Fachkonzept - Datenkapselung

Was versteht man unter dem Geheimnisprinzip?

Wenn man die Motorhaube eines neueren Autos öffnet, dann sieht man recht wenig vom Motor. Einblick in das eigentliche Geschehen im Motor hat man nicht, wesentliche Teile des Motors werden sogar durch Abdeckungen schwer zugänglich gemacht. Man kann allenfalls überprüfen, ob man genug Öl oder Bremsflüssigkeit hat. Diese Vorgehensweise, den Motor eines Autos nur noch für Spezialisten zugänglich zu machen, wird ganz bewusst von den Autobauern gewählt. Ein Motor ist heutzutage so kompliziert, dass Laien keine Veränderungen daran vornehmen sollen.

Foto - Ölstandsmesser[1]
Foto - Öl einfüllen[2]

Beim Autobau wird somit - zumindest in bestimmten Bereichen - das Geheimnisprinzip angewandt. Bestimmte Eigenschaften des Motors können nur über speziell hierfür vorgesehene Schnittstellen ermittelt werden. So kann der aktuelle Ölstand nur an einem hierfür vorgesehenen Messstab abgelesen werden. Änderungen am aktuellen Motorzustand können direkt ebenfalls nur an bestimmten hierfür vorgesehenen Stellen vorgenommen werden. Motoröl lässt sich nur in die hierfür vorgesehene Öffnung einfüllen. Alles weitere über das Innere des Motors bleibt für den normalen Autofahrer unzugänglich und in diesem Sinne geheim.

Fachkonzept Datenkapselung

Bei der objektorientierten Software-Entwicklung geht man völlig analog vor.

Software-Objekte (als Programmeinheiten) werden so konzipiert, dass Details über den inneren Aufbau verborgen werden und Änderungen von Objektzuständen nur über dafür vorgesehene Methoden erfolgen können. Das Verbergen des inneren Aufbaus wird realisiert, indem man keinen direkten Zugriff auf die Attribute zur Verwaltung der internen Daten eines Objekts ermöglicht. Man nennt diese Vorgehensweise auch Datenkapselung.

Man geht also auch hier nach dem Geheimnisprinzip vor. Software-Objekte sollen - genau wie Automotoren - von Benutzern nur in der vorgesehenen Weise genutzt werden, keinesfalls soll die interne Struktur durch Benutzer verändert werden. Das hat den Vorteil, dass ein Objekt als Software-Baustein genau das Verhalten hat, das von den Entwicklern des Bausteins realisiert wurde.

Zugriffsrechte und Zugriffsmethoden

Um interne Daten kapseln zu können, werden Zugriffsrechte festgelegt. Der Entwickler einer Klasse hat die Möglichkeit, Attribute und Methoden einer Klasse als öffentlich oder privat zu deklarieren. Lesende und schreibende Zugriffe auf Attribute bzw. Methoden eines Objekts sind nur möglich, wenn diese öffentlich sind. Private Attribute bzw. Methoden können dagegen nur bei der Implementierung der betreffenden Klasse benutzt werden.

Diese Zusammenhänge sollen am Beispiel der Klasse Ampel verdeutlicht werden. Wir beginnen mit einer Modellierung, in der die Attribute und Methoden der Klasse vorgesehen sind.

Klassendiagramm

Im Klassendiagramm werden jetzt die Zugriffsrechte auf die Attribute und Methoden mit Hilfe der Symbole + (für öffentlich) und - (für privat) ergänzt.

Klassendiagramm

Wenn mit ampel = Ampel() ein Objekt der Klasse Ampel erzeugt wird, soll ein lesender oder schreibender Zugriff auf das Attribut zustand mittels ampel.zustand nicht möglich sein, da dieses Attribut als privat deklariert wurde. Dagegen ist der Aufruf einer Methode wie z.B. ampel.schalten() möglich, da diese Methode als öffentlich deklariert wurde.

Nach dem Geheimnisprinzip sollte man alle Attribute als privat deklarieren und nur die Methoden als öffentlich deklarieren, die zur Nutzung von Objekten vorgesehen sind.

Verfolgt man die Strategie, alle Attribute als privat zu deklarieren, besteht keine Möglichkeit, direkt schreibend oder lesend auf Attributwerte zuzugreifen. Um dennoch solche Zugriffe zu erlauben, werden spezielle öffentliche Zugriffsmethoden bereitgestellt. Das Klassendiagramm wird daher um solche Zugriffsmethoden erweitert:

Klassendiagramm

Die Funktion getZustand() liefert beispielsweise den aktuellen Wert des Attributs zustand als Funktionswert zurück. Um dem Attribut zustand einen Wert zuzuweisen, benutzt man die Methode setZustand(...) mit einem bestimmten Parameterwert.

Quellen

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