Grundlagen Programmierung

Grundlagen
Programmierung
Prof. Dr. Stephan Kleuker
Hochschule Osnabrück
Grundlagen Programmierung
Stephan Kleuker
1
Ich
• Prof. Dr. Stephan Kleuker, geboren 1967, verheiratet, 2
Kinder
• seit 1.9.09 an der HS, Professur für Software-Entwicklung
• vorher 4 Jahre FH Wiesbaden
• davor 3 Jahre an der privaten FH Nordakademie in Elmshorn
• davor 4 ½ Jahre tätig als Systemanalytiker und
Systemberater in Wilhelmshaven
• [email protected], Raum SI 0109
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2
Verhaltenscodex
•
•
•
•
Rechner sind zu Beginn der Veranstaltung aus
Handys sind aus
Wir sind pünktlich
Es redet nur eine Person zur Zeit
• Sie haben die Folien zur Kommentierung in der Vorlesung
vorliegen, zwei Tage vor VL abends mit Aufgaben im Netz,
Aufgabenzettel liegen in der Übung vor (Ihre Aufgabe)
http://www.edvsz.hs-osnabrueck.de/skleuker/index.html
• Probleme sofort melden
• Wer aussteigt, teilt mit, warum
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Studium (meine Sicht) (1/2)
• Sie haben ersten wichtigen Schritt geschafft, sich für ein
praxisnahes, qualitativ hochwertiges Studium entschieden
• Sie haben sich für einen recht schweren, sehr interessanten,
sehr abwechslungsreichen und prägenden Bildungsweg
entschieden
• Studium an der Hochschule: Konzepte, Vorgehensweisen,
weniger Visionen, mehr Zusammenhang zur Praxis
• Versuchen, frühzeitig mit der Praxis in Kontakt zu kommen
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Studium (meine Sicht) (2/2)
• Die nächsten drei+x Jahre werden prägend sein, nicht so wie
die vorherigen Jahre, aber mehr als alle folgenden
• Sie werden viele Hochs und einige Tiefs erleben
• Lernen Sie, in Gruppen zu arbeiten
• Machen Sie sich nichts vor, seien aber nicht zu selbstkritisch
• Menschen verändern sich
• Versuchen sie, Ratschläge anzunehmen und zu suchen
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Ablauf
• 4h Vorlesung + 4h Praktikum = 10 CP d. h. etwa 300
Arbeitsstunden
• Praktikum :
– Anwesenheit = (Übungsblatt vorliegen + Lösungsversuche
zum vorherigen Aufgabenblatt)
– Übungsblätter mit Punkten (Σ ≥ 200), individuell
bearbeitet (im Team diskutieren; jeder arbeitet selbst aus)
– Praktikumsteil mit 160 oder mehr Punkten bestanden
• Prüfung: Klausur recht kurz nach der Vorlesungszeit
• Folienveranstaltungen sind schnell, bremsen Sie mit Fragen
• von Studierenden wird hoher Anteil an Eigenarbeit erwartet
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Einschub : Leistungspunkte (1/2)
• Veranstaltung hat 10 Leistungspunkte (auch 10 Credit-Points
(CP) oder 10 ECTS-Punkte genannt)
• ECTS soll Vergleichbarkeit von Leistungen in Europa
ermöglichen; einfachere Anrechnung von Veranstaltungen
• deutsche Kultusministerkonferenz (KMK) hat folgende
Vorgaben für Arbeitsbelastung von Studierenden gemacht:
"In der Regel werden pro Studienjahr 60 Leistungspunkte
vergeben, d. h. 30 pro Semester. Dabei wird für einen
Leistungspunkt eine Arbeitsbelastung der Studierenden im
Präsenz- und Selbststudium von 25 bis max. 30 Stunden
angenommen, so dass die Arbeitsbelastung im
Vollzeitstudium pro Semester in der Vorlesungs- und
vorlesungsfreien Zeit insgesamt 750 bis 900 Stunden beträgt"
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Einschub : Leistungspunkte (2/2)
• Grundlagen Programmierung hat 10 CP, d. h. ungefähr 300
Arbeitsstunden für qualifizierten Studierenden
• abhängig von Fähigkeit können 10 CP dann 150 Stunden
oder beliebig viele Stunden bedeuten
• guter Ansatz:
– 14 Wochen Kernvorlesungszeit, jede Woche 15 h = 210 h
– Klausurvorbereitung und Durchführung 40 h
– Nacharbeit, eigene Studien 50 h
• nicht gleichmäßig verteilt, erhöhter Aufwand bis zu den
Klausuren, dann etwas weniger (aber Hausarbeiten
beachten)
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Vorlesung
• Interaktiver Unterricht
• vorbereite Folien und Beispielvorführungen am Rechner
• Sie können, sollen und müssen Fragen stellen und Fragen
beantworten
• Vorlesungsteilnahme ist freiwillig; hilft auch, Lernen zu
strukturieren
• falls man nicht zur Vorlesung kommt:
– unbedingt Folien nacharbeiten und Fragen im Praktikum
oder am Anfang der nächsten Vorlesung stellen
– Folien reichen nicht! Vertiefende Literatur parallel lesen
(soll das ersetzen, was Dozent zu den Folien erzählt)
• in Praktika wird Kenntnis der Vorlesungsstoffs erwartet
(natürlich sind konkrete Nachfragen erlaubt/ gewünscht!)
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Praktikum
• vorgegebene Aufgaben in einem vorgegebenen Zeitraum
bearbeiten
• Aufgaben bereiten Vorlesungsstoff nach, vertiefen ihn,
ergänzen ihn und fordern selbstständige Einarbeitung
• im Praktikum werden neue Aufgaben vorgestellt
• im Praktikum werden Lösungen der Aufgaben
abgenommen (oder Verbesserungen gefordert)
• im Praktikum sind immer zwei betreuende Personen
anwesend, die man befragen kann
• im Praktikum herrscht Anwesenheits- und Aktivitätspflicht
(Bearbeitung der Aufgaben, daddeln im Netz ist keine
Anwesenheit)
• Gesamtaufwand für Praktikumsaufgaben für
durchschnittlich guten Studierende: 8+x h pro Woche !!
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Praktikumsorganisation
• Anmeldung über Stud.IP für Vorlesung und die Praktika (nur
Vorlesungsordner relevant)
• Stud.IP ist Hauptquelle, Infos auch
unter:
http://home.edvsz.hsosnabrueck.de/skleuker/SS12_GP/index.html
• Aufgabenblätter online bis Freitag
KW x
• Vorstellung und betreute
Bearbeitung in KW x+1
• Abnahme im ersten Praktikum KW
x+2 (zweites Praktikum für
restliche Abnahmen und
geforderte Nacharbeiten)
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Hardware / Software
Software
• Java SE in der Version 6
(http://www.oracle.com/technetwork/java/javase/downloa
ds/jdk-6u27-download-440405.html)
• Entwicklungsumgebung BlueJ 3.0.7
(http://www.bluej.org/download/download.html)
• Programm für Screenshots, z. B. FastStone Capture 5.3
Hardware
• im EDVSZ stehen Rechner zur Verfügung, im Praktikum
"virtuelle Rechner", großer Vorteil; Rechner immer mit
Internet-Verbindung nutzbar (https://sgd-02.edvsz.hsosnabrueck.de/)
• es dürfen eigene Rechner genutzt werden
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Klausur
• ausgewählte vergleichbare Aufgaben in Praktika behandelt
• Orientierung an Beispielklausur möglich
• selbständiges Erklären von Fachbegriffen
• was passiert in gegebenen Programmfragmenten
• programmieren auf dem Papier
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Voraussetzungen
• außer Hochschulreife, keine
beinhaltet
• Fähigkeit, selbständig den Lernprozess zu organisieren
• Fähigkeit zur Gruppenarbeit
• Fähigkeit, Zeiten von konzentrierten Arbeiten und freier
Zeitgestaltung zu trennen und zu koordinieren
• Fähigkeit zur kritischen Selbstreflexion zum erreichten
Lernstand
• Kopieren ist nicht Kapieren
• Vorlesungen und Praktika als Lernunterstützung zu sehen
(Sie sind für Lernerfolg allein verantwortlich)
• Umgang mit Windows-PC
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Ziele
• Konzepte der objektorientierten Programmierung verstehen
und selbstständig nutzen
• Eigenständig einfache OO-Programme entwickeln, Fehler
beseitigen und längerfristig wartbar machen
• Erlernen eines systematischen inkrementellen Prozesses zur
Entwicklung größerer Programme
• Erlernen und Anwenden der Fachbegriffe rund um die
Programmierung
• Verständnis für die grundsätzlichen Schritte vom
Programmcode zur Ausführung auf dem Rechner
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Literatur
• Vorlesung orientiert sich nicht genau an einem Buch
sicherlich sehr hilfreich:
• David J. Barnes , Michael Kölling, Java lernen mit BlueJ: Eine
Einführung in die objektorientierte Programmierung, 4.
Auflage, Pearson Studium, 2009
ab Mitte des Semesters hilfreich:
• Cornelia Heinisch, Frank Müller-Hofmann, Joachim Goll, Java als erste
Programmiersprache, 6. Auflage, Vieweg+Teubner, 2011
• Sven Eric Panitz, Java will nur spielen, 2. Auflage, Vieweg+Teubner, 2011
• Christian Ullenboom, Java ist auch eine Insel, 9. Auflage, Galileo
Computing, 2011 (auch: http://openbook.galileocomputing.de/javainsel/)
• Guido Krüger, Thomas Stark, Handbuch der Java-Programmierung, 6.
Auflage, Addison-Wesley, 2009 (5. Auflage auch unter
http://www.javabuch.de/download.html)
• Dietmar Abts, Grundkurs JAVA: Von den Grundlagen bis zu Datenbank
und Netzanwendungen, Vieweg+Teubner, 2010
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Objects First
• Die Vorlesung folgt dem Ansatz, dass man Klassen und
Objekte als Basis der objektorientierten Programmierung
zuerst lernen sollte
• Viele veraltete Ansätze erklären erst Ablaufstrukturen (; if
while for) und dann Objekte
• Mit beiden Ansätzen kann man Programmieren lernen, aber
– mit dem zweiten Ansatz lernen es weniger auf Anhieb
– die, die es mit dem zweiten Ansatz lernen, werden
häufiger zu schlechten objektorientierten Entwicklern
• Aber auch neue Bücher nutzen den Ansatz nicht
– Es hat auch gedauert bis sich "Die Erde ist rund"
durchgesetzt hat; ohne den Ansatz macht die meiste
Astronomie wenig Sinn
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Programmiersprache
• Programmiersprache ist Hilfsmittel beim programmieren
lernen
• hier kein Java-Kurs, sondern Programmierkurs mit Java
• keine auch nur annähernd vollständige Einführung in Java
(für Expertise wichtige Programmkonstrukte fehlen)
• Konzept:
– erstes Semester grundlegende Ideen
– zweites Semester, weitere Ideen mit neuen
Programmiersprachen (C und C++)
• Ziel: ab Ende des zweiten Semesters grundsätzlich in der
Lage sich in fehlende Sprachkonstrukte und andere ähnlich
strukturierte Programmiersprachen einzuarbeiten (5. + 6.
Semester: Projekte und Bachelor-Arbeiten auch in C#)
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Hintergrund von Programmiersprachen (Ausschnitt)
Sprache
Fortran
Cobol
Smalltalk
C
seit
basiert auf
1954
1959
1972 Simula
1972 Algol
Anwendungsgebiet
math. Berechnungen
Banken, Versicherungen
Einführung Objektorientierung
Betriebssysteme, HW-nahe
Programmierung
Objective C 1981 C, Smalltalk jetzt: Apple-Apps
C++
1983 C
C mit OO, Graphik,
Bildverarbeitung, …
PHP
1995 C, Pascal,
einfache kleine Webgehacke
Applikationen
Java
1995 Smalltalk,
große sklalierbare WebC++
Applikationen (ERP),
Standardprogramme
C#
2001 Java, C
Java von Microsoft
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http://www.tiobe.com/index.php/content/paperinfo/tpci/index.html
Position
Feb 2012
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Position
Feb 2011
1
2
6
3
8
5
7
4
10
9
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Programming
Language
Java
C
C#
C++
Objective-C
PHP
(Visual) Basic
Python
Perl
JavaScript
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Ratings
Feb 2012
17.050%
16.523%
8.653%
7.853%
7.062%
5.641%
4.315%
3.148%
2.931%
2.465%
Delta
Feb 2011
-1.43%
+1.54%
+1.84%
-0.33%
+4.49%
-1.33%
-0.61%
-3.89%
+1.02%
-0.09%
20
Inhalt (Planung) (1/2)
Programmierung
Objekt
Klasse
Klassen in Java
Konstruktor
Objektmethoden
Debugger
Objektweitergabe
Alternative
equals
Strings
Schleife
switch
Schleife 2
Algorithmus
geschachtelte Schleifen
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Iterator
for
Unit Test
iterativ inkrementelle
Entwicklung
Vererbung
Überschreiben
dynamische Polymorphie
casten
abstrakte Klasse
Interface
Kommentare
Mehrfachvererbung
Klasse Object
Collection Framework
Array
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Inhalt (Planung) (2/2)
Exception
Klassenvariablen und Klassenmethoden
Start von Java-Programmen
Entwicklungsumgebungen
Pakete
Einige Realitätsbeichten
Programmieren ohne echte Klassen
Laden und Speichern
Aufzählungen
Frames, Knöpfe und Ereignisbehandlung
Layout, hierarchischer GUI-Aufbau
Rundflug über GUI-Bausteine
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Programmierung
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Worum geht es bei der Programmierung
• Menschen haben Maschinen erfunden, um sich das Leben
leichter zu machen und Geld zu verdienen
• Computer wurden entwickelt als flexible Maschinen, die
Rechenaufgaben lösen und andere Maschinen steuern
können
• Computer sind dumm, ihnen muss beigebracht werden, was
sie wann zu tun haben
• Dieses „was wann“ heißt Computer-Programm
• Computer-Programme müssen entwickelt werden, dies ist
ein Ziel dieser Veranstaltung
• Zentral für die Programmierung ist das Vorgehen zur
Entwicklung einer Lösung, eines Algorithmus
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Worum geht es in Programmen
• Es werden Informationen verwaltet, d. h. angelegt, gesucht
und gelesen, verändert und gelöscht
• Es werden neue Ergebnisse berechnet, indem vorhandene
Informationen genutzt werden
• Beispiel: Studierende in einer Studierendenverwaltung,
Prognose der Studienbeiträge der nächsten Semester
• Informationen müssen in das System, z. B. Studierende in den
Rechner
• gesucht ist ein Modell der Realität, so dass gewünschte
Berechnungen möglich werden
• man kann relevante Daten des Studierenden-Modells
festlegen (Vorname, Nachname, Geburtstag, Studiengang, …)
• man kann Hilfsdaten einführen: Matrikelnummer
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Wie finde ich die Programmieraufgabe
Anforderungsanalyse
• systematische Analyse der Kundenherausforderungen
• Strukturierung der gewünschten Funktionalität in
Hauptaufgaben
• Klärung der relevanten Informationen zur Modellierung
• Klärung vieler Randbedingungen
• genauer: siehe Vorlesung Objektorientierte Analyse und
Design
• für diese Veranstaltung werden die Aufgabenstellungen als
klar gegeben angenommen (große Vereinfachung)
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Wie fange ich die Programmierung an
• zunächst klären, ob Aufgabenstellung verstanden
• dann Entwicklungsplanung; typisch inkrementell
– Aufteilung in Teilaufgaben
– Für jede Teilaufgabe das erwünschte typische Verhalten
realisieren (z. B. Daten eines neuen Studierenden
eintragen und speichern)
– Über alle möglichen Alternativen beim Verhalten
nachdenken und diese schrittweise einbauen (z. B.
Abbruch der Dateneintragung, Fehler beim Speichern)
• Grundlage ist dabei ein Modell der gewünschten Daten, die
für die Teilaufgabe benötigt werden
• Bei Datenmodellen spricht man oft von Objekten
(Individuen mit konkreten Eigenschaften)
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Objekt
Grundlagen Programmierung
Stephan Kleuker
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Was heißt Objektorientierung
• in Programmen werden Daten verarbeitet und neue
berechnet
• Daten gehören zu Objekten
• Objekte sind damit eine Grundstruktur von Programmen
Objekt:
• eindeutig einzeln identifizierbar
• besitzt konkrete Eigenschaften, die es charakterisieren
• !!! Objekte können die gleichen Eigenschaften haben und
trotzdem unterschiedlich sein (dasselbe oder das Gleiche,
Sie besuchen dieselbe Veranstaltung, Sie sitzen auf gleichen
Stühlen)
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Objekt in der realen Welt
• Ball: Farbe, Größe, Material
• Computer: Form, Prozessor, Graphikkarte, Festplatte,
Hersteller, Seriennummer
• Mensch: Name, Geburtsort, Geburtsdatum, Wohnort,
Personalausweisnummer
• Konto: Inhabername, Inhaberwohnort, Betrag, Kontoart,
Bankleitzahl, Kontonummer
• Informatik nutzt Modelle der realen Welt; ein InformatikObjekt beinhaltet für Aufgabenstellung relevante Daten
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Objekt Adresse
• jedes Haus hat eine eindeutige Adresse
Eigenschaften:
zwei Beispielobjekte:
• Straße
Barbarastr.
• Hausnummer
16
• Postleitzahl
49076
• Stadt
Osnabrück
• Bundesland
Niedersachsen
Barbarastr.
16
79106
Freiburg
Baden-Württemberg
• es kann optionale Eigenschaften geben, bzw. Eigenschaften,
die nur im bestimmten Kontext interessieren
• (Stockwerk)
• (Grundstücksgröße)
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Objekt Datum
•
•
•
•
•
Identifiziert einen eindeutigen Tag
Eigenschaften:
zwei Beispielobjekte:
Tag
31
29
Monat
12
2
Jahr
1999
2100
• Man spürt den Wunsch, die Gültigkeit von Objekten zu
prüfen (-> später)
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Objekt Person
• jede(r) ein Individuum
Eigenschaften:
zwei Beispielobjekte:
• Vorname
Stephan
• Nachname
Dr. Kleuker
• Geburtsort
Wilhelmshaven
• Geburtsland
Deutschland
• Adresse
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Eva
Mustermann
Wladiwostok
Russland
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Objekt Student
• jede(r) ein Individuum
Eigenschaften:
zwei Beispielobjekte:
• Vorname
Stephan
• Nachname
Kleuker
• Geburtsort
Wilhelmshaven
• Geburtsland
Deutschland
• Adresse
…
• eingeschrieben am 14.9.1986
• Studiengang
Informatik
• Matrikelnummer 368849
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Stephan Kleuker
Eva
Mustermann
Wladiwostok
Russland
…
29.7.2011
Informatik
424142
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Objekt Praktikum
• individuell durch seine Eigenschaften
Eigenschaften:
Beispielobjekt:
• Modul
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• Semester
Sommersemester 2012
• Veranstalter
Stephan Kleuker
• Mitarbeiter
Stefan Altevogt
• Termine
[Mo 6:30-8:00, Fr 18:30-20:00]
• Teilnehmer
[Eva Mustermann (424142), Kevin Meier
(424345), Jaqueline Schmidt (422323)]
• man erkennt, dass Eigenschaften mehrwertig sein können
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Erkenntnisse über Objekte
• können große Anzahl von Eigenschaften haben
• relevante Eigenschaften hängen vom Anwendungsbereich
ab (Erkennung durch Haarfarbe für Studierende irrelevant)
• Eigenschaften können optional sein
• Eigenschaften können wieder selbst Objekte sein
• kann unterschiedliche Objektarten mit vielen
Gemeinsamkeiten geben
• Eigenschaft kann eine Sammlung von Werten sein, die leer
sein kann
Person
Student
Praktikum
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Adresse
Stephan Kleuker
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