Referenzen in Java

Eine Klasse kann Typ eines Ausdrucks sein.

Die mit Schlüsselwörtern benannten Datentypen, wie der Typ "int", der Typ "double" oder der Typ "boolean", werden zur Unterscheidung von den Klassen als Typen auch primitive Typen genannt. Wenn eine Klasse als Typ verwendet wird, so nennt man sie auch einen Referenztyp.

Primitive Typen und Referenztypen sind nicht zuweisungsverträglich. Ein Wert eines primitiven Typs kann also nicht an einer Stelle verwendet werden, an der ein Wert eines Referenztyps erwartet wird und umgekehrt.

Ein Wert eines Ausdrucks, dessen Typ eine Klasse ist, ist eine Referenz auf ein Objekt dieser Klasse. Eine Referenz auf ein Objekt ist ein Wert, der von Java verwendet werden kann, um das Objekt zu erreichen.

Man sagt auch, daß eine Referenz ihr Objekt referenziere, um auszudrücken, daß sie es erlaubt, ein bestimmtes Objekt zu erreichen.

In der Abbildung stellt das Doppelkreuz "#" eine Referenz dar, der Kreis steht für ein Objekt und der Pfeil verbindet die Referenz mit dem von ihr referenzierten Objekt.

Eine Referenz bezieht sich auf ein Objekt

                    _____ 
                 .-'     '-. 
               .'           '. 
              /               \  
             ;                 ; 
  # -------->|      Objekt     | 
             ;                 ; 
              \               / 
               '.           .' 
                 '-._____.-'

In Java gehören zu einer Referenz, die als Wert eines Ausdrucks ermittelt wurde, stets zwei Typen : Der Typ dieses Ausdrucks und der Typ des referenzierten Objekts. In viele Fällen sind diese beiden Typen gleich.

Der Ausdruck "System.out" hat beispielsweise den Typ "java.io.PrintStream" und das von der Referenz "System.out" referenzierte Objekt hat ebenfalls den Typ "java.io.PrintStream".

Der Typ eines Ausdrucks und des von seinem Wert referenzierten Objektes

                Ausdruck                                Objekt 
                                                        _____ 
                                                     .-'     '-. 
                                                   .'           '. 
                                                  /               \  
                                                 ;  Von System.out ; 
               System.out ---------------------->|  referenziertes | 
                                                 ;     Objekt      ; 
                                                  \               / 
                                                   '.           .' 
                                                     '-._____.-'

Typ:      java.io.PrintStream                    java.io.PrintStream

Die Nullreferenz

Es gibt allerdings Referenzen, die keine Objekte referenzieren. Jeder Referenztyp enthält genau eine Nullreferenz, die kein Objekt referenziert.

Um eine solche Nullreferenz zu schreiben, kann das Nulliteral verwendet werden, dessen Wert eine Nullreferenz des namenlosen Nulltyps ist. Dieser Wert kann in jeden Referenztyp gewandelt werden, um die Nullreferenz des Referenztyps zu erhalten. So ist beispielsweise "( java.io.PrintStream )null" die Nullreferenz des Typs "java.io.PrintStream". Im Programm "NullComp.java" wird die Referenz "System.out" mit der Nullreferenz "( java.io.PrintStream )null" verglichen.

NullComp.java

public class NullComp 
{ final public static void main( String[] args ) 
  { System.out.println( System.out ==( java.io.PrintStream )null ); }}

System.out

false

Da die Referenz "System.out" ein Objekt referenziert, ist sie nicht die Nullreferenz des Typs "java.io.PrintStream".

Bei der Verwendung eines Eintrags wird geprüft, ob der Eintrag auch vorhanden ist. Dabei geschehen zwei Prüfungen: Zuerst wird vom Übersetzer geprüft, ob der Eintrag ein Eintrag des Typs des vor dem Trennzeichen "." stehenden Ausdrucks ist. Dann wird zur Laufzeit geprüft, ob ein solcher Eintrag eines referenzierten Objektes erreicht werden kann.

Daher meldet der Übersetzer bei dem folgenden Programm einen Fehler. Er kann nicht nachvollziehen, daß der Bezeichner "printer" ein Eintrag der Klasse "java.io.PrintStream" ist. (Er kann das „Symbol“ nicht „auflösen“ und schreibt deshalb "cannot resolve symbol")

Printer.java

public class Printer 
{ final public static void main( String[] args ) 
  { ( System.out ).printer(); }}

Konsole

javac Printer.java

Printer.java:4: cannot resolve symbol 
symbol  : method printer  () 
location: class java.io.PrintStream 
  { ( System.out ).printer(); }} 
    ^ 
1 error

Einträge eines Typs sind keine Einträge der Nullreferenz des Typs, wie das Programmbeispiel "Null.java" zeigt.

Null.java

public class Null 
{ final public static void main( String[] args ) 
  { (( java.io.PrintStream ) null ).println(); }}

Konsole

javac Null.java 
java Null

Exception in thread "main" java.lang.NullPointerException 
        at Null.main(Null.java:4)

Der Fehler wird aber hier während der Laufzeit erkannt und nicht schon während der Übersetzung. Denn der Übersetzer konnte ja erkennen, daß der Bezeichner "println" ein Eintrag des Typs "java.io.PrintStream" ist. Der Wert der Ausdruck "(( java.io.PrintStream ) null )" wird aber dann erst zur Laufzeit verwendet, um das Objekt zu ermitteln, das Empfänger der Nachricht "println()" sein soll. Durch die Nullreferenz wird aber solch ein Objekt nicht bestimmt, so daß es dann zu einer Fehlersituation kommt.

Die Fehlermeldung "java.lang.NullPointerException" verwendet den Begriff „null pointer “, was soviel bedeutet, wie die Nulladresse (ein Nullzeiger ). Das illustriert auch noch einmal, daß Referenzen eigentlich Adressen sind, wie am Anfang dieser Lektion erklärt.

Referenzen als Objekte in Java

Eine Referenz auf ein Objekt ist nicht das gleiche, wie das von dieser Referenz referenzierte Objekt. Eine Referenz steht in Java allerdings für das von ihr referenzierte Objekt.

Oft kann man so tun, als ob die Referenzen die Objekte selber seien.

Eine Unterscheidung zwischen einer Referenz auf ein Objekt und einem Objekt ist nicht immer nötig. Es gibt ja in Java auch keinen speziellen Typ für eine Referenz auf ein Objekt, so daß man auch nicht durch eine Typangabe beispielsweise zwischen „Objekt-Referenz“ und „Objekt“ unterscheiden kann.

Dementsprechend unterscheiden auch Texte über Java zu Recht dort nicht deutlich zwischen einer Referenz und einem Objekt, wo dieser Unterschied gar keine Bedeutung hat.

Wenn also von dem Objekt "System.out" gesprochen wird, dann ist damit—genau gesagt—das von der Referenz "System.out" referenzierte Objekt gemeint. Wenn vom Typ "java.io.PrintStream" gesprochen wird, dann ist der Typ gemeint, dessen Werte eigentlich „Referenzen auf "java.io.PrintStream"-Exemplare “ (und nicht sind "java.io.PrintStream"-Exemplare selber) sind.

Aufgrund der stillschweigenden Interpretation (Dereferenzierung) der Referenzen als Objekte und aufgrund des Fehlens eines ausdrücklichen Referenzdatentyps ist es in Java oft nicht nötig, sich der Referenzen bewußt zu sein und man kann teilweise so tun, also ob man mit Objekten umgeht und nicht mit Referenzen.

In einigen Fällen muß man aber doch auf den Unterschied zwischen Referenzen und Objekten achten, sonst könnte auf die Erwähnung von Referenzen tatsächlich ganz verzichtet werden. In solchen Fällen wird dann besonders auf die Notwendigkeit der Unterscheidung hingewiesen.

Übungsfragen

/ null

Was passiert, wenn versucht wird, den folgenden Ausdruck auswerten zu lassen?

Wie könnte man das erklären?

java.lang.System.out.println( null )