebook.java (Auszug)

public class Notebook extends Computer {
   ...
   public Notebook(String description, Cpu cpu, int memoryInGb, double screenSizeInInches) {
      super(description, cpu, memoryInGb);
      this.screenSizeInInches = screenSizeInInches;
   }

   public double getScreenSizeInInches() {
      return screenSizeInInches;
   }

   @Override
   public ArrayList<String> getSpecification() {
      ArrayList<String> specification = super.getSpecification();
      specification.add("screenSizeInInches: " + screenSizeInInches);
      return specification;
   }
   ...
}

Startklasse

MainClass.java

public class MainClass {

   public static void main(String[] args) {
      Cpu cpu1 = new Cpu(3.5, 8);
      Cpu cpu2 = new Cpu(4.7, 8);

      Notebook notebook1 = new Notebook("Mein Office Laptop", cpu1, 16, 14);
      Notebook notebook2 = new Notebook("Mein Gaming Laptop", cpu2, 32, 16);

      Computer computer;
      ArrayList<Computer> computers = new ArrayList<>();

      computer = notebook1; // Upcast
      computers.add(computer);
      computer = notebook2; // Upcast
      computers.add(computer);

      for (Computer c : computers) {
         System.out.println(c.getSpecification()); // Polymorphie
         Notebook notebook = (Notebook) c; // Downcast
         System.out.println(notebook.getScreenSizeInInches());
      }
   }

}

info

Im Gegensatz zum Upcast muss bei einem Downcast der Typ explizit angegeben werden. Der Downcast einer nicht zuweisungskompatiblen Referenz führt zu einer ClassCastException.

Der instanceof-Operator

Mit dem Operator instanceof lässt sich zur Laufzeit prüfen, ob eine Objektreferenz mit einer bestimmten Klasse zuweisungskompatibel ist. Seit Java 16 ermöglicht der Mustervergleich (Pattern Matching) bei instanceof das direkte Binden in eine neue Variable ohne expliziten Downcast.

MainClass.java (Auszug)

public class MainClass {

   public static void main(String[] args) {
      ...
      for (Computer c : computers) {
         // bis Java 16: expliziter Downcast erforderlich
         if (c instanceof Notebook) {
            Notebook notebook = (Notebook) c;
            System.out.println(notebook.getScreenSizeInInches());
         }
         // seit Java 16: Pattern Matching
         if (c instanceof Notebook notebook) {
            System.out.println(notebook.getScreenSizeInInches());
         }
      }
      ...
   }

}