Schnittstelle (Programmierung)

Eine Schnittstelle (englisch interface) dient in der objektorientierten Programmierung der Vereinbarung gemeinsamer Signaturen von Methoden, welche in unterschiedlichen Klassen implementiert werden. Die Schnittstelle gibt dabei an, welche Methoden vorhanden sind oder vorhanden sein müssen.

Technische Details

Eine Schnittstelle gibt an, welche Methoden vorhanden sind oder vorhanden sein müssen. Zusätzlich zu dieser syntaktischen Definition sollte stets ein so genannter Kontrakt definiert werden, über den die Bedeutung (im Sinne von Vorbedingungen und Nachbedingungen) der verschiedenen Methoden festgelegt wird – also deren Semantik. Der Kontrakt wird meist nur informell in der Dokumentation oder einer externen Spezifikation der Schnittstelle festgelegt, doch stehen auch formelle Spezifikationssprachen wie z. B. die OCL zur Verfügung. Einige Programmiersprachen wie z. B. Eiffel bieten auch unmittelbar syntaktische Möglichkeiten zur Festlegung eines Kontrakts.

Schnittstellen repräsentieren eine Garantie bezüglich der in einer Klasse vorhandenen Methoden. Sie geben an, dass alle Objekte, die diese Schnittstelle besitzen, gleich behandelt werden können.

In einigen Programmiersprachen, die keine Mehrfachvererbung unterstützen (wie z. B. Java), können Schnittstellen verwendet werden, um Kompatibilitäten zwischen Klassen zu definieren, die nicht voneinander erben: Die Schnittstellenbeziehungen sind nicht an den strengen Klassenbaum gebunden. Dazu werden Schnittstellendeklarationen häufig explizit als solche markiert (in Java mit dem Schlüsselwort interface). Als Ersatz für Mehrfachvererbung eignen sich Schnittstellen allerdings nicht, da sie keine Vererbung von Funktionalität ermöglichen.

Andere Sprachen (meist solche, die Mehrfachvererbung unterstützen, wie C++) kennen zwar das Konzept von Schnittstellen, behandeln diese aber wie gewöhnliche Klassen. Man spricht dann auch von abstrakten Klassen. Manchmal wird auch eine eigene Sprache (eine sogenannte Interface Definition Language, IDL) zur Deklaration der Schnittstelle verwendet – meist ist das bei Middleware-Systemen wie CORBA oder DCOM der Fall. Objektbasierte Sprachen ohne strenge Typisierung kennen meist keine Schnittstellen.

Klassifikation von Schnittstellen

Schnittstellen lassen sich entlang zweier unabhängiger Kriterien klassifizieren: Allgemeinheit und Nutzen. Bezüglich der Allgemeinheit wird zwischen allgemeinen und kontextspezifischen Interfaces unterschieden, bezüglich des Nutzens zwischen anbietenden und ermöglichenden Interfaces.

• Allgemeine Interfaces enthalten die gesamte öffentliche Schnittstelle des Aufgerufenen. Sie werden verwendet, um die verwendete Schnittstellen-Spezifikation von ihrer Implementierung zu separieren.
• Kontextspezifische Interfaces decken nicht die gesamte öffentliche Schnittstelle einer Klasse ab, sondern nur spezielle Aspekte dieser Klasse. Sie ermöglichen es, Objekte einer Klasse in besonderen Rollen zu verwenden. Beispielsweise kann ein Puffer lesend oder schreibend genutzt werden. Für jeden dieser Zugriffs-„Aspekte“ kann ein separates Interface existieren.
• Anbietende Interfaces liegen dann vor, wenn der Aufrufer sich über das Interface an den Aufgerufenen wendet. Dies ist der typische und häufigste Fall bei der Verwendung von Interfaces.
• Ermöglichende Interfaces liegen vor, wenn umgekehrt der Aufgerufene oder gar eine dritte Komponente der eigentliche Nutznießer des Interfaces ist. So kann beispielsweise ein Objekt (bzw. seine Klasse) das Interface Printable implementieren. Ein solches Objekt kann dann einem Printer zum Ausdruck übergeben werden. Offensichtlich erbringt das Objekt, welches das Interface erfüllt, hier nicht die Dienstleistung, vielmehr ermöglicht es sie nur.

Ein Spezialfall sind sogenannte Markierungsschnittstellen, die keine Methoden verlangen, und über Introspektions-Mechanismen zur Laufzeit ausgewertet werden.

Beispiel für eine Schnittstelle

Existiert beispielsweise eine Schnittstelle Konto mit der Methode abbuchen(), müssen alle Klassen, die diese Schnittstelle implementieren, über eine Methode abbuchen verfügen. Weiteres Beispiel: Eine Anzahl an Klassen mit den Namen SparKonto, GiroKonto und DepotKonto implementieren die Schnittstelle Konto. Die Schnittstelle hat eine Methode getKontostand, also müssen alle Klassen mit der Schnittstelle die Methode getKontostand bereitstellen.

Werden in einer Klasse mehrere Schnittstellen implementiert und besitzen deren Methoden gleiche Namen und gleiche Signatur (Parametertyp und Rückgabetyp), so muss der Zugriff und die Implementierung in einer Klasse mit einem qualifizierten Namen erfolgen, d. h. durch Voranstellen das Paketnamens (Java) oder des Namensraumes (.NET). Ein Beispiel in Java:

public interface Konto
{
    int getKontostand(); // abstrakte Signatur-Definition
}
public class SparKonto implements Konto
{
    private int kontostand;
    // Implementierung der durch Konto definierten Methode
    public int getKontostand()
    {
        return kontostand;
    }
    …
}

Java unterscheidet sich in einem weiteren Punkt gegenüber .NET-Sprachen darin, dass eine Klasse, die ein Interface implementiert, nicht explizit deklariert werden muss. Das folgende Beispiel definiert eine sogenannte anonyme innere Klasse innerhalb einer Methode.

public Konto erstelleKonto()
{
    Konto k = new Konto()
    {
        public int getKontostand()
        {
            return 0;
        }
    };
    return k;
}

Namenskonventionen

In einigen Programmiersprachen ist es üblich, Schnittstellen durch besondere Präfixe oder Suffixe erkennbar zu machen. So wird häufig ein „I“ (für Interface) vorangestellt oder ein „IF“ angehängt. Dies hat keine technischen Gründe sondern wurde als Mittel der besseren Lesbarkeit und somit auch der Wartbarkeit gewählt. Die oben angeführte Beispielschnittstelle Konto hieße dann IKonto oder KontoIF.

Vorteile

• Schnittstellen sind am Namen als solche erkennbar.
• Implementierende Klassen können einen einfacheren Namen haben.

Nachteile

• Schnittstellen können als das wesentliche Element der Programmierung betrachtet werden. Daher ist es sinnvoller, die Namen der Implementierungen mit Präfixen oder Suffixen zu ergänzen.
• Schnittstellen sind besonders dann sinnvoll, wenn es mehr als eine Implementierung gibt, sodass die implementierenden Klassen ohnehin mit Präfixen und Suffixen benannt werden.

Konstanten in Java

In Java ist es möglich, Konstanten innerhalb einer Schnittstellendefinition zu deklarieren. Allen implementierenden Klassen stehen dann diese Konstanten zur Verfügung.

Siehe auch

• Klasse (Programmierung)
• Schnittstelle
• Vererbung (Programmierung)