Referenzen verstehen

Lernziele

Nach diesem Kapitel kannst du:

• Code mit Referenzzuweisungen tracen und die Ausgabe korrekt vorhersagen,
• erklären, warum ein Methodenaufruf auf null zur NullPointerException führt,
• Referenzfehler (NullPointerException, unbeabsichtigtes Aliasing) debuggen und beheben,
• Objektdiagramme zu gegebenem Code zeichnen und den Speicherzustand erklären,
• begründen, warum == und .equals() unterschiedliche Ergebnisse liefern,
• einschätzen, ob ein Objekt vom Garbage Collector entfernt werden kann.

Leitfrage: Wenn rs2 = rs1 nicht das Objekt kopiert — was kopiert es dann?

Voraussetzungen

Selbsttest

Kurzwiederholungen

Lernweg

Arbeite dieses Kapitel in vier Schritten:

1. Ausprobieren: Was passiert bei rs2 = rs1? Vermute, teste, staune.
2. Verstehen: Wie funktionieren Referenzen — null, new, Aliasing?
3. Üben: Tracing, Debugging, == vs. equals().
4. Übertragen: Eigene Klassen mit Referenzen entwerfen.

Phase 1: Einstieg — Was kopiert = wirklich?

Aufgabe: Vorhersage

Lies den folgenden Code. Schreibe deine Vermutung auf, BEVOR du den Code ausführst.

Raumschiff rs1 = new Raumschiff();
rs1.setGroesse(100);
Raumschiff rs2 = rs1;
rs2.setGroesse(200);
System.out.println(rs1.getGroesse());

Was wird ausgegeben? Notiere deine Antwort.

Jetzt teste deine Vorhersage:

Phase 2: Konzeptaufbau — Referenzen Schritt für Schritt

2.1 Einfache vs. komplexe Datentypen

Im Code sieht man den Unterschied sofort:

private int anzahl;       // einfacher Datentyp → speichert direkt einen Wert
private Raumschiff rs;    // komplexer Datentyp → speichert eine Referenz

2.2 null — Referenz ohne Objekt

Wenn ein Objekt der Klasse WeltraumSim erzeugt wird:

• anzahl wird auf 0 gesetzt (einfaches Attribut).
• rs zeigt auf nichts — der Wert ist null.

public static void main(String[] args)
{
    anzahl = 1;             // funktioniert
    rs.setGroesse(200.0);   // ABSTURZ!
}

Teste es selbst — sage vorher, was passiert:

2.3 Der new-Operator

Die Lösung: Im Konstruktor wird das Objekt mit new erzeugt.

public WeltraumSim()
{
    rs = new Raumschiff();   // Jetzt zeigt rs auf ein echtes Objekt
}

Mermaid-Diagramm wird geladen…

2.4 Mehrere Referenzen und Aliasing

Was, wenn wir mehrere Raumschiffe verwalten wollen?

public class WeltraumSim
{
    private Raumschiff rs1, rs2;
    private Raumschiff aktuell;
    ...
}

Schritt für Schritt:

Reflexionsfrage: Was wäre der Nachteil, wenn Java bei rs2 = rs1 automatisch eine Kopie des Objekts machen würde?

Ruhige Sicherung: Was sich wirklich geändert hat

Fading: Übe schrittweise

Code-Patterns zum Nachschlagen

// Erzeugung: Referenz + Objekt
Typ ref = new Typ();
 
// Aliasing: Zwei Pfeile, ein Objekt
Typ ref2 = ref1;
 
// Null-Check: Absturz vermeiden
if (ref != null) { ref.methode(); }

Phase 3: Üben — Tracing, Debugging, Vergleiche

3.1 == vs. equals() — Identität vs. Gleichheit

Was passiert, wenn man zwei Referenzen mit == vergleicht?

String strA = new String("Heute");
String strB = new String("Heute");

Mermaid-Diagramm wird geladen…

Die Objekte haben den gleichen Inhalt, sind aber verschiedene Objekte.

Sage für jeden Ausdruck die Ausgabe vorher, dann teste:

3.2 Übungsaufgaben

String s1, s2, s3, s4;
s1 = new String("ABC");
s1 = new String("XYZ");
s2 = new String("ABC");
s3 = s1;
s4 = new String("XYZ");

Raumschiff rs1 = new Raumschiff();
Raumschiff rs2 = rs1;
rs1 = null;

Phase 4: Transfer und Vernetzung

Transferaufgabe

Vernetzung

Heute gelöst: Du weißt jetzt, warum rs2 = rs1 nicht zwei Raumschiffe erzeugt. Es entsteht nur ein zweiter Zugriff auf dasselbe Objekt. Das erklärt Aliasing, null und viele scheinbar merkwürdige Ausgaben.

Noch offen: Das Pfeilbild hilft, aber es bleibt noch eine Metapher. Im Rechner gibt es keine gezeichneten Pfeile. Dort gibt es Speicherstellen, Werte und Adressen.

Nächster Schritt: Im nächsten Kapitel wird der Pfeil technisch konkret: Eine Referenz ist eine Adresse im Speicher. Dann klären wir auch, was bei Methodenaufrufen wirklich übergeben wird.

Reflexion

Selbstdiagnose

• Ich kann erklären, was bei rs2 = rs1 passiert (Pfeil kopiert, nicht Objekt).
• Ich kann eine NullPointerException erkennen und beheben.
• Ich kann den Unterschied zwischen == und .equals() an einem Beispiel erklären.
• Ich kann ein Objektdiagramm zu Code mit Referenzen zeichnen.