Was ist bei der Modellierung von Datentypen zu beachten?

Als erstes erfolgt in der Regel die Festlegung aus welchen Elementardatentypen (in Java z.B. int oder double) ein Datentyp besteht und welche Operationen auf dem Datentyp benötigt werden. In Programmiersprachen wie C# oder C++ ist ferner zu entscheiden, ob es sich um einen stackbasierten Wertetyp handeln soll oder um eine Datenklasse. In Java entfällt diese Entscheidung leider, da keine programmdefinierten Wertetypen möglich sind.

Datenklassen

Als Datenklasse wird eine Klasse bezeichnet die einen Datentyp und Operationen darauf implementiert. Bei der Modellierung ist grundsätzlich zu entscheiden ob Instanzen der Klasse

• Datenwerte oder
• Datenvariablen

Restriktionen, Spezialisierung und Verwendung von Null-Referenzen

Neben der Zusammensetzung eines Datentypen aus Elementartypen und den Operationen auf einem Datentypen sind oftmals Restriktionen und die Spezialisierung von Datentypen relevant.

Nehmen wir als Beispiel die Typen Line und Point aus der zweidimensionalen Vektorgeometrie. Hier betrachten wir den Typ Line, definiert durch zwei geordnete Punkte vom Typ Point und interpretiert als gerichtete kürzeste Verbindung zwischen den zwei Punkten.

Bei der Modellierung stellen sich unter anderem folgende Fragen:

• Kann der Typ Line nach obiger Definition die Länge null haben oder sollte er es können und welche Konsequenzen hätte das?
• Welchen Typ liefern wir beim Schnitt zweier Linien?
  • Sollen wir eine Null-Referenz beim Schnitt zweier Linien liefern wenn die Linien sich nicht schneiden. Wie wirkt sich das auf die Lesbarkeit unserer Programme aus?
  • Sollen wir den Typ Point liefern wenn es einen Schnittpunkt gibt und den Typ Line, wenn es eine Schnittlinie gibt?
• Wenn Line die Länge null haben kann, ist Point dann eine Spezialisierung von Line?

Weitere Fragestellungen

• Verwenden wir öffentliche Konstruktoren oder Fabrikmethoden?
• Sollte eine Datenwertklasse immutable und sollte sie ableitbar sein?
• Definieren wir binäre Operationen als statische oder als Instanzmethoden?
• Wann ist eine Autokonvertierung zwischen numerischen Datentypen angebracht (in Java nur explizite Konvertierung möglich), wann eine Spezialisierung?

Auswirkungen der Modellierung auf Lesbarkeit und Fehlerhäufigkeit

Die Modellierung der Datentypen hat einen großen Einfluss auf die Lesbarkeit und auf die Häufigkeit von Programmfehlern. So erfordert die Zulassung von Null-Referenzen zusätzliche Fallunterscheidungen und führt bei unachtsamer Programmierung schnell zu einem Laufzeitfehler. Erlaubt ein Datentyp wie Line beispielsweise die Länge null, so kann nicht mehr ungeprüft durch seine Länge dividiert werden und die Orientierung der Linie ist nur noch eine optionale Eigenschaft die undefiniert ist wenn die Linie die Länge null hat.

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Anmerkungen:

• Referenz bezeichnet eine Objektreferenz wie sie in Java und C# verwendet wird. Ihre Semantik ist eine Teilmenge der Semantik eines Zeigers in C/C++.
• Spezialisierung ist der Oberbegriff von Vererbung und Implementierung. Eine Klasse kann also sowohl ein Interface als auch eine Klasse spezialisieren.