Datentypen Das Verhalten von Strings als Datentypen

[robinkognito]

Hey, ich hätte da mal eine kurze Frage zu Strings:

In unterschiedlichen Kursen habe ich gelernt, dass es sich bei Strings nicht um primitive Datentypen sondern um Referenz-Datentypen handelt, die nicht unmittelbar den Wert speichern, sondern lediglich eine Angabe darüber enthalten, wo sich der Wert im Speicher befindet.

Mir ist nun im Vergleich mit primitiven Datentypen und anderen Referenz-Datentypen aufgefallen, dass Strings sich mal eher wie die einen und dann doch wieder wie die anderen verhalten.

Beispiele dafür:
Erstelle ich eine Array-Variable, habe ich einen "klassischen" Referenz-Typen. Wenn meinen Array-Wert in eine Methode einsetze und die Methode auf ihn zugreift, wird für die Methoden-Variable der Wert des Arrays kopiert - in diesem Fall nur die Referenz, die in der Variable gespeichert ist. Manipuliere ich nun mit der Methode meine Methoden-Variable, ändert das auch die Werte der Ursprungsvariable, da beide Variablen auf dasselbe Array zugreifen. Bei primitiven Datentypen befindet sich hingegen der Wert direkt "in" der Variable und meine Methode kann die Ursprungsvariable nicht manipulieren, da es sich ja nur um eine Kopie dieses Wertes handelt.

Nun haben wir die String-Variable, die sich aber genau wie ein primitiver Datentyp verhält und sich nicht verändert, obwohl es ein Referenz-Typ ist?






Nun eine andere Situation: Ich will ein Conditional Statement aufbauen. Primitive Datentypen kann ich dann einfach in meinem Statement durch Vergleichsoperationen wie >, ==, ... miteinander vergleichen. Will ich nun aber einen String verwenden, brauche ich die .equals() Funktion, damit dies funktioniert und die String-Variable verhält sich nicht mehr wie ein primitiver Datentyp.

Kann mir hier jemand erklären, was es mit Strings auf sich hat und wo die nun einzuordnen sind?

 

[KonradN]

Ich denke, dass Du da noch ein paar Dinge durcheinander wirfst. Bei Methoden hast Du generell eine Übergabe per Wert. Das bedeutet, dass nur der Inhalt der Variable (Also der Wert bei einem Value Type und die Referenz bei einem Referenz Typ) kopiert wird.

Das heisst, bei einer Zuweisung ist immer nur der Parameter betroffen und nicht die original Variable. Bei dem Array Beispiel wäre das aber ein:

public static void someMethod(ArrayList<String> parameter) {
    parameter = new ArrayList<String>();
    // ...
}

Dieses Verhalten ist also unabhängig vom Typ des Parameters und nennt sich oft "Call by Value" und bedeutet, dass diese Zuweisung sozusagen nur eine Kopie betrifft.

Was Du aber auch noch etwas ansprichst, ist das, was man oft als mutable und immutable, also veränderlich und unveränderlich bezeichnet.

Werte eines Wertetyps sind unveränderlich. Eine 1 ist immer eine 1. Du kannst aus einer 1 nichts anderes machen. Alles, was Du machen kannst, ist ein neuen Wert zuweisen.
Du kannst aber auch entsprechende Klassen schreiben. Dann kannst Du diese nur einmalig initialisieren und dann gibt es keine Möglichkeit mehr, den Zustand zu ändern. Beispiele hierfür sind z.B. die Wrapper-Klassen (Integer, Double, ...) und auch String. Ebenso die Records, die vor nicht zu langer Zeit eingeführt wurden und eine spezielle Klasse darstellt, ist ebenso unveränderlich.

Wenn eine Klasse mutable ist (wie z.B. die ArrayList), dann kannst Du natürlich eine Referenz beim Aufruf der Methode kopieren (Call by Copy) und dann über die Referenz die Instanz verändern.

Bildlich kann man dies evtl. so darstellen:

Methodenaufruf: Das ist wie ein Anruf. Da kann jemand Dir vorlesen, was auf Zetteln steht (Parameter). Das schreibst Du dann das, was Dir gesagt wird, auf Zettel bei Dir. Damit hast dann Kopien der Zettel (=> Call by Value)

Zuweisung: Du kannst dann natürlich auf Deinen Zetteln das aufgeschriebene streichen und dann etwas Neues auf den Zettel schreiben. Dadurch ändert sich aber nicht der original Zettel beim Anrufer.

Referenzen: Du hast da dann halt Adressen. Und du kannst zu der Adresse fahren und etwas machen. Wenn da ein Haus ist, dann kannst Du damit was machen. Du streichst das Haus z.B. an. Jeder, der die Adresse hat, kann also jetzt zum Haus fahren und sehen: Das Haus ist neu angestrichen.

Immutable: Jetzt gibt es aber auch Adressen, die führen zu Objekten, die kannst Du nicht verändern. Du kannst mit dem Objekt nichts machen, also auch nicht das Objekt wegnehmen und mit etwas anderem ersetzen oder so.

Hat das etwas beim Verständnis geholfen und die Problematik etwas aufgeklärt?

Edit: unmutable -> immutable (Danke für den Hinweis @httpdigest)

 

[httpdigest]

Kurze Anmerkung: Du meinst "immutable" statt "'unmutable'". 😊

 

[KonradN]

Kurze Anmerkung: Du meinst "immutable" statt "'unmutable'". 😊

Oh ja, natürlich. Danke für den Hinweis!

 

[robinkognito]

Hat das etwas beim Verständnis geholfen und die Problematik etwas aufgeklärt?

Hey, erst mal vielen Dank für deine umfangreiche Antwort. Das hat nochmal einiges für mich sortiert.

Eins verstehe ich jedoch noch nicht:
Wenn ich die "Adresse" eines Strings, der mich zum Objekt führt, als Parameter an eine Methode übergebe, wird diese kopiert. Nun habe ich eine Kopie der Adresse und meine Methoden-Variable sollte mich auch zu dem Objekt führen, zu dem mich die andere String Variable führt. An dem Wert des Objekts kann ich innerhalb der Methode aber nichts verändern, weil dieses immutable ist - soweit korrekt?

Nun verhält sich das Objekt aber nicht, wie ich hier probiert habe zu schlussfolgern, sondern doch ganz anders.

Im Bild mal als Beispiel, was ich meine:

Die Variable String test enthält die Adresse, die mich zu dem Objekt mit dem Wert "dasisteintest" führt.
Benutze ich test nun als Parameter für eine Methode, wird die Adresse von test in die Methoden-Variable String hey kopiert.

Nun sollte die Variable hey eine Kopie der Adresse enthalten, mich somit zu dem Objekt mit dem Wert "dasisteintest" führen.
Da Strings immutable sind(?), sollte ich dann an dieser Stelle nichts am Wert des Objekts "dasisteintest" verändern können.
Probiere ich das aber, stelle ich fest, dass ich einerseits den Wert des Objekts doch verändern kann und andererseits der Wert des Strings test erhalten bleibt, ich somit 2 verschiedene Strings habe.

Es muss also ein weiteres Objekt angelegt worden sein und darüber hinaus auch eine neue Referenz, da mich die Variable hey nicht zu einem zweiten Objekt führen könnte, wenn sie eine Kopie der Referenz aus test wäre.
Wird hier also automatisch von Java beides neu angelegt und der Wert des ersten Objekts in das neue Objekt kopiert?

 

[mihe7]

Die Variablen bzw. Parameter befinden sich an unterschiedlichen Adressen im Speicher. Sagen wir mal test steht an Adresse 1000 und hey an 2000.

Jetzt gehen wir das mal durch:

1. Es wird ein String-Objekt angelegt für "dasisteintest", sagen wir mal an Adresse 3000.
2. Die Adresse des String-Objekts wird in Variable test gespeichert, d. h. im Speicher findet sich an Adresse 1000 der Wert 3000.
3. Es wird die Methode methode aufgerufen, dabei wird der Wert der Variablen test in den Parameter hey kopiert, d. h. im Speicher wird der an Adresse 1000 abgelegte Wert (3000) nach Adresse 2000 (Adresse des Parameters hey) kopiert.
4. In der Methode methode wird ein neues String-Objekt "neu" angelegt, sagen wir an Adresse 4000.
5. Die Adresse des String-Objekts wird der Varaiblen hey zugewiesen, d. h. im Speicher wird an Adresse 2000 (Adresse des Parameters hey) der Wert 4000 gespeichert.

Auch, wenn das stark vereinfacht und nicht korrekt wiedergegeben ist (tatsächlich läuft das über einen Stack), hoffe ich mal, dass die Sache nun klarer geworden ist.

 

[robinkognito]

Die Variablen bzw. Parameter befinden sich an unterschiedlichen Adressen im Speicher. Sagen wir mal test steht an Adresse 1000 und hey an 2000.

Jetzt gehen wir das mal durch:

1. Es wird ein String-Objekt angelegt für "dasisteintest", sagen wir mal an Adresse 3000.
2. Die Adresse des String-Objekts wird in Variable test gespeichert, d. h. im Speicher findet sich an Adresse 1000 der Wert 3000.
3. Es wird die Methode methode aufgerufen, dabei wird der Wert der Variablen test in den Parameter hey kopiert, d. h. im Speicher wird der an Adresse 1000 abgelegte Wert (3000) nach Adresse 2000 (Adresse des Parameters hey) kopiert.
4. In der Methode methode wird ein neues String-Objekt "neu" angelegt, sagen wir an Adresse 4000.
5. Die Adresse des String-Objekts wird der Varaiblen hey zugewiesen, d. h. im Speicher wird an Adresse 2000 (Adresse des Parameters hey) der Wert 4000 gespeichert.

Auch, wenn das stark vereinfacht und nicht korrekt wiedergegeben ist (tatsächlich läuft das über einen Stack), hoffe ich mal, dass die Sache nun klarer geworden ist.

Ist es, vielen Dank!

 

[KonradN]

Das ist soweit alles korrekt wieder gegeben.

Ich versuche einmal, Deinen Code etwas bildlich darzustellen.

In Deinem Code hast Du zwei sogenannte String Literale - die müssen also auch im Programm drin sein. Du hast also innerhalb Deines Code auf den Speicherplätzen S1 und S2 die beiden Strings:

S1: "dasisteintest"
S2: "neu"

Im Laufe Deines Programmes hast Du dann die Variable test. Diese bekommt jetzt eine Referenz auf einen Speicherplatz - und zwar den von S1. Du hast also:
test := REF(S1).

Dann wird die Methode aufgerufen. Daher wird der Inhalt der Variable test (Das "REF(S1)") kopiert und Du hast:
hey := REF(S1)

Die Variable kannst Du aber anpassen - das machst du in der Methode. hey wird nun eine Referenz auf S2 zugewiesen. Daher hast Du dann
hey := REF(S2)

Das ändert dann - so wie Du siehst - nicht den Inhalt von test - das hat weiterhin REF(S1).

String ist immutable. Das bedeutet, dass Du den Text "dasisteintest" in S1 nicht ändern kannst. Du kannst also nicht sagen: Das erste "d" soll ein "w" werden ("wasisteintest"). Das geht zumindest mit Java Mitteln nicht.

Machen wir ein Beispiel mit einer anderen Klasse:

public class Test {
    public int value;
}

Jetzt kannst Du auf einer Speicherstelle S3 eine Instanz von Test haben. Also z.B. etwas wie:
S3: Test(value=1);

Nun kannst Du auch eine Variable haben mit einer Referenz:
var := REF(S3)
und dies kannst Du als Parameter param übergeben. Dann hast Du:
param := REF(S3)

Nun kannst Du in der Methode param nutzen um value der Instanz Test auf 2 zu setzen. Damit hast Du an Speicherstelle S3:
S3: Test(value=2)

Die Variable var ist aber unverändert immer noch REF(S3). Aber das, was am Speicherplatz S3 gespeichert ist, hat sich geändert.

Hat diese bildliche Darstellung noch etwas weiter geholfen?