Polymorphie

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Steigst du in das tiefgehende Fachgebiet der Informatik ein, gehört das Verständnis von Polymorphie zu den grundlegenden Kompetenzen. Der vorliegende Artikel behandelt umfassend Polymorphie in der Informatik, definiert das Konzept, erläutert dessen Bedeutung in der Programmierung und beleuchtet dessen Anwendungen in verschiedenen Programmiersprachen wie Java und C++. Des Weiteren wird auch eine fundierte Betrachtung zur Wirkung von Polymorphie auf die objektorientierte Programmierung diskutiert und wertvolle Erkenntnisse zu den Vorzügen und Limitationen geboten. So legst du das Fundament, um das Prinzip der Polymorphie umfassend zu verstehen und kompetent in der Programmierung einzusetzen.

Polymorphie in der Informatik

Polymorphie ist ein Begriff, den du vielleicht schon einmal auf deiner Reise durch die Welt der Informatik gehört hast. Er spielt in der objektorientierten Programmierung eine zentrale Rolle und ist einer der vier Grundpfeiler von OOP (Objektorientiertes Programmieren), neben Vererbung, Kapselung und Abstraktion. Die Idee der Polymorphie ermöglicht es, dass eine Variable, ein Funktionparameter oder ein Arrayelement verschiedene Datentypen zur Lauf- oder Compile-Zeit annehmen kann.

In der Programmierung bezeichnet Polymorphie die Fähigkeit, dass Funktionen oder Methoden in verschiedenen Objekten unterschiedlich ausgeführt werden können. Während die gleiche Nachricht (Methode oder Funktion) an verschiedene Objekte gesendet wird, reagiert jedes Objekt entsprechend seiner Klasse oder seinem Typ.

Polymorphie einfach erklärt: Informatik-Grundlagen

Die Polymorphiein der Informatik bezieht sich auf die Fähigkeit von Objekten, mehrere Formen annehmen zu können. Genauer gesagt bedeutet es, dass eine einzige Schnittstelle viele verschiedene Implementierungen haben kann.

An Beispiel eines geometrischen Formulars: Sowohl ein Quadrat als auch ein Kreis können als Form mit der Methode "zeichnen()" implementiert werden.
Ein anderes Alltagsbeispiel wäre ein Handy. Es kann auf viele verschiedenen Arten zum Kommunizieren verwendet werden, z.B. durch Anrufen, Texten, E-Mail, Social Media usw.

Betrachten wir ein einfaches Beispiel in Java:

class Animal {
  void sound() {
    System.out.println("Tiere machen Geräusche");
  }
}

class Cat extends Animal {
  @Override
  void sound() {
    System.out.println("Miau");
  }
}

class Dog extends Animal {
  @Override
  void sound() {
    System.out.println("Wuff");
  }
}

Polymorphie und Objektorientierung

In der objektorientierten Welt ist es möglich, dass Klassen verschiedene Implementierungen der gleichen Methode haben. Dies ist auf den polymorphen Aspekt der Klassen zurückzuführen.

Statische und dynamische Polymorphie

Es gibt zwei verschiedene Arten von Polymorphie in der Informatik: statische (oder compile-time) Polymorphie und dynamische (oder runtime) Polymorphie. Statische Polymorphie bezieht sich auf Methodenüberladungen, während dynamische Polymorphie auf Methodenüberschreibungen zurückzuführen ist.

Polymorphie in Objektorientierung verstehen

In objektorientierten Programmiersprachen bezieht sich die Polymorphie oft auf die dynamische Polymorphie von Laufzeitmethoden. Zum Beispiel kann eine Funktion mit dem Namen "Zeichnen" für verschiedene Klassen unterschiedliche Codeblöcke haben. Jede dieser Klassen kann das Zeichnen auf ihre eigene Weise implementieren, also in gewisser Weise ihre eigene "Form" (poly = viele, morph = form) der Funktion "Zeichnen" annehmen.

Anwendung von Polymorphie in Programmiersprachen

Polymorphie ist ein potentes Werkzeug, das in fast allen gängigen Programmiersprachen zur Verfügung steht. Es ermöglicht es Programmierern, Code zu schreiben, der leichter zu verstehen, zu warten und zu erweitern ist. In diesem Abschnitt werfen wir einen Blick auf die Anwendung von Polymorphie in zwei bestimmten Programmiersprachen: C++ und Java.

Polymorphie in C++

In C++ ermöglicht Polymorphie das Erstellen und Managen von Objekten, die von einem gemeinsamen Typ (gemeinsame Base-Klasse) abgeleitet werden, aber unterschiedliches Verhalten aufweisen können. Programmierer können virtuelle Funktionen verwenden, um dieses Verhalten zu implementieren. Durch das Nutzen von Zeigern auf die Basisklasse können wir dann auf die überschriebenen Funktionen in den abgeleiteten Klassen zugreifen.

Beispiel für Polymorphie in C++

Das folgende Beispiel zeigt die Anwendung von Polymorphie in C++. Hier hat die Basisklasse 'Shape' eine virtuelle Methode 'draw()', die in den abgeleiteten Klassen 'Circle' und 'Rectangle' überschrieben wird.

#include 
using namespace std;

class Polygon {  
public:
  virtual void draw()=0; // Pure virtual function
};

class Circle : public Polygon {
public:
  void draw() {
    cout << "Drawing Circle\n";
  }
};

class Square : public Polygon {
public:
  void draw() {
    cout << "Drawing Square\n";
  }
};

int main() {
  Polygon *p; // Pointer of Polygon type
  Circle c; 
  Square s;

  p = &c
  p->draw(); // calls draw() of Circle class

  p = &s
  p->draw(); // calls draw() of Square class

  return 0;
}

Polymorphie in Java

Die Polymorphie in Java ist ähnlich wie in C++, wo auch Java die Möglichkeit bietet, Methoden zu überschreiben und zu überladen. In Java ist es allgemein üblich, Methoden der Hauptklasse zu überlagern, um unterschiedliche Implementierungen für verschiedene Unterklassen bereitzustellen. Das Stichwort "super" kann verwendet werden, um auf Methoden der Oberklasse zuzugreifen.

Anwendungsbeispiel von Polymorphie in Java

Das folgende Beispiel zeigt ein prägnantes Szenario, in dem Polymorphie in Java verwendet wird. In diesem Beispiel haben wir eine abstrakte Hauptklasse 'Animal' und zwei Unterklassen 'Dog' und 'Cat', die die Methode 'sound()' überschreiben.

abstract class Animal {
    abstract void makeSound();
}

class Dog extends Animal {
    public void makeSound() {
        System.out.println("The dog barks");
    }
}

class Cat extends Animal {
    public void makeSound() {
        System.out.println("The cat meows");
    }
}

class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Animal myDog = new Dog(); // Create a Dog object
        Animal myCat = new Cat(); // Create a Cat object
        myDog.makeSound();
        myCat.makeSound();
    }
}

Achte darauf, das folgende Wissenaus diesen Beispielen in dein weiteres Studium von Polymorphie in der Informatik mitzunehmen: Polymorphie ermöglicht es uns, mit beliebigen abgeleiteten Klassen umzugehen, indem wir einfach mit der Basisklasse arbeiten. Dies führt zu einem flexibleren und erweiterbaren Code.

Vor- und Nachteile der Polymorphie in der Programmierung

Polymorphie ist zweifellos ein leistungsstarkes Konzept in der Informatik und besonders in der objektorientierten Programmierung. Es ermöglicht mehr Flexibilität und Vielseitigkeit in der Codierung. Wie bei jedem anderen Werkzeug hat jedoch auch die Polymorphie ihre Vor- und Nachteile, je nachdem, wie sie verwendet wird. Es ist wichtig, diese zu erkennen um fundierte Entscheidungen bei der Verwendung von Polymorphie in deinen Softwareprojekten zu treffen.Polymorphie ist ein zentraler Pfeiler der objektorientierten Programmierung. Sie ermöglicht es uns, Software zu schreiben, die in der Lage ist, unterschiedliche Datenstrukturen zielgerichtet und gekonnt zu behandeln. Bei der Nutzung der Polymorphie geht es nicht nur um eine saubere und lesbare Code-Schreibung, sondern auch um Wiederverwendbarkeit und Erweiterbarkeit, was wiederum dazu beiträgt, die Entwicklungseffizienz und Wartbarkeit zu verbessern. Die wichtigsten Punkte, warum Polymorphie in der Programmierung so wertvoll ist, sind die folgenden:

Erweiterbarkeit: Durch die Verwendung von Polymorphie kann der Code leicht erweitert werden, indem neue Klassen hinzugefügt werden, die wiederum bestehende Methoden überschreiben.
Wiederverwendbarkeit: Polymorphie ermöglicht es einen Code zu schreiben, der leichter wiederverwendbar ist, da er auf verschiedene Datentypen angewendet werden kann.
Abstraktion: Polymorphie fördert das Prinzip der Abstraktion in OOP, indem es erlaubt, dass spezifische Implementierungsdetails verborgen und nur die benötigte Funktionalität zur Verfügung gestellt wird.

Wie jedes Programmierkonzept hat auch die Polymorphie ihre Vor- und Nachteile, die bei der Anwendung in Betracht gezogen werden sollten. Die Vorteile von Polymorphie beinhalten:

Vorteile	Beschreibung
Wiederverwendbarkeit	Ermöglicht es, Quellcode wiederzuverwenden, wodurch Redundanzen vermieden und die Code-Länge reduziert wird.
Flexibilität	Ermöglicht Flexibilität in Design und Struktur, was insbesondere bei großen Softwareprojekten von Vorteil ist.
Erweiterbarkeit	Vorhandener Code kann durch neue Klassen und Funktionen erweitert werden, ohne dass der bestehende Code modifiziert werden muss.

Trotz der offensichtlichen Vorteile gibt es auch Nachteile bei der Verwendung von Polymorphie:

Nachteile	Beschreibung
Überkompliziert	Die Nutzung von Polymorphie kann dazu führen, dass der Quellcode schwer zu verstehen und daher auch schwerer zu warten ist.
Laufzeit Fehler	Irrtümliche Verwendung von Polymorphie kann zu Laufzeitfehlern führen, die schwer zu debuggen sind.
Leistungseinbußen	Ungeschickte Verwendung von Polymorphie oder Overloading/Overriding von Funktionen kann zu Leistungseinbußen führen.

Polymorphie ist ein sehr mächtiges Konzept, das jedoch mit Sorgfalt verwendet werden sollte. Ein zu komplexer oder übermäßiger Einsatz kann zu schwer lesbarem und fehleranfälligem Code führen. Aber mit einer richtigen Anwendung, können viele Vorteile in Bezug auf Wiederverwendbarkeit, Organisation und Wartbarkeit des Codes erzielt werden.

Polymorphie - Das Wichtigste

Definition von Polymorphie in der Informatik: Befähigt Objekte verschiedene Formen anzunehmen. Eine Schnittstelle kann viele verschiedene Implementierungen haben.
Beispiele für Polymorphie: Geometrische Formen (Quadrate, Kreise etc.) implementieren die Methode "zeichnen()" auf unterschiedliche Weise; ein Handy kann verschiedene Kommunikationsmethoden annehmen (Anrufen, Texten, Email etc.).
Zentraler Aspekt der objektorientierten Programmierung (OOP): Polymorphie ermöglicht statisches (Methodenüberladung) und dynamisches (Methodenüberschreibung) Verhalten.
Anwendung in verschiedenen Programmiersprachen: Polymorphie in C++ ermöglicht unterschiedliches Verhalten von von einem gemeinsamen Typ abgeleiteten Objekten; Polymorphie in Java erlaubt das Überladen und Überschreiben von Methoden.
Vor- und Nachteile von Polymorphie: Fördert Erweiterbarkeit, Wiederverwendbarkeit, und Abstraktion in der Programmierung; kann jedoch bei unsachgemäßer Anwendung zu überkomplexem Code, Laufzeitfehlern und Leistungseinbußen führen.
Bedeutung von Polymorphie in der Programmierung: Ermöglicht flexibleren und erweiterbaren Code durch die Arbeit mit der Basisklasse und Behandlung beliebiger abgeleiteter Klassen.

Häufig gestellte Fragen zum Thema Polymorphie

Unter Polymorphie versteht man in der Informatik das Prinzip, dass Objekte zur Laufzeit aufgrund ihrer Struktur (Klasse) unterschiedlich behandelt werden können. In anderen Worten, dieselbe Funktion oder Methode kann für unterschiedliche Daten- bzw. Objekttypen verschiedene Verhaltensweisen aufweisen.

Es gibt hauptsächlich vier Arten von Polymorphie in der Informatik: Ad-hoc-Polymorphie, parametrische Polymorphie, untertypisierte Polymorphie und Inklusionspolymorphie.

Polymorphie in der objektorientierten Programmierung ist ein Prinzip, nach dem Methoden in unterschiedlichen Klassen dieselben Namen, aber verschiedene Implementierungen haben können. Dies ermöglicht es, Objekte unterschiedlicher Klassen auf eine einheitliche Weise zu behandeln.

Finales Polymorphie Quiz

Polymorphie Quiz - Teste dein Wissen

Frage

Wie kann man Polymorphie auf deutsch übersetzen?

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Antwort

Vielgestaltigkeit

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Frage

Wahr oder falsch

Das Konzept der Polymorphie besagt, dass sich ein Element je nach Kontext anders verhalten kann.

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Antwort

Wahr

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Frage

Was versteht man unter der Überladung einer Methode?

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Antwort

Wenn in einer Klasse mehrere Methoden mit gleichem Bezeichner und unterschiedlicher Parameterliste vorhanden sind

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Frage

Ergänze

Das Überladen einer Methode ist eine Form der ________ Polymorphie.

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Antwort

statischen

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Frage

Wo findet sich bei der Vererbung eine dynamische Polymorphie?

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Antwort

Wenn die Subklasse eine Methode ihrer Basisklasse überschreibt

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Frage

Ergänze

Die @Override Annotation wird in Java beim ________(1) einer Methode in der Subklasse verwendet und bewirkt, dass der _______(2) ggf. eine Warnung anzeigt.

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Antwort

(1) Überschreiben

(2) Kompiler

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Frage

Wahr oder falsch

Wenn man in C++ eine pure virtual Methode in einer Klasse deklariert, kann man trotzdem Objekte dieser Klasse erstellen.

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Antwort

Falsch

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Frage

Was bewirkt es in C++, wenn man eine Methode als virtual kennzeichnet und sie in einer Subklasse überschreibt?

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Antwort

Dass das Objekt, welches die Methode verwendet, zur Laufzeit selbst ermittelt, welche Implementierung verwendet wird.

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Frage

Warum braucht die dynamische Bindung zwischen Methode und Implementierung zur Laufzeit mehr Ressourcen als eine statische Bindung?

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Antwort

Weil zur Laufzeit zusätzlich ermittelt werden muss, welche Implementierung zu verwenden ist.

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Frage

Wobei ist die Polymorphie ein zentrales Konzept?

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Antwort

Objektorientierte Programmierung

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Frage

Wann kann eine Methode als polymorph bezeichnet werden?

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Antwort

Wenn für ihren Bezeichner verschiedene Implementierungen existieren

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Frage

Wahr oder falsch

Polymorphie verleiht dem Entwickler mehr Freiheiten beim Design der Anwendung.

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Antwort

Wahr

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Frage

Ergänze

Mit der Verwendung von Interfaces kann ________(1) zum Beispiel erreicht werden, indem das Interface eine Methode definiert, und eine oder mehrere ________(2) das Interface implementieren.

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Antwort

(1) Polymorphie

(2) Klassen

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Frage

Mit welchem anderen zentralen Konzept der objektorientierten Programmierung wird die Polymorphie im Zusammenhang gesehen?

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Antwort

Vererbung

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Frage

Was versteht man unter der statischen Polymorphie?

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Antwort

Bereits zur Kompilierzeit des Programms ist bekannt, welche Implementierung eines polymorphen Elements verwendet wird.

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Frage

Was ist Polymorphie in der Informatik?

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Antwort

Polymorphie ist die Fähigkeit von Objekten, mehrere Formen annehmen zu können, was bedeutet, dass eine einzige Schnittstelle viele verschiedene Implementierungen haben kann. Sie ist einer der Grundpfeiler der objektorientierten Programmierung.

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Frage

Gib ein Beispiel für Polymorphie in der objektorientierten Programmierung.

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Antwort

Ein Beispiel ist die Klasse Animal mit der Methode sound(). Die Klassen Cat und Dog erben von Animal und überschreiben die Methode sound(), um "Miau" bzw. "Wuff" auszugeben.

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Frage

Welche zwei Arten von Polymorphie gibt es in der Informatik?

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Antwort

Es gibt die statische (oder compile-time) Polymorphie und die dynamische (oder runtime) Polymorphie. Statische Polymorphie bezieht sich auf Methodenüberladungen, während dynamische Polymorphie auf Methodenüberschreibungen zurückzuführen ist.

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Frage

Was bedeutet Polymorphie in Bezug auf Objektorientierung?

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Antwort

In objektorientierten Programmiersprachen bezieht sich die Polymorphie oft auf die dynamische Polymorphie von Laufzeitmethoden. Zum Beispiel kann eine Funktion mit dem Namen "Zeichnen" für verschiedene Klassen unterschiedliche Codeblöcke haben. Jede dieser Klassen kann das Zeichnen auf ihre eigene Weise implementieren.

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Frage

Was ermöglicht Polymorphie in C++?

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Antwort

Polymorphie in C++ ermöglicht das Erstellen und Managen von Objekten, die von einem gemeinsamen Typ abgeleitet sind, aber unterschiedliche Verhaltensweisen aufweisen können. Programmierer können virtuelle Funktionen verwenden, um dieses Verhalten zu implementieren.

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Frage

Wie wird Polymorphie in Java verwendet?

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Antwort

Polymorphie in Java ermöglicht Methoden zu überschreiben und zu überladen. Es ist üblich, Methoden der Hauptklasse zu überlagern, um verschiedene Implementierungen für verschiedene Unterklassen bereitzustellen. Das Stichwort "super" kann verwendet werden, um auf Methoden der Oberklasse zuzugreifen.

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Frage

Was ist eine virtuelle Funktion in C++ und wie wird sie in Polymorphie verwendet?

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Antwort

Eine virtuelle Funktion in C++ ist eine Funktion in der Basisklasse, die in der abgeleiteten Klasse überschrieben werden kann. In Bezug auf Polymorphie ermöglicht sie das Implementieren von unterschiedlichem Verhalten der abgeleiteten Klassen.

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Frage

Was passiert, wenn die Methode 'sound()' in den Klassen 'Dog' und 'Cat' in Java überschrieben wird?

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Antwort

Das Überschreiben der Methode 'sound()' in den Klassen 'Dog' und 'Cat' sorgt dafür, dass jede Klasse ihre eigene Version der Methode hat. So gibt der 'Dog' beim Aufruf von 'sound()' "The dog barks" aus und der 'Cat' "The cat meows".

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Frage

Was sind die Vorteile der Nutzung von Polymorphie in der objektorientierten Programmierung?

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Antwort

Die Vorteile der Nutzung von Polymorphie in der objektorientierten Programmierung beinhalten die Erweiterbarkeit des Codes, die Wiederverwendbarkeit von Code und die Abstraktion von Implementierungsdetails.

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Frage

Was sind die Nachteile der Nutzung von Polymorphie in der objektorientierten Programmierung?

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Antwort

Die Nachteile der Nutzung von Polymorphie beinhalten die Überkomplexität des Codes, das Risiko von Laufzeitfehlern und mögliche Leistungseinbußen.

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Frage

Warum ist Polymorphie ein zentraler Pfeiler der objektorientierten Programmierung?

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Antwort

Polymorphie gilt als zentraler Pfeiler der objektorientierten Programmierung, da sie es uns ermöglicht, Software zu schreiben, die in der Lage ist, unterschiedliche Datenstrukturen zielgerichtet zu behandeln.

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Frage

Was passiert durch die Verwendung von Polymorphie in Bezug auf die Erweiterbarkeit von Code?

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Antwort

Durch die Verwendung von Polymorphie kann der Code leicht erweitert werden, indem neue Klassen hinzugefügt werden, ohne den bestehenden Code zu modifizieren.

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Vielgestaltigkeit

Wahr oder falsch

Das Konzept der Polymorphie besagt, dass sich ein Element je nach Kontext anders verhalten kann.

Wahr

Was versteht man unter der Überladung einer Methode?

Wenn in einer Klasse mehrere Methoden mit gleichem Bezeichner und unterschiedlicher Parameterliste vorhanden sind

Ergänze

Das Überladen einer Methode ist eine Form der ________ Polymorphie.

statischen

Wo findet sich bei der Vererbung eine dynamische Polymorphie?

Wenn die Subklasse eine Methode ihrer Basisklasse überschreibt

Ergänze

Die @Override Annotation wird in Java beim ________(1) einer Methode in der Subklasse verwendet und bewirkt, dass der _______(2) ggf. eine Warnung anzeigt.

(1) Überschreiben

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