Einf¨uhrung in das Programmieren Inhalt Inhalt

Inhalt
Was ist Java?
Linux und KDE in den Terminalräumen
Technische Universität Braunschweig
Institut für Wissenschaftliches Rechnen
Erste Schritte mit Java
”Turtle” - Programme mit den EIP classes
Fortgeschrittene Sprachkonzepte
Einführung in das Programmieren
– Primitive Datentypen
– Arithmetische Operatoren
– Die for - Schleife
– Prozeduren
– Funktionen
Braunschweig, den 26. Oktober 2003
Einführung in das Programmieren
Inhalt
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– Weitere Schleifen
– Relationale Operatoren
– Logische Operatoren
– Bedingungen
Dieser Workshop wird begleitend zum Praktikum
”Einführung in das Programmieren” angeboten.
– Felder
Ziel soll es sein, anfängliche Probleme und Schwierigkeiten beim
Einstieg in die Programmierung zu überwinden.
Endliche Automaten
Referenztypen
Darüber hinaus werden die Informationen, die auf den
Aufgabenblättern gegeben werden, erläutert und der
Verständnishindergrund geschaffen, um die Programmieraufgaben
zu bewältigen.
Objektorientierung
Applets
Dokumentation
Einführung in das Programmieren
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Einführung in das Programmieren
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Was ist Java?
Java ist eine in den frühen 90ern entstandene Programmiersprache
der Firma Sun.
Dieses Skript wurde von Christian Berger für das Institut für
Wissenschaftliches Rechnen im Jahre 2003 verfasst. Es basiert auf
folgender Literatur: [Krü03], [CU03], [DWS02], [NM97] und [SM03].
Einführung in das Programmieren
Der offiziellen Beschreibung nach ist Java eine einfache,
objektorientierte, verteilte, interpretierte, robuste, sichere,
architekturneutrale, portable, performante, nebenläufige und
dynamische Programmiersprache.
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Einführung in das Programmieren
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Was ist Java?
Praktisch bedeutet es, dass man Programme in Java schreiben
kann, die auf Handies laufen, aber auch Programme, die
sinnvollerweise nur auf Hochleistungsrechnern ausgeführt werden
sollten.
Was ist Java?
Häufig trifft man Java-Programme in Form von Applets, die bewegten
Inhalt darstellen oder der Benutzerkommunikation (z.B. in Form von
Online Banking) dienen.
Einführung in das Programmieren
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Einführung in das Programmieren
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Was ist Java?
Was ist Java?
Das Erstellen eines Java - Programmes gliedert sich grob in drei
wesentliche Schritte:
Die folgende Liste enthält die für jeden Schritt wichtigen Programme:
Quelltext schreiben
Schritt
Zu verwendendes Programm
1. Quelltext erstellen
Jeder beliebige Editor, z.B. nedit
2. Bytecode erzeugen
javac Quelltext.java
3. Bytecode interpretieren lassen
java Quelltext
Quelltext in Bytecode übersetzen
Bytecode interpretieren lassen
Einführung in das Programmieren
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Einführung in das Programmieren
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Was ist Java?
Dabei ist der Quelltext die ”Handlungsanweisung”, die
”Schritt-für-Schritt” beschreibt, was der Computer genau erledigen
soll.
Linux und KDE in den Terminalräumen
Der Bytecode ist ein sogenannter ”Zwischencode”. Der vom
Menschen lesbare Quelltext wird in eine plattformneutrale Sprache
übersetzt, die später vom Interpreter gelesen wird.
Der Interpreter ist letztlich das Programm, das den Zwischencode in
wirkliche Maschinenbefehle umsetzt.
Einführung in das Programmieren
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Einführung in das Programmieren
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Linux und KDE in den Terminalräumen
Linux und KDE in den Terminalräumen
Im selben Anmeldungsfenster kann der Anwender zwischen
mehreren sog. Fenstermanagern wählen.
In den Terminalräumen läuft auf den meisten Rechnern als
Betriebssystem Linux.
Ein Fenstermanager dient der Verwaltung der auf einem
graphischen System dargestellten Fenster. Als Voreinstellung wird
KDE neben Gnome oder fvwm angeboten.
Linux bezeichnet dabei nur den Teil des Betriebssystems, der sich
um die Verwaltung und Verteilung von Ressourcen (wie z.B.
Speicher) kümmert. Dieser Teil heißt Kernel.
Für Umsteiger empfiehlt sich KDE, da es sich in der
Bedienungsführung stark an Windows orientiert und dadurch sehr
intuitiv zu bedienen ist.
Um mit einem Computer jedoch sinnvoll arbeiten zu können, werden
noch weitere Programme benötigt, beispielsweise eine
Textverarbeitung. Die Gesamtheit aus Kernel und
Anwendungsprogrammen wird Distribution genannt.
Einführung in das Programmieren
Wichtig ist, dass sich der Anwender nach abgeschlossener Arbeit
vom Terminal abmeldet, damit die Arbeitsstation für andere Benutzer
wieder freigegeben wird und kein Unfug mit der eigenen
Benutzerkennung angestellt wird.
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Linux und KDE in den Terminalräumen
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Linux und KDE in den Terminalräumen
Der Großteil der Arbeit dieses Praktikums wird in einer sog. Shell
verrichtet. Sie ist vergleichbar mit der Eingabeaufforderung unter
Windows, jedoch um Längen mächtiger.
Linux unterscheidet sich in seiner Architektur grundlegend von dem
populären Betriebssystem Windows.
In einer Shell kann der Anwender direkt Befehle eintippen, die dann
ausgeführt werden. Beispielsweise kann der Editor gestartet werden:
Linux wurde bereits vom Design her auf ”Mehr-Benutzer-”
(multi-user ) und ”Mehr-Programm-” (multi-tasking) Betrieb
ausgelegt. Das wird sofort am Anmeldebildschirm (dem sog.
Login-Screen) sichtbar: Die Anmeldung erfolgt mit der sog.
y-Nummer.
$ nedit &
Das $-Zeichen ist der sog. Eingabeprompt. Die Shell signalisiert
damit die Bereitschaft, dass Befehle angenommen und verarbeitet
werden können.
Diese Nummer muss, wenn noch nicht geschehen, im
Rechenzentrum beantragt werden. Sie dient u.a. der Anmeldung und
für den eMail-Verkehr.
Einführung in das Programmieren
Einführung in das Programmieren
Das &-Zeichen dient dazu, dass der gestartete Editor von der
umgebenden Shell gelöst wird. Damit kann in derselben Shell sofort
der nächste Befehl eingegeben werden, ohne dass auf die
Beendigung vom Editor nedit gewartet werden muss.
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Linux und KDE in den Terminalräumen
Linux und KDE in den Terminalräumen
$ cd ABC
Dieses Kommando wechselt in das Verzeichnis ABC.
Die Shell arbeitet case sensitive. Damit sind
$ nedit &
$ cd
und
Dieses Kommando wechselt in das sog. Home-Directory des
angemeldeten Anwenders. Das Home-Directory ist das Verzeichnis,
in dem sich der Anwender unmittelbar nach dem Anmelden befindet.
$ NEdit &
zwei ganz unterschiedliche Befehle.
Tipp: Durch Drücken der TAB-Taste versucht die Shell, den
eingegebenen Befehl automatisch zu vervollständigen.
Einführung in das Programmieren
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Einführung in das Programmieren
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Linux und KDE in den Terminalräumen
Es folgen ein paar Befehle, um im ”Verzeichnisbaum” zu navigieren
und die Shell kennen zu lernen. Weitere Befehle nebst Erläuterung
befinden sich auf Aufgabenblatt 1.
$ pwd
Erste Schritte mit Java
Dieses Kommando zeigt das momentane Arbeitsverzeichnis an.
$ ls
Dieses Kommando listet den Inhalt des aktuellen Verzeichnisses auf.
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Einführung in das Programmieren
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Erste Schritte mit Java
Erste Schritte mit Java
Im folgenden soll ein Programm geschrieben werden, das einen
beliebigen Text auf dem Bildschirm ausgeben soll:
Jeder Quelltext in Java besteht wenigstens aus folgendem Block:
1
1
2
3
4
5
6
7
public class TextAusgabe
{
public static void main(String argv[])
{
System.out.println("Textausgabe");
}
}
2
3
4
1
2
public gehört zu den sog. Sichtbarkeitsoperatoren. Diese Operatoren
sind unabdingbar für objektorientierte Programmierung.
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Einführung in das Programmieren
Erste Schritte mit Java
Erste Schritte mit Java
Jeder Quelltext in Java besteht wenigstens aus folgendem Block:
Jeder Quelltext in Java besteht wenigstens aus folgendem Block:
public class QuelltextName
{
1
2
3
4
}
class unterstreicht den objektorientierten Charakter von Java. Die
meisten Quelltexte in Java sind Klassen. Auf die Objektorientierung
wird später noch genauer eingegangen.
Dieser Quelltext ist in einer Datei namens TextAusgabe.java zu
speichern. Wichtig: Java ist ebenfalls case sensitive!
Einführung in das Programmieren
public class QuelltextName
{
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public class QuelltextName
{
3
}
4
Dabei sind public und class sog. Schlüsselwörter. Schlüsselwörter
dürfen nicht als Klassen-, Variablen- oder Funktionsnamen
verwendet werden!
Einführung in das Programmieren
}
Die geschweiften Klammern eröffnen und schließen einen
Programmblock. Somit bedingt jede öffnende geschweifte Klammer
auch eine schließende!
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Einführung in das Programmieren
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1
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3
4
Erste Schritte mit Java
Erste Schritte mit Java
Jeder auszuführende Quelltext in Java besitzt darüber hinaus noch
wenigstens folgenden Block:
Die main - Funktion:
1
2
public class QuelltextName
{
public static void main(String argv[])
{
3
4
7
}
}
Einführung in das Programmieren
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Erste Schritte mit Java
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4
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Erste Schritte mit Java
Jeder auszuführende Quelltext in Java besitzt darüber hinaus noch
wenigstens folgenden Block:
1
}
main ist der Name der Funktion. Nach der Java - Spezifikation muss
die Einstiegsfunktion diesen Namen tragen. Andere Funktionen, die
der Programmierer selbst definiert, können frei wählbare Namen
besitzen.
5
6
public static void main(String argv[])
{
Die main - Funktion:
public class QuelltextName
{
public static void main(String argv[])
{
1
2
public static void main(String argv[])
{
3
4
}
5
}
6
7
public gehört wie bereits bei der Klasse zum objektorientierten
Charakter von Java. Die main - Funktion muss immer die
Sichtbarkeit public besitzen, sonst kann der entsprechende Quelltext
nicht ausgeführt werden!
}
main lautet die Funktion, die vom Java - Interpreter als allererste
Funktion aufgerufen wird. Dort ”steigt” der Java - Interpreter in den
Quelltext ein.
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Einführung in das Programmieren
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Erste Schritte mit Java
Erste Schritte mit Java
Die main - Funktion:
Die main - Funktion:
1
2
1
public static void main(String argv[])
{
2
public static void main(String argv[])
{
3
3
4
4
}
String ist ein Datentyp (genauer: Referenztyp). Ein Datentyp ist
vergleichbar mit einer Menge in der Mathematik: Er beschreibt eine
Menge von Elementen mit gleichen Eigenschaften. Beispielsweise
beschreibt die Menge der natürlichen Zahlen und ein Element
daraus.
static ist ebenfalls ein Auszeichnungsmerkmal der
Objektorientierung. Die main - Funktion muss immer das
Schlüsselwort static besitzen, sonst kann der entsprechende
Quelltext nicht ausgeführt werden!
Einführung in das Programmieren
}
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Erste Schritte mit Java
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Erste Schritte mit Java
Die main - Funktion:
Die main - Funktion:
1
2
1
2
public static void main(String argv[])
{
public static void main(String argv[])
{
3
4
}
3
4
}
argv ist der Name eines Elements aus der o.a. Menge. Über diesen
Namen wird das Element ”angesprochen”. Das bedeutet, über den
Namen argv erhält man den Wert. Um das Beispiel von oben
fortzusetzen: würde einer Zahl aus den natürlichen Zahlen
entsprechen.
String argv[ ] ist ein Argument. Auf Argumente werden in den
Kapiteln ”Prozeduren” und ”Funktionen” näher eingegangen.
Einführung in das Programmieren
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Einführung in das Programmieren
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Erste Schritte mit Java
Erste Schritte mit Java
Die main - Funktion:
1
Die main - Funktion:
2
1
2
public static void main(String argv[])
{
public static void main(String argv[])
{
3
4
}
3
4
Wie bereits oben beschrieben, bezeichnet main den
Funktionsnamen. In Java muss jede Funktion einen Rückgabewert
besitzen. Ein Rückgabewert ist wieder die Bezeichnung einer
Menge; beispielsweise kann String ein Rückgabewert sein. Wird
allerdings kein Rückgabewert benötigt, schreibt man einfach void.
Die main - Funktion muss immer den Rückgabewert void besitzen,
sonst kann der entsprechende Quelltext nicht ausgeführt werden!
}
Die Klammern [ ] hinter argv bedeuten, dass mehrere Elemente
vom Datentyp String definiert wurden. Auf die Verwendung von [ ]
wird im Kapitel ”Felder” noch näher eingegangen.
Einführung in das Programmieren
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Einführung in das Programmieren
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Erste Schritte mit Java
Erste Schritte mit Java
Wie oben bereits erläutert, ist String argv[ ] ein Argument. Es enthält
die vom Anwender an das Programm übergebenen Werte. Ruft der
Anwender das Programm beispielsweise wie folgt auf:
Die erste Anweisung:
System.out.println("Textausgabe");
1
$ java QuelltextName Parameter1 Parameter2
Wie bereits erläutert, besteht ein Quelltext aus
”Handlungsanweisungen”. Die kürzeste Anweisung lautet ; . Darüber
hinaus ist jede andere Anweisung (mit wenigen Ausnahmen) mit
einem Semikolon abzuschließen.
Dann enthält argv folgenden Wert:
{"Parameter1", "Parameter2"}. Auf die Verwendung von
Parametern und insbesondere von Feldern wird im Kapitel
”Fortgeschrittene Sprachkonzepte” eingegangen.
Einführung in das Programmieren
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Einführung in das Programmieren
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Erste Schritte mit Java
Die obige Anweisung gliedert sich in mehrere Teile.
System.out. ist wieder eine Ausprägung der Objektorientierung.
”Turtle” - Programme mit den EIP classes
println dagegen ist der Name einer Funktion, die zur Ausgabe von
Text auf der Konsole (genauer: STDOUT) dient.
"Textausgabe" ist der Parameter der Funktion println.
Einführung in das Programmieren
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Einführung in das Programmieren
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”Turtle” - Programme mit den EIP classes
Erste Schritte mit Java
Um aus dem Quelltext den benötigten Bytecode zu erzeugen, sind
folgende Kommandos in der Shell auszuführen:
$ javac TextAusgabe.java
Für die Durchführung dieses Praktikums werden die sog. EIP
classes zur Verfügung gestellt.
Nachdem der Bytecode nun in einer .class-Datei vorliegt, kann er
interpretiert werden:
Die EIP classes sind bereits kompilierter Bytecode, in dem eine
ganze Reihe von Funktionalitäten gesammelt wurden.
$ java TextAusgabe
Beispielsweise ist es mit den EIP classes möglich, eine gezeichnete
Schildkröte über den Bildschirm laufen zu lassen.
Letzlich erhält der Anwender folgende Ausgabe:
Textausgabe
Einführung in das Programmieren
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Einführung in das Programmieren
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1
”Turtle” - Programme mit den EIP classes
”Turtle” - Programme mit den EIP classes
Die EIP classes werden als .class-Dateien zur Verfügung gestellt.
Damit sie in einem eigenen Programm verwendet werden können,
muss im Quelltext auf das Paket eip verwiesen werden:
Damit das o.a. Programm durch den Java Compiler übersetzt
werden kann, muss der sog. CLASSPATH gesetzt werden.
Der CLASSPATH enthält alle Verzeichnisse, die nach
.class-Dateien während des Kompilier- und Interpretiervorgangs
durchsucht werden müssen.
import eip.*;
2
3
4
public class QuelltextName
{
Um das angegebene Programm zu übersetzen, muss wie folgt
vorgegangen werden:
5
6
}
$ javac -classpath
/afs/common/tu-bs.de/eipclasses TextAusgabe.java
Mittels import wird der Compiler angewiesen, das angegebene Paket
bei der Erzeugung des Bytecodes mit zu verwenden.
Einführung in das Programmieren
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”Turtle” - Programme mit den EIP classes
Durch das vorangegangene Kommando wurde eine weitere
.class-Datei erstellt. Sie liegt im sog. current working directory,
also dem Verzeichnis, in dem sich der Anwender momentan befindet.
import eip.*;
2
3
4
5
6
7
8
9
Um das Programm letztlich auszuführen, muss folgendes
Kommando verwendet werden:
public class QuelltextName
{
public static void main(String argv[])
{
Std.out.println("Textausgabe");
}
}
Einführung in das Programmieren
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”Turtle” - Programme mit den EIP classes
Das folgende Programm verwendet eine Funktion zur Textausgabe
aus dem Paket der EIP classes:
1
Einführung in das Programmieren
$ java -classpath
/afs/common/tu-bs.de/eipclasses:. TextAusgabe
Jetzt erhält man die bekannte Ausgabe:
Textausgabe
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Einführung in das Programmieren
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”Turtle” - Programme mit den EIP classes
”Turtle” - Programme mit den EIP classes
Damit dem Java Compiler nicht jedes Mal über den Parameter
-classpath mitgeteilt werden muss, wo sich die EIP classes und
das eigene Programm befinden, kann man auch eine sog.
Umgebungsvariable setzen.
1
import eip.*;
2
3
4
Eine Umgebungsvariable ist ein Parameter, der innerhalb der Shell
eingerichtet wird.
5
6
Wenn der Java Compiler auf eine Umgebungsvariable namens
$CLASSPATH trifft, werden alle dort enthaltenen Verzeichnisse
während des Kompilierens und Interpretierens automatisch
verwendet.
7
8
9
10
Gesetzt wird die Umgebungsvariable wie folgt:
11
public class TurtleSample
{
public static void main(String argv[])
{
TurtleScreen ts = new TurtleScreen();
Turtle turtle = new Turtle(ts);
turtle.fd(50);
}
}
$ export CLASSPATH=/afs/common/tu-bs.de/eipclasses:.
Einführung in das Programmieren
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Einführung in das Programmieren
”Turtle” - Programme mit den EIP classes
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”Turtle” - Programme mit den EIP classes
1
import eip.*;
2
3
4
Im folgenden soll ein ”Turtle” - Programm geschrieben werden, das
eine ”Schildkröte” anzeigt und um einen vordefinierten Weg nach
vorne bewegt.
5
6
7
public class TurtleSample
{
public static void main(String argv[])
{
...
Zu Beginn werden wieder die bekannten EIP classes eingebunden.
In den EIP classes werden u.a. Funktionalitäten zur Darstellung
einer ”Schildkröte” zur Verfügung gestellt.
Einführung in das Programmieren
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Einführung in das Programmieren
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”Turtle” - Programme mit den EIP classes
”Turtle” - Programme mit den EIP classes
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...
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Einführung in das Programmieren
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Einführung in das Programmieren
”Turtle” - Programme mit den EIP classes
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”Turtle” - Programme mit den EIP classes
...
public static void main(String argv[])
{
TurtleScreen ts = new TurtleScreen();
Turtle turtle = new Turtle(ts);
turtle.fd(50);
2
3
4
5
6
7
...
Das neue Element ts wird nun als Parameter an eine neue
Schildkröte weitergereicht. Damit wird in Zeile 5 der neuen
Schildkröte die zu verwendende ”Leinwand” bekannt gegeben. Auf
die genaue Verwendung des Schlüsselwortes new und die
”scheinbaren” Funktionen TurtleScreen() sowie Turtle(...)
wird im Kapitel Objektorientierung genauer eingegangen.
...
Die gesamte Funktion des kurzen Programmes ist in der
main-Funktion implementiert.
1
public static void main(String argv[])
{
TurtleScreen ts = new TurtleScreen();
Turtle turtle = new Turtle(ts);
3
public static void main(String argv[])
{
TurtleScreen ts = new TurtleScreen();
Turtle turtle = new Turtle(ts);
turtle.fd(50);
2
...
2
1
turtle.fd(50);
2
}
3
4
...
}
Die eigentliche Bewegung wird über die Anweisung turtle.fd(50);
erreicht. Dabei bedeutet die Angabe 50, dass sich die virtuelle
Schildkröte 50 Pixel auf dem Bildschirm Richtung Norden bewegen
soll. Die .-Notation ist wiederum ein Merkmal der Objektorientierung.
Zunächst wird vom Datentyp TurtleScreen ein neues Element mit
dem Namen ts erzeugt. Das Schlüsselwort new ist dabei wiederum
ein Merkmal der Objektorientierung; ebenso wie die scheinbare
Funktion TurtleScreen().
Einführung in das Programmieren
...
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Einführung in das Programmieren
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”Turtle” - Programme mit den EIP classes
Um das erste ”Turtle”-Programm zu übersetzen, ist der folgende
Befehl notwendig:
$ javac -classpath
/afs/common/tu-bs.de/eipclasses TurtleSample.java
Fortgeschrittene Programmierkonzepte
Um das Programm interpretieren zu lassen, wird wie folgt
vorgegangen:
$ java -classpath
/afs/common/tu-bs.de/eipclasses:. TurtleSample
Auf der folgenden Folie ist ein Bildschirmabzug des Programmes zu
sehen.
Einführung in das Programmieren
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”Turtle” - Programme mit den EIP classes
Einführung in das Programmieren
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Fortgeschrittene Programmierkonzepte
Die nächsten Kapitel geben eine grundlegende Einführung in die
fortgeschrittenen Programmierkonzepte von Java. Fortgeschrittene
Programmierkonzepte erhöhen einerseits die Lesbarkeit von
Programmen, andererseits dienen sie aber vielmehr der Schaffung
von komplexen Programmen, die zur Bearbeitung von
(komplizierten) Problemen dienen.
Bildschirmabzug des ersten ”Turtle” - Programmes.
Schwerpunktmässig werden Datentypen und Felder, Schleifen,
Prozeduren und Funktionen, Objektorientierung und Applets
erläutert.
Der Aufbau hält sich an die Erfordernisse der einzelnen
Hausaufgaben, so dass beispielsweise die for - Schleife zunächst
gesondert betrachtet wird, bis anschließend mit den weiteren
Schleifen die Wiederholungsstrukturen vervollständigt werden.
Einführung in das Programmieren
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Einführung in das Programmieren
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Fortgeschrittene Programmierkonzepte Primitive Datentypen
Im Unterschied zu anderen Programmiersprachen bietet Java bei
Primitiven Datentypen den Vorteil, dass sog. Definite Assignment
durchgeführt wird.
Definite Assignment bedeutet einfach nur, dass Variablen einen
definierten, gültigen Standardwert besitzen:
Fortgeschrittene Programmierkonzepte Primitive Datentypen
1
...
int zahl1 = 10;
int zahl2;
2
3
4
...
Der Variablen zahl1 wird der Wert 10 zugewiesen, wohingegen die
Variable zahl2 auf den Standardwert 0 gesetzt wird.
Einführung in das Programmieren
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Fortgeschrittene Programmierkonzepte Primitive Datentypen
Das vorangegangene Programmbeispiel illustriert bereits die
Verwendung von Datentypen.
Primitive Datentypen dienen allein dazu, einen konkreten Wert zu
enthalten.
Zwei Schritte sind notwendig, um einen Datentyp im Programm zu
verwenden. Zunächst muss eine Variable des gewünschten
Datentyps deklariert werden, bevor ihr anschließend ein Wert
zugewiesen werden kann.
Beispielsweise dient der Primitive Datentyp int dazu, ganze Zahlen
( ) zu speichern:
int zahl;
zahl = 24;
3
4
Namen (sog. Bezeichner) für Variablen, Funktionen usw. müssen mit
einem Unicode-Buchstaben beginnen (”A” bis ”Z”, ”a” bis ”z”, ” ” und
”$” ) und können anschließend weitere Buchstaben oder Ziffern
(keine Leerzeichen!) enthalten.
...
2
...
Einführung in das Programmieren
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Fortgeschrittene Programmierkonzepte Primitive Datentypen
In Java werden die Datentypen in Primitive Datentypen einerseits
und Referenztypen andererseits unterschieden.
1
Einführung in das Programmieren
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Einführung in das Programmieren
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Wertebereich
boolean
false
true, false
2
char
\u0000
alle Unicode - Zeichen
3
byte
0
short
0
...
int
0
...
long
0
float
0.0f
5
...
double zahl1 = 20.0;
int zahl2 = 30;
zahl1 = zahl2;
Die folgende Anweisung führt allerdings zu einem Fehler:
1
...
...
...
...
4
...
1
Standardwert
Damit ist folgender Programmcode möglich:
Primitiver Datentyp
Folgende Primitive Datentypen kennt Java:
Fortgeschrittene Programmierkonzepte Primitive Datentypen
Fortgeschrittene Programmierkonzepte Primitive Datentypen
zahl2 = zahl1;
0.0
...
double
2
Einführung in das Programmieren
3
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...
Einführung in das Programmieren
Fortgeschrittene Programmierkonzepte Primitive Datentypen
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Fortgeschrittene Programmierkonzepte Primitive Datentypen
Der Compiler quittiert den zweiten Programmcode beispielsweise
wie folgt:
Von der Mathematik ist folgender Zusammenhang bekannt:
1
2
3
Für die Primitiven Datentypen gilt ein äquivalenter Zusammenhang:
4
5
byte
short
int
long
float
double
6
7
8
Einführung in das Programmieren
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$ javac Zuweisung.java
Zuweisung.java:10: possible loss of precision
found
: double
required: int
zahl2 = zahl1;
ˆ
1 error
$
Einführung in das Programmieren
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Fortgeschrittene Programmierkonzepte Primitive Datentypen
Fortgeschrittene Programmierkonzepte Primitive Datentypen
String name3, name4;
name3 = new String("Meier");
name4 = new String("Meier");
System.out.println("Vergleich 2: " +
(name3 == name4));
7
8
Referenztypen enthalten, wie der Name bereits impliziert, eine
Referenz auf einen konkreten Datentyp. Eine Referenz ist technisch
betrachtet eine Speicheradresse, an der die konkreten Daten
gefunden werden können.
9
10
11
12
...
Dadurch ergibt sich schon der wichtigste Unterschied:
Wird das Programm übersetzt und ausgeführt, erhält der Anwender
die folgende Ausgabe:
Primitive Datentypen können miteinander verglichen werden,
wohingegen Referenztypen nur über spezielle Funktionen verglichen
werden können.
Einführung in das Programmieren
1
2
3
4
5
6
$ java Vergleich
Vergleich 1: true
Vergleich 2: false
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Einführung in das Programmieren
Fortgeschrittene Programmierkonzepte Primitive Datentypen
Fortgeschrittene Programmierkonzepte Primitive Datentypen
Eine Sonderrolle nimmt der Datentyp String ein. Technisch
betrachtet ist es ein Referenztyp, jedoch illustriert das folgende
Programmbeispiel die Problematik:
Wie bereits erläutert, ist String ein Referenztyp. Im ersten Teil des
Programmtextes wird von Java nicht wie erwartet zweimal die
Zeichenkette ”Meier” im Speicher abgelegt, um ressourcenschonend
zu arbeiten. Somit erhalten die Variablen name1 und name2
diesselbe Referenz und der erste Vergleich liefert true.
...
Im zweiten Teil wird explizit verlangt, dass die Zeichenkette ”Meier”
zweimal im Speicher abgelegt wird. Somit enthalten name3 und
name4 zwei unterschiedliche Referenzen und der Vergleich liefert
false.
String name1, name2;
name1 = "Meier";
name2 = "Meier";
System.out.println("Vergleich 1: " +
(name1 == name2));
Einführung in das Programmieren
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Im Kapitel Referenztypen wird näher auf den Vergleich von Werten
eines eingegangen.
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Einführung in das Programmieren
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Fortgeschrittene Programmierkonzepte Arithmetische Operatoren
Arithmetische
Bedeutung
Bemerkung
int a += 5;
Für jeden vorangegangenen
Operation
Fortgeschrittene Programmierkonzepte Arithmetische Operatoren
binären Operator möglich.
b++;
Erhöhung von b um 1
möglich.
(Postinkrement). Auch für
++b;
Erhöhung von b um 1
möglich.
(Präinkrement). Auch für
Einführung in das Programmieren
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Einführung in das Programmieren
Fortgeschrittene Programmierkonzepte Arithmetische Operatoren
Fortgeschrittene Programmierkonzepte Arithmetische Operatoren
Primitive Datentypen dienen jedoch nicht nur dazu, Werte zu
speichern, sondern viel mehr, um mit ihnen zu rechnen.
Zunächst scheinen die Prä- und Postinkrement-Operatoren keinen
Unterschied aufzuwiesen. Der folgende Quelltext zeigt dennoch ihre
verschiedenen Aufgaben:
Folgende Tabelle listet die vorhandenen arithmetischen Operatoren
auf:
Bemerkung
2
int a = 5 + a;
unär/binär
3
1
Arithmetische Operation
Bedeutung
int b = b - 7;
unär/binär
int c = 3 * b;
binär
6
int d = d / 5;
binär
7
int e = (20 % 6);
binär
...
int a, b = 6;
a = b++;
System.out.println("a=" + a + ", b=" + b);
a = ++b;
System.out.println("a=" + a + ", b=" + b);
4
5
71/249
...
(Divisionsrest)
Einführung in das Programmieren
70/249
Einführung in das Programmieren
72/249
Fortgeschrittene Programmierkonzepte Arithmetische Operatoren
Fortgeschrittene Programmierkonzepte Die for – Schleife
Wenn der Programmausschnitt ausgeführt ist, erhält man folgende
Ausgabe:
1
2
3
4
$ java Inkrement
a=6, b=7
a=8, b=8
$
Schleifen werden eingesetzt, um eine oder mehrere Anweisungen
mehrfach zu wiederholen.
Der häufigste Fehler im Zusammenhang mit Schleifen ist eine
fehlerhafte Struktur, die dann in einer sog. Endlosschleife endet.
Der Postinkrement-Anweisung in Zeile 3 wird von Java also wie folgt
interpretiert:
”Lese Wert von b. Weise diesen Wert a zu. Erhöhe b um 1.”
Ein Programm, das sich in einer Endlosschleife ”verfangen” hat,
kann nur noch mittels STRG + C abgebrochen werden.
Die Präinkrement-Anweisung funktioniert dementsprechend genau
umgekehrt.
Einführung in das Programmieren
73/249
Einführung in das Programmieren
75/249
Fortgeschrittene Programmierkonzepte Die for – Schleife
Die for – Schleife ist das flexibelste Schleifenkonstrukt, das Java
kennt.
Generell ist eine Schleife aus zwei Teilen aufgebaut: Einem
Schleifenkopf und dem Schleifenkörper:
Fortgeschrittene Programmierkonzepte Die for – Schleife
1
...
for(int i=0; i<10; i++)
{
System.out.println("Durchgang: " + i);
}
2
3
4
5
6
Einführung in das Programmieren
74/249
...
Einführung in das Programmieren
76/249
Fortgeschrittene Programmierkonzepte Die for – Schleife
Fortgeschrittene Programmierkonzepte Die for – Schleife
for(init ; bedingung ; update)
Der Schleifenkörper enthält die Anweisungen, die in jedem
Schleifendurchlauf (Iteration) durchgeführt werden.
bedingung ist der wichtigste Teil der for – Schleife. Die bedingung
wird vor jedem Schleifendurchlauf geprüft und entscheidet
letztendlich, ob ein weiterer Schleifendurchlauf stattfindet, oder ob
die sog. Abbruchbedingung erreicht ist.
Der Schleifenkopf ist das Kontrollkonstrukt eines Schleifenkörpers.
Der Schleifenkopf einer for – Schleife ist aus drei Teilen aufgebaut:
Im obigen Beispiel ist die Abbruchbedingung eingetreten, wenn die
Schleifenvariable i einen Wert größer oder gleich 10 enthält.
for(init ; bedingung ; update)
Einführung in das Programmieren
77/249
Einführung in das Programmieren
Fortgeschrittene Programmierkonzepte Die for – Schleife
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Fortgeschrittene Programmierkonzepte Die for – Schleife
for(init ; bedingung ; update)
update wird nach jedem Schleifendurchlauf ausgeführt und dient
meistens der Veränderung der Schleifenvariablen.
for(init ; bedingung ; update)
init wird genau einmal durchlaufen. In diesem Teil der for – Schleife
werden meistens die sog. Zählvariablen initialisiert.
Im obigen Beispiel wird nach jedem Schleifendurchlauf der Wert der
Schleifenvariablen i um 1 erhöht. Denkbar sind aber auch andere
Konstrukte, wie beispielsweise:
Mehrere Zählvariablen werden durch Kommata getrennt.
Eine Zählvariable, die im init-Bereich der for – Schleife deklariert
wird, hat nur Gültigkeit innerhalb des Schleifenkörpers!
1
2
3
4
Einführung in das Programmieren
78/249
for(int i=0; i<10; i=i+2)
{
...
}
Einführung in das Programmieren
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1
2
3
4
1
2
3
4
Fortgeschrittene Programmierkonzepte Die for – Schleife
Fortgeschrittene Programmierkonzepte Die for – Schleife
Folgende Schleifenkonstrukte münden in einer Endlosschleife:
Ausgabe auf der Konsole:
for(;;)
{
...
}
$ java Schleife1
i=0
i=1
i=2
$ java Schleife2
i=0
i=1
i=2
$
for(i = 0; i<10; i--)
{
...
}
Einführung in das Programmieren
81/249
Einführung in das Programmieren
83/249
Fortgeschrittene Programmierkonzepte Die for – Schleife
Die beiden folgenden Schleifenkonstrukte führen zur selben
Ausgabe:
1
2
3
4
1
2
for(int i = 0; i<3; i++)
{
System.out.println("i=" + i);
}
Fortgeschrittene Programmierkonzepte Prozeduren
for(int i = 0; i<3;
System.out.println("i=" + i), i++);
Jedoch läßt die Lesbarkeit bei der zweiten Variante sehr zu
wünschen übrig.
Einführung in das Programmieren
82/249
Einführung in das Programmieren
84/249
Fortgeschrittene Programmierkonzepte Prozeduren
Fortgeschrittene Programmierkonzepte Prozeduren
Der Funktionskörper enthält lediglich das ”Unterprogramm”
(Anweisungen).
Wie bereits unter ”Erste Schritte mit Java” angegeben, gibt es unter
Java nur Funktionen. Funktionen sind grob gesehen
”Unterprogramme” des eigentlichen Programmes, die jeweils eine
bestimmte Teilaufgabe zu bewältigen haben.
Hingegen ist der Aufbau des Funktionskopfes komplizierter. Der
Funktionskopf legt folgende Punkte fest:
Funktionsname
Funktionen benötigen immer einen Rückgabewert. Wie bereits
erläutert, wird void verwendet, wenn kein Rückgabewert benötigt
wird.
Rückgabewert
Parameterliste
Funktionen, die keinen Rückgabewert benötigen und dadurch das
Schlüsselwort void verwenden, heißen Prozeduren.
Sichtbarkeit
Lebensdauer
Einführung in das Programmieren
85/249
Einführung in das Programmieren
Fortgeschrittene Programmierkonzepte Prozeduren
Fortgeschrittene Programmierkonzepte Prozeduren
Wie bei den Schleifen sind auch Prozeduren/Funktionen nach einer
festgelegten Struktur aufgebaut:
Funktionsname
1
1
...
2
void Prozedur()
{
...
}
2
3
4
5
6
3
Funktionsname()
{
....
Der Funktionsname ist ein Bezeichner für das ”Unterprogramm”, mit
dem es später an anderer Stelle aufgerufen werden kann. Es gelten
dieselben Regeln zur Bildung eines Namens wie für
Variablennamen. Um eine Funktion zu kennzeichnen, werden dem
Bezeichner () angehängt.
...
Die Struktur gliedert sich in zwei Teile: Der Funktionskopf und der
Funktionskörper.
Einführung in das Programmieren
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86/249
Einführung in das Programmieren
88/249
Fortgeschrittene Programmierkonzepte Prozeduren
Fortgeschrittene Programmierkonzepte Prozeduren
Parameterliste
Parameterlisten sind vergleichbar mit Funktionsdefinitionen in der
Mathematik:
Rückgabewert
3
void Funktionsname()
{
....
! " # " 2
1
Die erste Zeile stellt die Signatur einer Funktion dar. Die Funktion
erwartet zwei natürliche Zahlen als Argumente.
Der Rückgabewert einer Prozedur ist immer void.
Die zweite Zeile beschreibt den ”Funktionskörper”. Die beiden
Argumente werden addiert.
Einführung in das Programmieren
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Fortgeschrittene Programmierkonzepte Prozeduren
2
3
Parameterliste
In Java könnte eine Parameterliste beispielsweise wie folgt
aussehen:
void Funktionsname(int x)
{
....
void Funktionsname(int x, int y)
Die beiden Parameter bezeichnet man ebenfalls als Signatur der
Funktion ”Funktionsname”.
Das Auszeichnungsmerkmal einer Funktion, die angehängten (),
enthalten in der Regel die Parameter, mit der eine Funktion
aufgerufen wird. Wenn keine Parameter benötigt werden, bleibt die
Liste leer. Die () dürfen jedoch nicht weggelassen werden!
Einführung in das Programmieren
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Fortgeschrittene Programmierkonzepte Prozeduren
Parameterliste
1
Einführung in das Programmieren
In Java gibt es das Konzept des Überladens. Überladen bedeutet,
dass ein Funktionsname mehrfach verwendet werden kann, wenn
sich die Signaturen unterscheiden.
90/249
Einführung in das Programmieren
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Fortgeschrittene Programmierkonzepte Prozeduren
Fortgeschrittene Programmierkonzepte Prozeduren
Parameterliste
Folgende Funktionen beispielsweise denkbar:
1
2
3
4
5
6
Sichtbarkeit
void Funktionsname(int x, int y)
{
...
void Funktionsname(float x, float y)
{
...
public void Funktionsname(int x, int y)
Sichtbarkeit ist ein Merkmal der Objektorientierung. Es existieren
insgesamt vier Sichtbarkeitsoperatoren: public, protected,
private und Default. Um Default zu verwenden, wird einfach keiner
der anderen Sichtbarkeitsoperatoren angegeben.
Sichtbarkeitsoperatoren dienen der Einschränkung des Zugriffs und
wirken ausschließlich bei der objektorientierten Programmierung.
Wird später im Quelltext die Funktion ”Funktionsname” aufgerufen,
entscheidet Java anhand der übergebenen Parameter, welche der
beiden Funktionen aufgerufen wird.
Einführung in das Programmieren
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Fortgeschrittene Programmierkonzepte Prozeduren
Einführung in das Programmieren
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Fortgeschrittene Programmierkonzepte Prozeduren
Lebensdauer
Parameterliste
public static void Funktionsname(int x, int y)
void Funktionsname(int x, int y)
Das Schlüsselwort static wurde bereits im Kapitel ”Erste Schritte
mit Java” erwähnt. Dort wurde es definitionsbedingt für die Funktion
main benötigt.
Die Signatur der Funktion ”Funktionsname” schreibt genau zwei
Integer - Werte vor. Das bedeutet, dass die Funktion mit zwei Werten
aufzurufen ist. Die Bezeichner x und y sind die Namen der
Parameter, um innerhalb des Funktionskörpers auf die übergebenen
Wert zugreifen zu können. Diese Bezeichner sind auch nur innerhalb
des Funktionskörpers gültig.
Einführung in das Programmieren
static besagt, dass eine Funktion oder Variable nicht an die
Lebensdauer eines bestimmten Objekts gebunden ist. Zu Beginn
eines Java-Programmes existieren noch keine Objekte. Somit würde
der Java-Interpreter die Funktion main nicht ”finden”, wenn sie das
Schlüsselwort static nicht besäße.
94/249
Einführung in das Programmieren
96/249
Fortgeschrittene Programmierkonzepte Prozeduren
Fortgeschrittene Programmierkonzepte Prozeduren
1
...
static int zahl = 10;
static void Funktion1()
{
zahl = 20;
Funktion2();
}
static void Funktion2()
{
System.out.println("Zahl=" + zahl);
}
2
3
4
Lebensdauer
5
public static void Funktionsname(int x, int y)
6
Wenn mit Java nicht objektorientiert programmiert wird, muss jede
Funktion das Schlüsselwort static besitzen. Ansonsten kann sie nicht
von einer anderen Funktion aus aufgerufen werden.
7
8
9
10
11
12
Einführung in das Programmieren
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Fortgeschrittene Programmierkonzepte Prozeduren
...
Einführung in das Programmieren
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Fortgeschrittene Programmierkonzepte Prozeduren
public static void Funktionsname(int x, int y)
In Zeile 2 wird eine globale Variable mit dem Bezeichner zahl
deklariert. Sie benötigt das Schlüsselwort static, damit ihre
Lebensdauer nicht an ein bestimmtes Objekt gebunden ist und sie
sofort verwendet werden kann.
Somit ist der Funktionskopf vollständig.
Allerdings gibt es noch einige Punkte zu beachten. Zunächst betrifft
es die Verwendung von Variablen innerhalb von Funktionskörpern.
Wird eine neue Variable innerhalb eines Funktionskörpers deklariert,
ist sie auch nur dort gültig!
Wird nun Funktion1() aufgerufen, wird zahl auf 20 gesetzt und
anschließend Funktion2() aufgerufen. Dort wird der Inhalt der
Variablen zahl auf der Konsole ausgegeben.
Sollen zwischen zwei Prozeduren Werte ausgetauscht werden, kann
man als einfachste Lösung globale Variablen verwenden.
Einführung in das Programmieren
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Einführung in das Programmieren
100/249
Fortgeschrittene Programmierkonzepte Prozeduren
Der letzte Punkt, der bei der Verwendung von Prozeduren zu
beachten ist, ist das sog. Scoping.
Angenommen es existiert wie im vorangegangenen Beispiel eine
globale Variable namens zahl.
Fortgeschrittene Programmierkonzepte Funktionen
Wenn nun innerhalb einer Funktion ebenfalls eine Variable mit dem
Namen zahl deklariert wurde, verdeckt diese Variable die globale
Variable, und man kann nur über einen Umweg auf den Wert der
globalen Variablen zahl zugreifen.
Das folgende Beispiel illustriert, wie man auf eine verdeckte globale
Variable zugreifen kann.
Einführung in das Programmieren
8
9
10
11
Einführung in das Programmieren
Nun werden Funktionen betrachtet, die einen Rückgabewert
erzeugen.
Die folgende mathematische Funktion
7
Bisher wurden ausschließlich Funktionen betrachtet, die keinen
Rückgabewert liefern (sog. Prozeduren).
$& 6
public class Scoping
{
static int zahl = 10;
void Funktion1()
{
int zahl = 20;
System.out.println("Innen=" + zahl);
System.out.println("Aussen=" +
Scoping.zahl);
}
...
5
Fortgeschrittene Programmierkonzepte Funktionen
$
4
Fortgeschrittene Programmierkonzepte Prozeduren
3
103/249
$% ! # 2
Einführung in das Programmieren
$&
1
101/249
liefert die Summe zweier ganzer Zahlen zurück. Im folgenden wird
diese Funktion in Java nachgebildet.
102/249
Einführung in das Programmieren
104/249
Fortgeschrittene Programmierkonzepte Funktionen
int Summe(int z1, int z2)
{
int ergebnis = z1 + z2;
return ergebnis;
}
2
3
4
5
6
7
Der folgende Quelltext illustriert eine Funktion, die keine allgemein
erreichbare return – Anweisung besitzt:
...
1
...
int Summe(int z1, int z2)
{
if (z1 == 0)
{
return z2;
}
}
2
3
4
...
5
6
Da es sich bei dem abgebildeten Programmstück um eine Funktion
und keine Prozedur handelt, liegt auch nicht mehr als Datentyp für
den Rückgabewert void vor, sondern int.
Einführung in das Programmieren
7
8
9
105/249
...
Einführung in das Programmieren
107/249
Fortgeschrittene Programmierkonzepte Funktionen
Rückgabewerte von Funktionen können alle Datentypen sein:
Primitive Datentypen
Die genaue Verwendung des if – Statements wird im Kapitel
”Bedingungen” erläutert. Hier sei einmal vorgegriffen: Die Aufgabe
des obigen Quelltextes ist es, im Fall von
nur
zurückzuliefern.
Referenztypen
Java quittiert den Quelltext wie folgt:
Felder
$ javac Addition.java
Addition.java:10: missing return statement
{
ˆ
1 error
$
$&
$
Fortgeschrittene Programmierkonzepte Funktionen
1
Fortgeschrittene Programmierkonzepte Funktionen
Die nächste wichtige Neuerung ist das Schlüsselwort return. Jede
Funktion, die einen anderen Rückgabewert als void besitzt, muss
eine allgemein erreichbare return – Anweisung besitzen.
Einführung in das Programmieren
106/249
Einführung in das Programmieren
108/249
Fortgeschrittene Programmierkonzepte Funktionen
Fortgeschrittene Programmierkonzepte Funktionen
Darüber hinaus ist darauf zu achten, dass der Ausdruck, der über die
return – Anweisung zurückgeliefert wird, kompatibel zum
geforderten Rückgabewert ist.
Java addiert beide Fließkommazahlen und wandelt das Ergebnis
anschließend in eine ganze Zahl um, indem es den
Nachkommaanteil abschneidet.
Erinnerung: Im Kapitel ”Primitive Datentypen” wurden
Obermengenbeziehungen festgelegt. Angenommen die obige
Funktion besitze als Rückgabewert float. Werden nun allerdings
zwei Werte des Datentyps int addiert, kann das Ergebnis trotzdem
zurückgegeben werden, da float eine Obermenge von int ist.
Die Möglichkeit, einen expliziten cast durchführen zu können, spielt
bei der objektorientierten Programmierung eine wichtige Rolle.
Java konvertiert das Ergebnis der Addition in einen Wert des
Datentyps float. Diesen Vorgang bezeichnet man als impliziten
cast, da er von Java automatisch durchgeführt wird.
Einführung in das Programmieren
Einführung in das Programmieren
111/249
Fortgeschrittene Programmierkonzepte Funktionen
Fortgeschrittene Programmierkonzepte Funktionen
In Java ist es auch möglich, einen sog. expliziten cast
durchzuführen. Folgendes Programmstück illustriert diesen Vorgang:
Eine weiteres wichtiges Anwendungsgebiet von Funktionen bildet die
sog. Rekursion.
)
'
7
.
'
'
-
...
Einführung in das Programmieren
))
6
+,*
'
!
'
#
5
4
!
'#
3
'(
int Summe(float z1, float z2)
{
int ergebnis = (int) (z1 + z2);
return ergebnis;
}
2
Eine Rekursion liegt vor, wenn sich eine Funktion selbst wieder
aufruft. Das bekannteste Beispiel für Rekursionen ist die Fakult äten .
Funktion:
...
1
109/249
110/249
Einführung in das Programmieren
112/249
Fortgeschrittene Programmierkonzepte Funktionen
Fortgeschrittene Programmierkonzepte Funktionen
Im Vergleich mit Schleifen ist der häufigste Fehler bei Rekursionen
eine fehlende Abbruchbedingung, die eine Rekursion zum Ende
kommen lässt.
Fehlt eine solche Bedingung, ”verfängt” sich die Funktion in einer
Endlosschleife, und das Programm kann nur noch mittels STRG + C
abgebrochen werden.
Die Zeile 8 enthält die Anweisung, die in allen anderen Fällen
ausgeführt wird.
113/249
Fortgeschrittene Programmierkonzepte Funktionen
4
5
6
7
8
9
:
0
Rekursive Berechnung von
!#
(
int fakultaet(int n)
{
if (n == 0)
{
return 1;
}
return n * fakultaet(n-1);
}
3
10
Die Abarbeitung eines rekursiven Aufrufs kann man sich wie das
Durchschreiten einer U-förmigen Treppe vorstellen:
...
2
115/249
Fortgeschrittene Programmierkonzepte Funktionen
Der folgende Programmausschnitt implementiert die Fakultäten Funktion in Java:
1
Einführung in das Programmieren
Einführung in das Programmieren
'
'
/
Die Abbruchbedingung ist in den Zeilen 4-7 implementiert. Damit ist
, die Fakultäten –
sichergestellt, dass für alle Argumente , mit
Funktion mit einem sinnvollen Ergebnis terminiert.
f(3)
6
3*f(2)
3*2*1*1
2*1*1
2*f(1)
1*1
1*f(0)
1
...
Einführung in das Programmieren
114/249
Einführung in das Programmieren
116/249
Fortgeschrittene Programmierkonzepte Funktionen
Rekursionen sollten dann eingesetzt werden, wenn eine iterative
Lösung nicht praktikabel erscheint.
Beispielsweise ist das Türme von Hanoi – Problem rekursiv sehr
schnell implementiert; eine iterative Implementierung ist wesentlich
umfangreicher.
Fortgeschrittene Programmierkonzepte Weitere Schleifen
Der nächste Programmausschnitt stellt eine beispielhafte
Implementierung dar.
$
1
'
Die verwendeten Parameter haben folgende Bedeutung:
bezeichnet die Anzahl von Scheiben, ist die Nummer des Stapels,
von dem die Scheiben umgelegt werden sollen, und bezeichnet
den Zielstapel, wobei der Algorithmus für genau drei Stapel
ausgelegt ist.
Einführung in das Programmieren
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Fortgeschrittene Programmierkonzepte Funktionen
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
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Fortgeschrittene Programmierkonzepte Weitere Schleifen
void hanoi(int n, int a, int z)
{
if (n > 1)
{
hanoi(n-1, a, (6 - a - z));
}
System.out.println(a + " nach " + z);
if (n > 1)
{
hanoi(n-1, (6 - a - z), z);
}
}
Einführung in das Programmieren
Einführung in das Programmieren
Neben der bereits erläuterten for – Schleife gibt es noch zwei
weitere Schleifenkonstrukte: Die while – Schleife und die
do-while – Schleife.
Der wesentliche Unterschied zwischen beiden und der for –
Schleife ist der einfachere Aufbau des Schleifenkopfes. Während der
Schleifenkopf der for – Schleife aus drei Teilen besteht, liegt bei
diesen Schleifenkonstrukten nur der bedingung - Teil vor.
118/249
Einführung in das Programmieren
120/249
Fortgeschrittene Programmierkonzepte Weitere Schleifen
Fortgeschrittene Programmierkonzepte Weitere Schleifen
Beispiel für eine while – Schleife:
1
...
3
4
5
6
7
8
Der Unterschied zwischen der kopf- und der fussgesteuerten
Variante ist, dass der Schleifenkörper der letzteren auf jeden Fall
einmal durchlaufen wird, da die Abbruchbedingung erst nach dem
ersten Schleifendurchlauf geprüft wird.
int i = 0;
while (i < 10)
{
i++;
System.out.println("Durchgang: " + i);
}
2
Des weiteren ist zu beachten, dass eine Schleifenvariable außerhalb
des Schleifenkonstruktes deklariert werden muss. Damit ist die
Lebensdauer dieser Schleifenvariable auch nach Abarbeitung des
Schleifenkonstruktes im Gegensatz zur for – Schleife nicht beendet.
...
Die while – Schleife ist kopfgesteuert, da der bedingung - Teil vor
jedem Schleifendurchlauf geprüft wird.
Einführung in das Programmieren
121/249
Einführung in das Programmieren
123/249
Fortgeschrittene Programmierkonzepte Weitere Schleifen
Beispiel für eine do-while – Schleife:
1
...
int i = 0;
do
{
i++;
System.out.println("Durchgang: " + i);
} while (i < 10);
2
3
4
5
6
7
8
Fortgeschrittene Programmierkonzepte Relationale Operatoren
...
Die do-while – Schleife ist fussgesteuert, da der bedingung - Teil
erst nach jedem Schleifendurchlauf geprüft wird.
Einführung in das Programmieren
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Einführung in das Programmieren
124/249
Fortgeschrittene Programmierkonzepte Relationale Operatoren
a == 5
gleich
a != 5
ungleich
2
a < 5
echt kleiner
2
a <= 5
kleiner oder gleich
a > 5
echt größer
a >= 5
größer oder gleich
Fortgeschrittene Programmierkonzepte Logische Operatoren
(
Bedeutung
.
Relationale Operation
Verwendung
.
Relationale Operatoren dienen dazu, Ausdrücke miteinander zu
vergleichen und einen booleschen Rückgabewert zu erzeugen.
Folgende relationale Operatoren kennt Java:
Einführung in das Programmieren
125/249
Fortgeschrittene Programmierkonzepte Relationale Operatoren
Einführung in das Programmieren
127/249
Fortgeschrittene Programmierkonzepte Logische Operatoren
Logische Operatoren dienen dazu, boolesche Werte miteinander zu
verbinden, um somit Wahrheitswerte weiterzuverarbeiten. Folgende
logische Operatoren kennt Java:
Wichtig: Der Gleichheitsoperator
darf nicht mit dem
Zuweisungsoperator verwechselt werden, da Java nicht auf diesen
semantischen Fehler hinweisen kann! Folgende zwei Ausdrücke
haben somit eine unterschiedliche Bedeutung:
Verwendung
Bedeutung
(3
(
Logische Operation
54
4
3
4
4
logisches NICHT
5 66
logisches UND (Short-Circuit)
3
66
a = 5
Einführung in das Programmieren
126/249
Einführung in das Programmieren
75
3
logisches EXKLUSIVES ODER
logisches UND
3
56
6
4
7
a == 5
54
3
logisches ODER (Short-Circuit)
logisches ODER
128/249
Fortgeschrittene Programmierkonzepte Logische Operatoren
Fortgeschrittene Programmierkonzepte Logische Operatoren
Gesamtausdruck
true
true
true
true
false
false
false
true
false
false
false
false
4
Im Gegensatz zu den meisten anderen Programmiersprachen stellt
Java die UND – und ODER – Verknüpfungen in zwei verschiedenen
Varianten zur Verfügung: Einerseits mit und andererseits ohne sog.
Short-Circuit-Evaluation.
54
Ausdruck
5
Ausdruck
3
3
Die Auswertung eines logischen Ausdrucks findet unter Verwendung
von Wahrheitstabellen statt:
Short-Circuit-Evaluation bedeutet, dass Teilausdrücke nur dann
ausgewertet werden, wenn sie für das Gesamtergebnis noch
Relevanz besitzen.
Die o.a. Wahrheitstabelle enthält alle möglichen Wahrheitswerte der
Teilausdrücke und den daraus resultierenden Wahrheitswert des
Gesamtausdrucks.
Einführung in das Programmieren
129/249
Einführung in das Programmieren
Fortgeschrittene Programmierkonzepte Logische Operatoren
Die folgende Tabelle wertet die logische Verknüpfung
EXKLUSIVES ODER aus:
Beispiel zur Short-Circuit-Evaluation:
Gesamtausdruck
75
Ausdruck
5
Ausdruck
1
...
int a = 5;
3
3
Fortgeschrittene Programmierkonzepte Logische Operatoren
131/249
2
3
true
true
false
true
false
true
boolean b = (a > 7) && (a < 9);
4
false
true
true
false
false
false
5
Da bereits der erste Teilausdruck false liefert, braucht der zweite
Teilausdruck nicht mehr ausgewertet werden. Der Gesamtausdruck
ist false, unabhängig vom Wahrheitswert des zweiten
Teilausdrucks.
Das logische EXKLUSIVE ODER ist genau dann true, wenn die
beiden Teilausdrücke unterschiedliche Wahrheitswerte besitzen.
Einführung in das Programmieren
...
130/249
Einführung in das Programmieren
132/249
Fortgeschrittene Programmierkonzepte Logische Operatoren
Fortgeschrittene Programmierkonzepte Bedingungen
Wahrheitswerte und logische Ausdrücke werden dazu verwendet, um
den Programmfluss in Abhängigkeit einer Bedingung zu verzweigen.
Der Verzicht auf die Short-Circuit-Evaluation setzt voraus, dass der
gesamte logische Ausdruck ausgewertet werden kann. Das folgende
Beispiel zeigt einen Gesamtausdruck, der ohne die
Short-Circuit-Evaluation zwei Teilausdrücke verbindet:
Im Kapitel ”Funktionen” wurde bereits auf eine einfache Verzweigung
eingegangen: Das if – Konstrukt.
Das if – Konstrukt prüft, ob der in Klammern stehende Ausdruck
true ergibt. Wenn diese Bedingung erfüllt ist, wird der sich
anschließende Programmblock ausgeführt:
#
8
9
( (a >= 0) && (a < 100) ) & ( fakultaet(a) > 0 )
1
/
1
gilt, wird der Ausdruck zu true ausgewertet. Der
Wenn
Gesamtausdruck wird zu false ausgewertet, wenn
gilt. Gilt
, kann der Ausdruck nicht ausgewertet werden, da
allerdings
die Fakultäten – Funktion aus dem Kapitel ”Funktionen” für negative
Parameter nicht terminiert.
1
2
1
Einführung in das Programmieren
2
3
4
133/249
if (a == 10)
{
System.out.println("a ist 10.");
}
Einführung in das Programmieren
135/249
Fortgeschrittene Programmierkonzepte Bedingungen
Ein alternativer Programmblock, der genau dann ausgeführt wird,
wenn der Ausdruck false liefert, kann über einen sog. else –
Zweig angefügt werden:
Fortgeschrittene Programmierkonzepte Bedingungen
1
2
3
4
5
6
7
8
Einführung in das Programmieren
134/249
if (a == 10)
{
System.out.println("a ist 10.");
}
else
{
System.out.println("a ist ungleich 10.");
}
Einführung in das Programmieren
136/249
Fortgeschrittene Programmierkonzepte Bedingungen
Fortgeschrittene Programmierkonzepte Bedingungen
Um den Gesamtausdruck nach mehreren Ergebnisse zu
unterscheiden, wird das if – Konstrukt um einen oder mehrere
else if – Zweige ergänzt:
1
2
3
1
...
4
if (a == 10)
{
System.out.println("a ist 10.");
}
else if (a == 11)
{
System.out.println("a ist 11.");
}
2
3
4
5
6
7
8
9
Einführung in das Programmieren
5
6
7
8
9
10
11
137/249
Fortgeschrittene Programmierkonzepte Bedingungen
11
13
15
Ein Fall beginnt immer mit case X:, wobei X einem Wert entspricht,
und endet mit break; . Fehlt das break; , ist nicht gewährleistet,
dass Java die Programmausführung mit der ersten Anweisung nach
dem switch-case – Konstrukt fortsetzt.
}
14
...
Diese Vorgehensweise ist bei überschaubaren Fallunterscheidungen
praktibel. Steigt jedoch die Anzahl der Fallunterscheidungen an,
bietet sich das folgende switch-case – Konstrukt eher an.
Einführung in das Programmieren
139/249
Das switch-case – Konstrukt kann nur auf nummerische
Datentypen, also byte, short, char oder int (kein long!),
angewendet werden.
System.out.println("a ist weder " +
"10 noch 11.");
12
Einführung in das Programmieren
Fortgeschrittene Programmierkonzepte Bedingungen
else
{
10
switch (a)
{
case 10:
System.out.println("a ist 10");
break;
case 11:
System.out.println("a ist 11");
break;
default:
System.out.println("a ist weder 10 noch 11.");
}
Der default: – Fall entspricht dem else – Zweig und wird
ausgeführt, wenn kein passender Fall gefunden werden konnte.
138/249
Einführung in das Programmieren
140/249
Fortgeschrittene Programmierkonzepte Bedingungen
Fortgeschrittene Programmierkonzepte Bedingungen
Wird für mehrere Fälle derselbe Programmblock ausgeführt, fasst
man diese Fälle wie folgt zusammen:
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
switch (a)
{
case 10:
case 11:
System.out.println("a ist 10 oder 11.");
break;
default:
System.out.println("a ist weder " +
"10 noch 11.");
}
Einführung in das Programmieren
1
...
(A) ? B : C;
2
3
...
Dieser Operator kann nur innerhalb von Zuweisungen angewendet
werden, und Ausdruck B und C müssen kompatibel zu dem Datentyp
sein, dem sie zugewiesen werden.
Der folgende Quellcode illustriert die Anwendung.
141/249
Einführung in das Programmieren
Fortgeschrittene Programmierkonzepte Bedingungen
143/249
Fortgeschrittene Programmierkonzepte Bedingungen
Das letzte Konstrukt zur Fallunterscheidung ist der sog. ? –
Operator. Dieser Operator ist die Kurzform für:
1
3
4
5
6
7
8
9
...
int a = 10, b;
2
if (A)
{
B;
}
else
{
C;
}
2
10
1
...
3
b = (a > 5) ? 20 : 10;
4
5
...
Nach dieser Anweisung enthält b den Wert 20. Dieser sog. ternäre
Operator kann auch geschachtelt werden, was allerdings nicht zur
besseren Lesbarkeit des Quelltextes beiträgt!
...
Einführung in das Programmieren
142/249
Einführung in das Programmieren
144/249
Fortgeschrittene Programmierkonzepte Felder
Diese Vorgehensweise ist bei wenigen Variablen zwar einfach und
schnell, jedoch verliert man bei steigender Anzahl von Variablen
schnell die Übersicht.
Um eine große Anzahl von Variablen zu bearbeiten, bietet sich das
Konzept der Felder an. Ein Feld ist vergleichbar mit einem Regal mit
-Fächern, in die ausschließlich Gegenstände gleicher Größe (des
selben Typs) hineinpassen. Unter den Fächern ”klebt” zusätzlich
noch die Fächernummer, deren Zählung bei beginnt:
'
Fortgeschrittene Programmierkonzepte Felder
1
...
int zahlen[] = { 0, 89, 112, 21, -42, 23 };
2
3
Einführung in das Programmieren
145/249
Einführung in das Programmieren
Um auf die dritte Zahl ( ) zuzugreifen, muss das ”Regal” mit dem
Namen zahlen und der Fächernummer angesprochen werden:
Sollen mehrere Variablen eines gleichen Typs gespeichert werden,
die eine semantische Zusammengehörigkeit aufweisen, könnte
beispielsweise folgendes Programmstück verwendet werden:
Fortgeschrittene Programmierkonzepte Felder
...
4
5
6
7
zahl0
zahl1
zahl2
zahl3
zahl4
zahl5
=
=
=
=
=
=
0;
89;
112;
21;
-42;
23;
int zahlen[] = { 0, 89, 112, 21, -42, 23 };
3
5
6
...
Bei der Verarbeitung von Feldern ist zu beachten, dass die Zählung
endet!
der Fächer bei beginnt und bei
'
...
Einführung in das Programmieren
System.out.println("Die dritte Zahl lautet: "
+ zahlen[2]);
4
3
...
2
int
int
int
int
int
int
2
8
147/249
Fortgeschrittene Programmierkonzepte Felder
1
1
...
146/249
Einführung in das Programmieren
148/249
Fortgeschrittene Programmierkonzepte Felder
Fortgeschrittene Programmierkonzepte Felder
Bisher wurden lediglich eindimensionale Felder betrachtet. Es ist
jedoch auch möglich, mehrdimensionale und asymmetrische Felder
zu erzeugen.
1
:
:
Ein weiterer Vorteil von Felder ist die dynamische Festlegung der
Größe eines Feldes zur Laufzeit. Folgender Quellcodeausschnitt
, wobei statt
zeigt die Erzeugung eines Feldes der Größe
durchaus auch eine (int-kompatible) Variable verwendet werden
kann:
Um ein mehrdimensionales, symmetrisches Feld zu erzeugen, wird
für jede benötigte Dimension ein Klammernpaar [ ] bei der
Variablendeklaration angehängt:
...
int zahlen[];
2
int zahlenmatrix[][];
1
3
5
Die Zuweisung der erfordlichen Größe gestaltet sich nun wie folgt:
zahlen = new int[500];
4
...
zahlenmatrix = new int[5][5];
1
Einführung in das Programmieren
149/249
Einführung in das Programmieren
151/249
Fortgeschrittene Programmierkonzepte Felder
Um ein Feld zu erzeugen, wird zunächst eine Variable vom
gewünschten Datentyp mit angehängten eckigen Klammern [ ]
deklariert:
Nun enthält das Feld zahlenmatrix eine
-Matrix. Auf die
einzelnen Elemente wird nun wie gewohnt zugegriffen:
:
:
Fortgeschrittene Programmierkonzepte Felder
1
1
int zahlen[];
...
int zahlenmatrix[][];
zahlenmatrix = new int[5][5];
2
3
Anschließend muss diesem leeren Feld durch den Operator new
gefolgt vom entsprechenden Datentyp die erforderliche Größe
zugewiesen werden:
4
zahlenmatrix[2][4] = 12;
System.out.println("Eintrag (3,5)="
+ zahlenmatrix[2][4]);
5
6
7
1
zahlen = new int[500];
Einführung in das Programmieren
8
150/249
...
Einführung in das Programmieren
152/249
1
2
3
4
5
6
Fortgeschrittene Programmierkonzepte Felder
Um ein mehrdimensionales, asymmetrisches Feld zu erzeugen, wird
ebenfalls für jede benötigte Dimension ein Klammernpaar [ ] bei der
Variablendeklaration angehängt. Die Zuweisung der erfordlichen
Größe gestaltet allerdings umständlicher:
Die Anweisung in Zeile 3 liefert die Größe der ersten Dimension
zurück (in diesem Fall ). Die Anweisung in Zeile 5 liefert die Größe
der zweiten Dimension der letzten Zeile zurück (hier ).
:
Fortgeschrittene Programmierkonzepte Felder
Da ein mehrdimensionales, symmetrisches Feld vorliegt, ist die
zweite Dimension jeder Zeile gleich groß.
int zahlenmatrix[][];
zahlenmatrix = new int[5][];
for (int i=0; i<5; i++)
{
zahlenmatrix[i] = new int[i + 1];
}
Einführung in das Programmieren
Der Operator spielt also bei asymmetrischen Feldern oder Feldern,
deren Größe erst während der Laufzeit durch eine (int-kompatible)
Variable festgelegt wurde, eine wichtige Rolle.
153/249
Einführung in das Programmieren
155/249
Fortgeschrittene Programmierkonzepte Felder
Der vorangegangene Programmausschnitt erzeugt ein dreieckiges
Feld, dessen erste Zeile einen Eintrag enthält, dessen zweite Zeile
zwei Einträge usw. enthält.
Der letzte wichtige Punkt im Zusammenhang mit Feldern ist die
.length - Eigenschaft. Jedes Feld besitzt für jede Dimension ein
Attribut mit dem Namen .length, das dessen Größe zurückliefert:
1
2
3
4
5
Endliche Automaten
int zahlen[][] = new int[5][20];
System.out.println("Groesse des Feldes" +
zahlen.length);
System.out.println("Groesse der 5. Zeile" +
zahlen[4].length);
Einführung in das Programmieren
154/249
Einführung in das Programmieren
156/249
Endliche Automaten
Endliche Automaten
Endlichen Automaten werden zur eindeutigen und vollständigen
Beschreibung einer endlichen Anzahl von Zustandsveränderungen
verwendet.
Die graphische Darstellung des obigen endlichen Automaten stellt
die Überprüfung der Zeichenkette in kürzerer Form dar:
Beispielsweise kann man einen endlichen Automaten erstellen, der
eine gegebene Zeichenkette dahingehend überprüft, ob sie mit der
Zeichenfolge ”aa” beginnt, mit ”ab” endet und dazwischen kein oder
beliebig viele Zeichen ”b” enthält. Folgende Zeichenketten sind somit
gültig:
a
S=q
1
a
q
2
a
q
3
b
q
4
q =A
5
b
aaab
aabab
aabbbab
Einführung in das Programmieren
157/249
Einführung in das Programmieren
Endliche Automaten
159/249
Endliche Automaten
Der endliche Automat lässt sich nun wie folgt in Java umsetzen:
1
Tabellarisch lässt sich der endliche Automat wie folgt beschreiben:
2
Zeichen ”a”
Zeichen ”b”
3
4
&<
–
5
–
<
&<
<
;
Zustand
<
<=
<
6
8
9
3
<=
–
<
3
7
den Anfangszustand und
;
Hierbei bezeichnet
den Endzustand.
10
11
Einführung in das Programmieren
158/249
public class EndlicherAutomat
{
public static void main(String argv[])
{
if (argv.length != 1)
{
System.out.println("Es wurde keine "
+ "Zeichenkette angegeben.");
System.exit(0);
}
String s = argv[0];
Einführung in das Programmieren
160/249
Endliche Automaten
Endliche Automaten
// Zustand q3.
int i = 2;
while ((s.length() - 2) > i)
{
if (s.charAt(i) != ’b’)
{
System.out.println("Zeichenkette "
+ "ungueltig.");
System.exit(0);
}
i++;
}
28
29
// Zustand S=q1.
if ( (s.length() < 1) ||
(s.charAt(0) != ’a’) )
{
System.out.println("Zeichenkette "
+ "ungueltig.");
System.exit(0);
}
12
13
14
15
16
17
18
19
30
31
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38
39
Einführung in das Programmieren
161/249
Einführung in das Programmieren
Endliche Automaten
20
21
22
23
24
25
26
27
Einführung in das Programmieren
163/249
Endliche Automaten
// Zustand q2.
if ( (s.length() < 2) ||
(s.charAt(1) != ’a’) )
{
System.out.println("Zeichenkette "
+ "ungueltig.");
System.exit(0);
}
40
41
42
43
44
45
46
47
162/249
Einführung in das Programmieren
// Zustand q4.
if ( ((s.length() - 1) < i) ||
(s.charAt(i) != ’a’) )
{
System.out.println("Zeichenkette "
+ "ungueltig.");
System.exit(0);
}
164/249
Endliche Automaten
// Zustand q5=A.
i++;
if ( (s.length() < i) ||
(s.charAt(i) != ’b’) )
{
System.out.println("Zeichenkette "
+ "ungueltig.");
System.exit(0);
}
System.out.println("Zeichenkette "
+ "gueltig.");
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
Eine Ausführung des Programmes könnte wie folgt aussehen:
$ javac EndlicherAutomat.java
$ java EndlicherAutomat
Es wurde keine Zeichenkette angegeben.
$ java EndlicherAutomat aaab
Zeichenkette gueltig.
$ java EndlicherAutomat aabab
Zeichenkette gueltig.
$ java EndlicherAutomat aabbbab
Zeichenkette gueltig.
$ java EndlicherAutomat aabbabbab
Zeichenkette ungueltig.
}
59
60
Endliche Automaten
}
Einführung in das Programmieren
165/249
Einführung in das Programmieren
167/249
Endliche Automaten
Anmerkung:
Ein String wird als eine Folge von Zeichen betrachtet. Im Kapitel
”Felder” wurde der Vergleich mit einem Regal, das nummerierte
Fächer enthält, gezogen. Überträgt man nun dieses Bild auf eine
Zeichenfolge, so besitzt das erste Zeichen die Nummer , das letzte
, wobei die Anzahl der Zeichen in einer Zeichenkette
Zeichen
bezeichnet.
'
'
Referenztypen
Die folgende Anweisung
s.charAt(2);
liefert also das dritte Zeichen der Zeichenkette s. Die technischen
Einzelheiten werden im Kapitel ”Objektorientierung” erklärt.
Einführung in das Programmieren
166/249
Einführung in das Programmieren
168/249
Referenztypen
Referenztypen
Referenztypen müssen verwendet werden, um mit Java
objektorientiert zu programmieren. Sie sind somit ein wesentliches
Merkmal der Objektorientierung. Sie unterscheiden sich von den
Primitiven Datentypen dadurch, dass sie nur indirekt einen ”Wert”
enthalten.
In Zeile 1 wird lediglich die ”Hülle” einer Variablen angelegt. In der
folgenden Anweisung wird dieser ”Hülle” eine gültige Referenz
zugewiesen. Die beiden Anweisung können auch zusammengefasst
werden:
1
Vielmehr enthalten Referenztypen nur die Adresse (die
Speicherstelle), an der sich die eigentlichen Daten befinden.
Im Gegensatz zu anderen Programmiersprachen muss die mittels
new angeforderte Speicherstelle nicht explizit freigegeben werden.
Während der Programmausführung arbeitet im Hintergrund ein sog.
garbage collector, der unerreichbare Speicherstellen freigibt.
Zwar bietet Java Typensicherheit, jedoch erfordern Referenztypen
einen höheren Aufwand und größere Aufmerksamkeit bei der
Verwendung als Primitive Datentypen, da sie eine höhere Flexibilität
aufweisen, die schnell zu Fehlern führen kann.
Einführung in das Programmieren
169/249
Referenztypen
String name;
name = new String();
Ein weiteres Merkmal von Referenztypen ist die Möglichkeit, dass
mehrere Referenzen auf diesselbe Speicherstelle zeigen können.
Die ”Funktion” hinter dem Schlüsselwort new wird Konstruktor
bezeichnet und im nächsten Kapitel ”Objektorientierung” näher
erläutert.
Einführung in das Programmieren
171/249
Eine Speicherstelle ist beispielsweise unerreichbar, wenn die auf sie
zeigende Referenz ungültig wird. Eine Referenz ist ungültig, wenn ihr
die sog. null-Referenz zugewiesen wird. Damit ist die
Speicherstelle, die der Referenz zugeordnet wurde, nicht mehr
ansprechbar.
2
3
Einführung in das Programmieren
Referenztypen
Referenztypen können ausschließlich von Klassen erzeugt werden.
Im Kapitel ”Primitive Datentypen” wurde bereits die Klasse String
vorgestellt. Eine Variable einer Klasse wird wie folgt deklariert und
Objekt (oder auch Instanz) bezeichnet:
1
String name = new String();
170/249
Einführung in das Programmieren
172/249
Referenztypen
1
String name1 = new String("Meier");
2
3
String name2 = new String("Schulz");
Objektorientierung
4
5
name1 = name2;
Zunächst wird der Referenz name1 die Speicherstelle mit dem Inhalt
”Meier” zugewiesen.
Einführung in das Programmieren
173/249
Einführung in das Programmieren
Referenztypen
Objektorientierung
Anschließend wird eine neue Referenz name2 erzeugt, die auf eine
andere Speicherstelle mit dem Inhalt ”Schulz” verweist.
Bisher wurde in diesem Workshop ausschließlich imperativ
programmiert. Das bedeutet, es wurde dem java - Interpreter
Schritt für Schritt vorgeschrieben, was zu tun ist.
Die letzte Anweisung in Zeile 5 schließlich ordnet der Referenz
name1 diesselbe Speicherstelle zu, auf die auch die Referenz
name2 ”zeigt”.
Objektorientiert zu programmieren bedeutet, eine andere Sichtweise
auf das Ausgangsproblem anzuwenden. Bislang wurden u.a.
Sichtbarkeitsoperatoren oder auch Referenzen als Merkmale der
Objektorientierung ausgemacht.
Während der Laufzeit stellt nun der garbage collector fest, dass die
Speicherstelle mit dem Inhalt ”Meier” nicht mehr erreichbar ist und
gibt sie wieder frei.
Einführung in das Programmieren
175/249
Den wesentlichen Kern bilden aber Objekte, die miteinander in
Beziehung und Kommunikation stehen.
174/249
Einführung in das Programmieren
176/249
Objektorientierung
Objektorientierung
Ein Objekt ist eine konkrete und einmalige Ausprägung einer Klasse
(vgl. Schlüsselwort class). Eine Klasse fasst Eigenschaften,
Fähigkeiten und die ”Bauanleitung” für ein Objekt zusammen.
Aufbau einer Klasse - Struktur :
1
2
Als Eigenschaften (auch Attribute genannt) werden alle nicht-lokalen
Variablen einer Klasse bezeichnet. Lokale Variablen sind
beispielsweise Variablen, die innerhalb einer Funktion deklariert
werden.
3
4
Eine Klasse wird immer über das Schlüsselwort class eingeleitet.
Es ist möglich, mehrere Klassen in einer Quellcode-Datei
zusammenzufassen, jedoch wird hier ausdrücklich davon abgeraten,
da die Lesbarkeit und Übersichtlichkeit darunter leidet.
Die Fähigkeiten einer Klasse bilden die Funktionen (in der
Objektorientierung Methoden genannt).
Der Konstruktor einer Klasse ist die ”Bauanleitung” eines Objektes.
Einführung in das Programmieren
class Name
{
...
}
177/249
Einführung in das Programmieren
Objektorientierung
179/249
Objektorientierung
Schematisch gliedert sich eine Klasse wie folgt:
Aufbau einer Klasse - Struktur :
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
class Name
{
// Attribute:
int zahl1;
String str;
// Konstruktor:
Name()
{}
// Methoden:
void ausgeben()
{}
}
Einführung in das Programmieren
1
2
3
4
public class Name
{
...
}
Dem Schlüsselwort class kann noch einer der folgenden
Sichtbarkeitsoperatoren vorangestellt werden: public, protected
oder private. Die Sichtbarkeitsoperatoren spielen eine wichtige
Rolle bei Vererbungshierarchien von Klassen. Innerhalb dieses
Workshops wird ausschließlich das Schlüsselwort public
verwendet.
178/249
Einführung in das Programmieren
180/249
1
2
3
4
5
Objektorientierung
Objektorientierung
Aufbau einer Klasse - Attribute:
Aufbau einer Klasse - Attribute:
public class Name
{
int zahl;
String str;
...
1
2
3
4
Als weiteres besonderes Schlüsselwort kann final für Attribute
verwendet werden. Variablen, die mit final ausgezeichnet werden,
lassen sich während der Laufzeit nicht mehr verändern. Solche
Variablen werden als Konstanten bezeichnet.
Die Reihenfolge von Attributen, Konstruktoren und Methoden
innerhalb einer Klasse ist beliebig, jedoch wird hier die Ordnung der
schematischen Darstellung von Folie 178 empfohlen.
Einführung in das Programmieren
181/249
Einführung in das Programmieren
Objektorientierung
2
3
4
5
Aufbau einer Klasse - Attribute:
public class Name
{
int zahl;
public String str;
...
1
2
3
4
public class Name
{
static int zahl = 10;
...
Im Kapitel ”Prozeduren” (Folie 99) wurde bereits auf das
Schlüsselwort static eingegangen. Mit static ausgezeichnete
Variablen (oder auch Methoden) sind nicht an die Lebensdauer eines
Objekts gebunden. Solche Variablen bezeichnet man als
Klassenvariablen.
Als Attribute einer Klasse sind Primitive Datentypen, Felder und
Referenztypen zulässig. Attribute können über dieselben
Sichtbarkeitsoperatoren wie Klassen beeinflusst werden. Bei
Attributen schränken sie den Zugriff auf die eigenen Variablen für
andere Objekte ein.
Einführung in das Programmieren
183/249
Objektorientierung
Aufbau einer Klasse - Attribute:
1
public class Name
{
final float PI = 3.14159;
...
182/249
Einführung in das Programmieren
184/249
Objektorientierung
Objektorientierung
Aufbau einer Klasse - Methoden:
Aufbau einer Klasse - Konstruktor :
1
2
3
4
5
6
public class Name
{
...
void ausgeben()
{
System.out.println("Hallo Welt");
}
...
1
2
3
4
5
6
Methoden einer Klasse werden genauso behandelt wie Funktionen
und Prozeduren. Stellt man dem Methodenkopf das Schlüsselwort
static voran, ist die Methode nicht an die Lebensdauer eines
Objekts gebunden. Eine solche Methode bezeichnet man als
Klassenmethode. Eine bereits bekannte Klassenmethode ist die
Prozedur main.
Einführung in das Programmieren
1
2
3
4
5
7
public class Name
{
...
Name()
{
zahl = 0;
}
...
Im Funktionskörper des Konstruktors sollten Aufgaben erledigt
werden, um ein gültiges Objekt zu erzeugen. Beispielsweise könnten
Variablen und Datenstrukturen initialisiert werden.
185/249
Einführung in das Programmieren
Objektorientierung
Objektorientierung
Aufbau einer Klasse - Konstruktor :
Aufbau einer Klasse - Konstruktor :
public class Name
{
...
Name()
{}
...
1
2
3
4
5
6
Ein Konstruktor ist eine spezielle Funktion einer Klasse. Der Name
dieser Funktion muss identisch sein mit dem Klassenname. Der
Konstruktor wird als erste Funktion aufgerufen, sobald ein neues
Objekt dieser Klasse erzeugt wird. Ein Konstruktor besitzt keinen
Rückgabewert; vielmehr liefert er die zugehörige, aufbereitete
Speicherstelle an eine Referenz zurück.
Einführung in das Programmieren
7
187/249
public class Name
{
...
Name()
{}
Name(String s)
{}
...
Darüber hinaus dürfen Konstruktoren wie Funktionen und
Prozeduren überladen werden (vgl. Folie 92), wenn sie
unterschiedliche Signaturen besitzen. Ein Konstruktor ohne
Argumentenliste (Zeile 3) wird als Standardkonstruktor bezeichnet.
186/249
Einführung in das Programmieren
188/249
Objektorientierung
Objektorientierung
Um von einer Klasse ein konkretes Objekt (auch Instanz genannt) zu
erzeugen, wird der Operator new verwendet:
Am Anfang jedes Java-Programmes existieren noch keine Objekte,
die miteinander kommunizieren können. Der Einstiegspunkt für den
Java-Interpreter ist die bereits erwähnte main - Funktion.
Name name1, name2;
1
Da die main - Funktion das Schlüsselwort static besitzen muss,
ist sie nicht an die Lebensdauer eines konkreten Objekts gebunden,
sondern kann durch den Interpreter aufgerufen werden.
2
name1 = new Name();
name2 = new Name("Schulz");
3
4
Bislang wurde imperativ programmiert. Daher waren alle
Funktionen, Prozeduren und globalen Variablen mit static
ausgezeichnet. Die imperative Programmierung bildet somit eine
Teilmenge der objektorientierten Programmierung.
In Zeile 1 werden zwei Objekte vom Referenztyp Name deklariert. In
Zeile 3 wird für name1 durch den Operator new eine Speicherstelle
angefordert. Diese Speicherstelle wird durch den
Standardkonstruktor gefüllt. In Zeile 4 hingegen wird der zweite
Konstruktor verwendet, da der Parameter "Schulz" übergeben
wurde.
Einführung in das Programmieren
1
Im folgenden wird eine kleine Adressverwaltung objektorientiert
programmiert.
189/249
Objektorientierung
Objektorientierung
Auf die Attribute und Methoden eines Objekts wird mittels
Punkt-Notation zugegriffen:
Zunächst stelle man sich einen Karteikasten vor, in dem auf jeder
Karteikarte eine Adresse steht. Zur Vereinfachung nehme man an,
dass der Karteikasten genau zehn Karteikarten enthält.
...
2
Name name1;
Als Objekte kann man nun den Karteikasten und eine Karteikarte
ausmachen.
name1 = new Name();
Auf der Karteikarte soll immer genau eine Adresse enthalten sein.
Die Adresse bestehe aus dem Vor- und Nachnamen, einer Anschrift
und einer eMail-Adresse.
3
4
5
name1.tuDies();
name1.zahl = 20;
6
7
8
Einführung in das Programmieren
Da der Karteikasten genau zehn Karteikarten enthalten soll, bietet
sich ein Feld als Datenstruktur an.
...
Einführung in das Programmieren
191/249
190/249
Einführung in das Programmieren
192/249
Objektorientierung
Objektorientierung
...
this.PLZ = PLZ;
this.Ort = Ort;
this.eMail = eMail;
20
21
1
2
3
4
5
6
7
8
public class Karteikarte
{
// Attribute:
String Name = "", Vorname = "";
String Strasse = "", Hausnummer = "";
String PLZ = "", Ort = "";
String eMail = "";
...
Einführung in das Programmieren
22
23
24
25
Die Argumentenliste des Konstruktors enthält Variablen, die
dieselben Namen wie die Attribute tragen. Ihre Sichtbarkeit (sog.
scoping, vgl. Folie 101) ist nur innerhalb des Konstruktors gegeben.
Um nun eine gleichlautende Variable der Argumentenliste von einem
Attribut zu unterscheiden, wird das Schlüsselwort this verwendet.
193/249
Objektorientierung
9
10
11
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14
15
16
17
18
19
Einführung in das Programmieren
195/249
Objektorientierung
...
// Konstruktor:
Karteikarte(String Name, String Vorname,
String Strasse, String Hausnummer,
String PLZ, String Ort, String eMail)
{
this.Name = Name;
this.Vorname = Vorname;
this.Strasse = Strasse;
this.Hausnummer = Hausnummer;
...
Einführung in das Programmieren
}
...
this ist eine Referenz auf das Objekt, das gerade bearbeitet wird.
Da this im Konstruktor der Klasse Karteikarte verwendet ist,
beschreibt this die Referenz, der die augenblicklich angeforderte
Speicherstelle zugeordnet wird.
Somit beschreibt this.PLZ der Zeile 21 das Attribut PLZ einer
neuen Referenz, dem der Wert PLZ aus der Parameterliste des
Konstruktors zugewiesen wird.
194/249
Einführung in das Programmieren
196/249
Objektorientierung
Objektorientierung
1
...
// Methode:
public void ausgeben()
{
System.out.println(Name+", "+Vorname+"\n"
+Strasse+" "+Hausnummer+"\n"
+PLZ+" "+Ort+"\n"
+eMail);
}
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}
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Einführung in das Programmieren
197/249
Objektorientierung
public class Karteikasten
{
public static void main(String argv[])
{
Karteikarte karten[] = new Karteikarte[10];
karten[0] = new Karteikarte("Mustermann",
"Michael", "Musterstrasse", "5a",
"12345", "Musterhausen",
"[email protected]");
...
}
}
Einführung in das Programmieren
199/249
Objektorientierung
Ein weiteres wichtiges Merkmal der Objektorientierung ist die
Möglichkeit der Vererbung.
Damit ist die Klasse für ein Objekt ”Karteikarte” erstellt.
Vererbung bedeutet, dass eine Klasse die Attribute und Methoden
einer anderen Klasse übernimmt und (häufig) ergänzt.
Da der Karteikasten als Feld implementiert werden soll, bietet sich
beispielsweise die main - Funktion an.
Anschaulich bedeutet es, dass man beispielsweise eine Klasse PKW
erstellt hat. Später stellt sich heraus, dass noch zwei weitere
Objekte, nämlich ein Polizeiwagen und ein Rettungswagen,
abgebildet werden sollen.
Besäße der Karteikasten keine fixierte Anzahl von Karteikarten,
würde man eine spezielle Klasse Karteikasten erstellen, die
Methoden zum Einfügen und Entfernen von Karteikarten enthielte.
Eine solche Klasse könnte auch die Funktionalität zum Sortieren der
Karteikarten bereitstellen.
Einführung in das Programmieren
Es wäre nun unsinnig, für die Klassen Einsatzwagen nochmal alle
Attribute und Methoden des Klasse PKW zu implementieren, da diese
Eigenschaften und Fähigkeiten gleich sind.
198/249
Einführung in das Programmieren
200/249
Objektorientierung
Objektorientierung
Das folgende UML-Diagramm veranschaulicht die Vererbung:
PKW
...
// Konstruktor:
PKW(float Geschwindigkeit,
float Gewicht, String Kennzeichen)
{
this.Geschwindigkeit = Geschwindigkeit;
this.Gewicht = Gewicht;
this.Kennzeichen = Kennzeichen;
}
...
9
+Geschwindigkeit: float
+Gewicht: float
+Kennzeichen: String
+ausgeben(): void
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14
Einsatzwagen
+Dienststelle: String
+ausgeben(): void
15
Die Methode ausgeben() erscheint trotz Vererbung erneut in der
abgeleiteten Klasse Einsatzwagen, da sie dort einen anderen
Funktionskörper enthält. Eine solches Merkmal bezeichnet man als
Überschreiben.
17
Einführung in das Programmieren
16
18
201/249
Einführung in das Programmieren
Objektorientierung
Objektorientierung
Ein mögliche Implementierung für die Klasse PKW wäre z.B. folgende:
...
// Methoden:
void ausgeben()
{
System.out.println("Geschwindigkeit "
+ Geschwindigkeit + ", Gewicht "
+ Gewicht + ", " + Kennzeichen);
}
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1
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public class PKW
{
// Attribute:
float Geschwindigkeit;
float Gewicht;
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String Kennzeichen = "";
...
Einführung in das Programmieren
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}
Einführung in das Programmieren
204/249
Objektorientierung
Objektorientierung
Eine mögliche Implementierung für die Klasse Einsatzwagen wäre
z.B. folgende:
1
2
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8
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10
Da bei Erzeugung eines Objekts der Klasse Einsatzwagen
zunächst der Standardkonstruktor der Vaterklasse PKW aufgerufen
wird, muss die Klasse PKW noch um diesen Konstruktor ergänzt
werden, sonst erzeugt javac einen Compiler-Fehler:
public class Einsatzwagen extends PKW
{
// Attribute:
String Dienststelle = "";
// Konstruktor:
Einsatzwagen(float Geschwindigkeit,
float Gewicht, String Kennzeichen
String Dienststelle)
{
...
Einführung in das Programmieren
PKW()
{
// Hier passiert nichts.
}
205/249
Einführung in das Programmieren
Objektorientierung
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Objektorientierung
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21
22
23
}
...
24
25
Das Schlüsselwort extends ”erweitert” die Klasse PKW durch die
Klasse Einsatzwagen. Dadurch sind die Zuweisungen in den
Zeilen 11 – 13 zulässig, denn diese Attribute wurden von der Klasse
PKW ”geerbt”.
Einführung in das Programmieren
...
// Methoden:
void ausgeben()
{
super.ausgeben();
System.out.println("Dienststelle "
+ Dienststelle);
}
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...
this.Geschwindigkeit = Geschwindigkeit;
this.Gewicht = Gewicht;
this.Kennzeichen = Kennzeichen;
this.Dienststelle = Dienststelle;
11
207/249
}
Das Schlüsselwort super ruft die Methode ausgeben der
Vaterklasse auf, da ihr Funktionskörper soweit übernommen werden
kann. Lediglich die Ausgabe der Dienststelle wird von der Klasse
Einsatzwagen übernommen.
206/249
Einführung in das Programmieren
208/249
Applets
Objektorientierung
Applets sind kleine Anwendungen, die auf einer Internet-Seite in
einem eigenen Sicherheitskontext (sog. sandbox) ausgeführt
werden. Durch diesen Sicherheitskontext wird gewährleistet, dass
Applets keine persönlichen Daten auslesen oder private Daten
zerstören können.
Abschließend ist noch festzuhalten, dass alle Klassen eine
gemeinsame Oberklasse, die Klasse Object (vgl. Java - API Dokumentation) besitzen.
Darüber hinaus ist Mehrfachvererbung in Java im Gegensatz zu
anderen objektorientierten Programmiersprachen unzulässig.
Mit Applets werden einerseits multimediale Anwendungen
(beispielsweise Laufbänder oder interaktive Menüs) realisiert, oder
andererseits Anwendungen zur sicheren (verschlüsselten)
Kommunikation, wie beispielsweise Online-Banking-Applets,
bereitgestellt.
Jedoch gibt es in Java die Möglichkeit, Schnittstellen (technisch
durch das sog. interface realisiert) zu verwenden, um einer
Klasse mehrere Väterklassen zu geben. Auf die Verwendung von
Schnittstellen wird im nächsten Kapitel eingegangen.
Einführung in das Programmieren
Da ein Applet in einer Internet-Seite eingebettet ist, benötigt jedes
Applet eine sog. HTML-Seite, um ausgeführt zu werden.
209/249
Einführung in das Programmieren
211/249
Applets
Die allgemeine Struktur eines Applets sieht wie folgt aus:
1
import java.applet.*;
2
Applets
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Einführung in das Programmieren
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public class Beispiel extends Applet
{
public void init()
{
}
}
Einführung in das Programmieren
212/249
Applets
Applets
Die allgemeine Struktur eines Applets:
1
Die allgemeine Struktur eines Applets:
1
2
3
import java.applet.*;
4
2
3
5
...
6
Java liefert eine Menge nützlicher Funktionen zur Erstellung von
Applets in seiner Klassenbibliothek mit. Für Applets werden die
benötigten Klassen wie o.a. eingebunden.
Einführung in das Programmieren
1
Die ”main” - Funktion eines Applets ist die init - Funktion. Sie wird
aufgerufen, wenn der Browser die Internetseite geladen hat und sie
anzeigt. Neben der init - Funktion gibt es noch die destroy Funktion, die aufgerufen wird, wenn die Internet-Seite mit dem
Applet geschlossen wird.
213/249
4
5
Einführung in das Programmieren
Applets
Applets
Die allgemeine Struktur eines Applets:
Applets sind in vielen Fällen graphisch orientiert, das bedeutet, sie
stellen geometrische Objekte, Texte oder Steuerelemente, wie
Buttons oder Textfelder, dar.
import java.applet.*;
public class Beispiel extends Applet
{
...
In der Methode paint können sämtliche Zeichenoperationen
durchgeführt werden, angefangen von Linien, über Kreise bis hin zur
Textausgabe.
Jedes Applet ist eine Unterklasse des Klasse Applet. Die Klasse
Applet stellt dabei wichtige Funktionen bereit, die für jedes Applet
unverzichtbar sind, beispielsweise Start- und Stop-Funktionen.
Einführung in das Programmieren
215/249
Graphische Objekte werden in Java auf einer virtuellen Leinwand
gezeichnet. Diese virtuelle Leinwand existiert bereits zur Laufzeit
des Applets. Um diese Leinwand zu verändern, stellt die Klasse
Applet die Methode paint bereit.
2
3
import java.applet.*;
public class Beispiel extends Applet
{
public void init()
{}
}
Im folgenden wird ein Applet entwickelt, das auf einer gelben
Leinwand den Text ”Hallo Internet” ausgibt.
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Einführung in das Programmieren
216/249
Applets
1
2
Applets
import java.applet.*;
import java.awt.*;
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12
6
public class Beispiel extends Applet
{
public void init()
{
setBackground(Color.yellow);
}
public void paint(Graphics gra)
{
gra.drawString("Hallo Internet.", 10, 20);
}
}
Einführung in das Programmieren
7
8
9
10
11
...
public class Beispiel extends Applet
{
public void init()
{
setBackground(Color.yellow);
}
...
In der Methode init wird die Leinwand auf die Hintergrundfarbe
gelb gesetzt. Die Farbe gelb ist eine konstante Klassenvariable der
Klasse Color aus dem Paket java.awt.
217/249
Einführung in das Programmieren
Applets
Applets
...
public void paint(Graphics gra)
{
gra.drawString("Hallo Internet.", 10, 20);
}
12
1
2
3
13
import java.applet.*;
import java.awt.*;
...
14
15
16
17
Neben dem Paket java.applet wird nun auch noch das Paket
java.awt importiert. AWT ist das Akronym für abstract windowing
toolkit. Im AWT werden Klassen bereitgestellt, die zur Gestaltung von
graphischen Benutzeroberflächen (sog. GUIs) benötigt werden.
Einführung in das Programmieren
219/249
}
Die Methode paint ist in der Klasse Applet definiert. Sie wird
jedes Mal aufgerufen, wenn die Leinwand neu gezeichnet werden
muss. Eine Leinwand muss neu gezeichnet werden, wenn z.B. das
Applet von einem anderen Fenster verdeckt wurde.
218/249
Einführung in das Programmieren
220/249
Applets
Applets
Mittels appletviewer Beispiel.htm sieht das Ergebnis wie
folgt aus:
Wenn die Leinwand neu gezeichnet werden muss, wird die Methode
paint der Klasse Applet aufgerufen. Da diese Methode im Applet
Beispiel überlagert wurde, wird die o.a. paint-Methode
aufgerufen.
Die Leinwand wird technisch durch die Klasse Graphics realisiert
und besitzt im obigen Fall den Namen gra. Die Klasse Graphics
stellt z.B. folgende Methoden zur Verfügung: drawLine,
drawRectangle, drawOval und drawString.
!
"#
Die Methode drawString erwartet drei Parameter: Zunächst den
Text, der dargestellt werden soll und anschließend die Koordinaten
, an denen der Text gezeichnet werden soll.
Einführung in das Programmieren
221/249
Applets
Einführung in das Programmieren
223/249
Applets
Die benötigte HTML-Datei sieht wie folgt aus:
1
2
3
4
5
<HTML>
<APPLET code="Beispiel.class"
width=300 height=300>
</APPLET>
</HTML>
Als letztes Beispiel soll ein Applet entwickelt werden, dass bei einem
Klick einer Maustaste einen blauen Kreis auf schwarzem Hintergrund
zeichnet.
Dazu wird das bisherige Applet der Art erweitert, dass es auf
Ereignisse der Maus reagiert und die Koordinaten des Mauszeigers
an die Zeichenfläche weiterleitet.
Die Parameter width und height geben die Breite und Höhe des
eingebetteten Bereichs an, in dem das Applet läuft.
Einführung in das Programmieren
222/249
Einführung in das Programmieren
224/249
Applets
1
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Applets
import java.awt.*;
import java.applet.*;
import java.awt.event.*;
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25
public class Kreis extends Applet
implements MouseListener
{
int x = -1, y = -1;
public void init()
{
setBackground(Color.black);
...
Einführung in das Programmieren
26
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225/249
Einführung in das Programmieren
Applets
14
...
public
{}
public
{}
public
{}
public
{}
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}
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35
public void paint(Graphics g)
{
g.setColor(Color.blue);
if ( (x >= 0) && (y >= 0) )
g.fillOval(x - 5, y - 5, 10, 10);
}
...
Einführung in das Programmieren
227/249
Applets
...
addMouseListener(this);
13
15
...
public void mouseClicked(MouseEvent evt)
{
x = evt.getX();
y = evt.getY();
repaint();
}
...
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4
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41
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void mouseEntered(MouseEvent evt)
void mouseExited(MouseEvent evt)
void mouseReleased(MouseEvent evt)
void mousePressed(MouseEvent evt)
}
Einführung in das Programmieren
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1
2
3
Applets
Applets
Aufbau des Applets Kreis:
Wenn nun eine Methode eine Referenz auf ein Objekt von Typ
MouseListener erwartet, kann die Klasse Kreis angegeben
werden, da sie die zugehörige Schnittstelle implementiert.
import java.applet.*;
import java.awt.*;
import java.awt.event.*;
Eine Schnittstelle zu implementieren bedeutet, alle Methodenrümpfe
aus dem interface in der eigenen Klasse zu verwenden.
4
5
6
7
public class Kreis extends Applet
implements MouseListener
{
...
Damit müssen folgende Funktionen aus der Schnittstelle
MouseListener im Applet Kreis übernommen werden:
mouseClicked, mouseEntered, mouseExited, mousePressed
und mouseReleased.
Zunächst wird zum AWT - Paket das Paket java.awt.event
importiert. In diesem Paket sind verschiedene Klassen zur
Behandlung unterschiedlicher Ereignisse, wie z.B. Tastatur- und
Maus-Ereignisse, implementiert.
Einführung in das Programmieren
Das obige Applet benötigt nur die Methode mouseClicked. Somit
können die Methodenrümpfe der anderen Methoden weiterhin leer
gelassen werden.
229/249
Einführung in das Programmieren
Applets
Applets
Unter anderem befindet sich in diesem Paket die Schnittstelle
MouseListener. In dieser Schnittstelle sind alle Methoden
gesammelt, die sich mit Ereignissen der Maus befassen.
mouseClicked reagiert auf das Ereignis, wenn ein beliebiger
Mausknopf gedrückt und wieder losgelassen wurde.
Eine Schnittstelle ist technisch betrachtet eine Klasse ohne
Kontruktor und mit leeren Methodenrümpfen (sog. abstrakte Klasse).
Um eine Schnittstelle zu kennzeichnen, wird sie durch das
Schlüsselwort interface eingeleitet. Schnittstellen werden über
das Schlüsselwort implements in der eigenen Klasse eingebaut.
mouseEntered wird ausgelöst, wenn der Mauszeiger in eine
Steuerelement hingeschoben wird.
mouseExited wird ausgelöst, wenn der Mauszeiger das
Steuerelement wieder verlässt.
mousePressed reagiert auf das Ereignis, wenn ein beliebiger
Mausknopf gedrückt wird.
Schnittstellen dienen dazu, das Verbot der Mehrfachvererbung zu
umgehen. Im obigen Beispiel ist die Klasse Kreis beispielsweise
eine Unterklasse von Applet, besitzt also alle Methoden und
Attribute dieser Klasse. Darüber hinaus ist sie aber auch eine Klasse
vom Typ MouseListener.
Einführung in das Programmieren
231/249
mouseReleased wird ausgelöst, wenn ein beliebiger Mausknopf
losgelassen wird.
230/249
Einführung in das Programmieren
232/249
Applets
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11
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20
21
22
...
public void paint(Graphics g)
{
g.setColor(Color.blue);
if ( (x >= 0) && (y >= 0) )
g.fillOval(x - 5, y - 5, 10, 10);
}
...
Die Methode paint zeichnet einen blauen Kreis an den
. Die Korrektur der Koordinaten in
nichtnegativen Koordinaten
Zeile 21 liegt darin begründet, dass Java als Startkoordinaten für den
gefüllten Kreis nicht das Zentrum des Kreises verwendet, sondern
die linke obere Ecke eines Quadrats, in das der Kreis eingebettet
wird.
!
15
16
...
int x = -1, y = -1;
public void init()
{
setBackground(Color.black);
addMouseListener(this);
}
...
In den beiden Attributen x und y werden nach einem Mausklick die
aktuellen Koordinaten des Mauszeigers gespeichert, um später an
diesen Koordinaten den Kreis zu zeichnen. In Zeile 12 wird die
Hintergrundfarbe eingestellt.
Einführung in das Programmieren
"#
8
Applets
233/249
Einführung in das Programmieren
Applets
235/249
Applets
23
24
25
In der folgenden Zeile wird das Applet Kreis als ”Ereignis-Wächter”
für Mausereignisse registriert. Die Methode addMouseListener
erwartet ein Objekt vom Typ MouseListener.
26
27
28
Da die Klasse Kreis die Schnittstelle MouseListener
implementiert, kann einfach die Referenz auf sich selbst (this)
übergeben werden, um über entsprechende Mausereignisse
informiert zu werden.
29
...
public void mouseClicked(MouseEvent evt)
{
x = evt.getX();
y = evt.getY();
repaint();
}
...
Die Methode mouseClicked wird nach jedem Drücken eines
Mausknopfes aufgerufen. Die Klasse MouseEvent beschreibt das
Ereignis. Mittels evt.getX() lässt sich die -Koordinate des
Mauszeigers auslesen. Darüber hinaus ließe sich beispielsweise
noch auslesen, welcher Mausknopf gedrückt wurde.
Einführung in das Programmieren
234/249
Einführung in das Programmieren
236/249
Applets
Applets
Die benötigte HTML-Datei sieht wie folgt aus:
Nachdem die Koordinaten in die Attribute der Klasse Kreis
übertragen wurden, wird die Methode repaint() aufgerufen.
1
Diese Methode sorgt dafür, dass die aktuelle Leinwand für ungültig
erklärt wird, damit sie neu gezeichnet wird.
2
3
4
Wenn die Leinwand neu gezeichnet wird, verwendet die paint Methode die neuen Koordinaten, die nach dem Mausklick
ausgelesen wurden, und es wird an dieser Stelle ein neuer Kreis
gezeichnet.
Einführung in das Programmieren
5
Die Parameter width und height geben die Breite und Höhe des
eingebetteten Bereichs an, in dem das Applet läuft.
237/249
Applets
...
public
public
public
public
30
31
32
33
34
35
<HTML>
<APPLET code="Kreis.class"
width=300 height=300>
</APPLET>
</HTML>
Einführung in das Programmieren
239/249
Applets
Mittels appletviewer Kreis.htm sieht das Ergebnis wie folgt
aus:
void
void
void
void
mouseEntered(MouseEvent evt) {}
mouseExited(MouseEvent evt) {}
mouseReleased(MouseEvent evt) {}
mousePressed(MouseEvent evt) {}
}
Die o.a. Methoden stammen aus der Schnittstelle MouseListener
und müssen in der Klasse Kreis auftauchen, da sonst von javac
ein Compiler-Fehler erzeugt wird. Von den obigen vier Methoden
wird keine Funktionalität benötigt, darum ist der Methodenrumpf leer.
Einführung in das Programmieren
238/249
Einführung in das Programmieren
240/249
Dokumentation
Der Kommentar über mehrere Zeilen wird wie folgt verwendet:
1
2
3
Dokumentation
4
5
6
...
/* int zahl = 10;
zahl = zahl * 4;
System.out.println("Zahl=" + zahl);
*/
...
Somit werden alle Zeilen zwischen /* und */ während des
Compiler-Vorgangs ignoriert.
Einführung in das Programmieren
241/249
Einführung in das Programmieren
Dokumentation
243/249
Dokumentation
Der javadoc - Kommentar wird verwendet, um automatisch
Programmdokumentation des Quelltextes erzeugen zu lassen:
Bisher wurde nur ein einfacher Kommentarstil verwendet:
1
2
3
1
...
// int zahl = 10;
...
2
3
4
5
Java kennt allerdings noch zwei weitere Typen: Einen Kommentar,
der über mehrere Zeilen verläuft und den javadoc - Kommentar.
6
7
8
9
Einführung in das Programmieren
242/249
...
/** Folgende Funktion dient der Berechnung
der Fakultaet.
@param n
Eingabewert.
@return
Fakultaet von n.
*/
static int fakultaet(int n)
{
...
Einführung in das Programmieren
244/249
Dokumentation
Dokumentation
Nun kann über das Programm javadoc automatisch Dokumentation
erzeugt werden:
$ javadoc -private Fakultaet.java
Loading source file Fakultaet.java...
Constructing Javadoc information...
Standard Doclet version 1.4.2
Generating constant-values.html...
Building tree for all the packages and classes...
Building index for all the packages and classes...
Generating overview-tree.html...
Generating index-all.html...
...
Einführung in das Programmieren
Die Firma Sun, Hersteller der Programmiersprache Java, hat unter
http://java.sun.com/j2se/1.4.2/docs/api/
die Dokumentation zur Klassenbibliothek veröffentlicht. Dort werden
alle Pakete, Klassen und Schnittstellen beschrieben.
245/249
Einführung in das Programmieren
247/249
Ende
Einführung in das Programmieren
246/249
Einführung in das Programmieren
248/249
Bytecode, F. 10 plattformunabhängiger Zwischencode.
Literatur
[CU03]
Christian Ullenboom. Java ist auch eine Insel (2. Aufl.). Galileo
Computing, 2003.
C
[DWS02] Dr. Werner Struckmann. Programmieren I/II - Skript. 2001/2002.
case sensitive, F. 17 Relevanz von Groß- und Kleinschreibung.
[Krü03]
Guido Krüger. Handbuch der Java-Programmierung. AddisonWesley, 2003.
class, F. 22 Schlüsselwort und Auszeichnungsmerkmal der Objektorientierung von Java.
[NM97]
Petra Nootz and Franz Morick. C/C++ Referenz. Franzis, 1997.
CLASSPATH, F. 43 Liste von Verzeichnissen, die nach vorkompilierten JavaKlassen durchsucht werden sollen.
[SM03]
Sun Microsystems. Java 2 Platform, Standard Edition, v 1.4.2 API
Specification. http://java.sun.com/j2se/1.4.2/docs/api/, 2003.
Compiler, F. 64 Programm zur Übersetzung von Quellcode in Bytecode, hier:
javac.
current working directory, F. 44 aktuelles Arbeitsverzeichnis.
D
Einführung in das Programmieren
248-1/249
Einführung in das Programmieren
248-3/249
Glossar
Datentyp, F. 33 dient der Speicherung primitiver Daten, wie z.B. Zahlen oder
Zeichen.
A
Definite Assignment, F. 59 automatische Vorbelegung einer neuen Variable mit einem gültigen Wert.
Abbruchbedingung, F. 79 Bedingung, die zum Verlassen des Schleifenkonstrukts führt.
abstract windowing toolkit, F. 218 Klassen zur Erstellung von graphischen
Benutzeroberflächen (sog. GUIs).
Applets, F. 8 kleine Anwendungen, die auf Internetseiten eingebettet sind.
B
Bedingungen, F. 108 dienen zur alternativen Aufspaltung des Programmablaufs.
Block, F. 22 Anweisungen, die von geschweiften Klammern umgeben sind.
Einführung in das Programmieren
248-2/249
Distribution, F. 13 Programmbündel aus Kernel und Anwendungsprogrammen.
E
EIP classes, F. 40 vorkompilierte Java-Klassen mit Funktionalit äten, die während
dieses Praktikums benötigt werden.
Endlichen Automaten, F. 157 dienen der eindeutigen und vollst ändigen Beschreibung einer endlichen Anzahl von Zustandsveränderungen.
Endlosschleife, F. 81 Schleife mit (ungewollt) nicht eintretender Abbruchbedingung.
Einführung in das Programmieren
248-4/249
F
K
Felder, F. 33 nummerierte Reihung eines gleichartigen Daten- oder Referenztyps.
KDE, F. 15 komplettes Desktopsystem für Unix-artige Betriebssysteme.
Funktionskörper, F. 91 Anweisungsblock einer Funktion.
Klassenmethode, F. 185 Methoden einer Klasse, die nicht an die Lebensdauer eines bestimmten Objekts gebunden sind.
G
garbage collector, F. 171 Funktionalität von Java, unerreichbare Speicherstellen automatisch freizugeben.
globale Variablen, F. 98 Variablen, auf die von mehreren Funktionen zugegriffen werden kann.
H
Home-Directory, F. 19 Verzeichnis, in dem sich der Anwender direkt nach
dem Anmelden befindet.
Einführung in das Programmieren
Kernel, F. 13 Programm zur Verwaltung und Verteilung von Ressourcen.
248-5/249
HTML-Seite, F. 211 Beschreibungssprache für Internet-Seiten des World Wide Web.
Klassenvariablen, F. 184 Attribute einer Klasse, die nicht an die Lebensdauer eines bestimmten Objekts gebunden sind.
Kommentar, F. 242 dient zur Erhöhung der Lesbarkeit des Programmtextes
oder zur zeitweisen Deaktivierung von Anweisungen.
Konstanten, F. 183 Variablen, die zur Laufzeit nicht mehr verändert werden
können.
Konstruktor, F. 177 Spezielle Funktion einer Klasse, die zur Erzeugung eines Objekts dient.
Einführung in das Programmieren
248-7/249
L
Lebensdauer, F. 87 Gültigkeit von Variablen oder Funktionen.
Logische Operatoren, F. 128 dienen zum Vergleich von booleschen Werten.
I
import, F. 41 Einbindung eines fremden Pakets im eigenen Quelltext.
Integer, F. 94 Primitiver Datentyp zur Aufnahme von ganzzahligen Werten.
M
Interpreter, F. 10 Programm zur Ausführung des plattformunabhängigen Zwischencodes, hier: java.
main, F. 26 Einstiegspunkt in ein Programm für den Java-Interpreter.
Methodenrumpf, F. 238 Anweisungsblock einer Methode.
Iteration, F. 77 Schleifendurchlauf.
N
J
new, F. 50 Schlüsselwort der Objektorientierung zur Erzeugung eines neuen Elements.
Java, F. 7 plattformneutrale Programmiersprache der Firma Sun.
Einführung in das Programmieren
248-6/249
Einführung in das Programmieren
248-8/249
Relationale Operatoren, F. 125 dienen zum Vergleich von Ausdrücken zur
Erzeugung eines booleschen Rückgabewerts.
O
Objekt, F. 177 Konkrete und einmalige Ausprägung einer Klasse.
Objektorientierung, F. 23 Programmierparadigma zur alternativen Betrachtung eines Ausgangsproblems.
S
Schleifen, F. 56 Konstrukte zur gesteuerten Wiederholung von Anweisungen.
P
Parameterliste, F. 87 Liste von Argumenten, die einer Funktion oder einem
Konstruktor übergeben werden müssen.
Postinkrement-Anweisung, F. 73 zunächst wird der Wert der Variablen gelesen, bevor er erhöht wird.
Präinkrement-Anweisung, F. 73 zunächst wird der Wert der Variablen erhöht,
bevor er gelesen wird.
Schleifenkörper, F. 76 Anweisungsblock, der mehrfach wiederholt werden
kann.
Schleifenkopf, F. 76 Kontroll- und Steuerkonstrukt einer Schleife.
Schnittstelle, F. 230 Abstrakte Klasse zur Ermöglichung von Mehrfachvererbung.
Scoping, F. 101 Gültigkeit einer deklarierten Variable.
Primitive Datentypen, F. 58 dienen der Speicherungen von Zahlen und Ziffern, z.B. int oder char.
Shell, F. 16 mächtige Eingabeaufforderung zur direkten Eingabe von Befehlen.
Einführung in das Programmieren
Einführung in das Programmieren
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Prozeduren, F. 30 Funktionen, die keinen Rückgabewert liefern und damit
das Schlüsselwort void tragen.
Short-Circuit-Evaluation, F. 131 teilweise Auswertung eines Wahrheitsausdrucks.
public, F. 22 Schlüsselwort und Auszeichnungsmerkmal der Objektorientierung von Java.
Sichtbarkeit, F. 87 siehe Sichtbarkeitsoperatoren.
Sichtbarkeitsoperatoren, F. 23 dienen der Einschränkung des Zugriffs auf
Klassen, Variablen oder Funktionen.
Q
Signatur, F. 91 Art und Reihenfolge von Parametern einer Funktion.
Quelltext, F. 21 Programmcode in lesbarer Form für Menschen.
Standardkonstruktor, F. 188 Konstruktor ohne Argumentenliste.
R
static, F. 29 Schlüsselwort und Auszeichnungsmerkmal der Objektorientierung von Java.
Referenztyp, F. 31 enthält den Verweis auf eine Speicherstelle, an der sich
die eigentlichen Daten befinden.
Rekursionen, F. 113 wiederholtes Aufrufen der eigenen Funktionen. Beispiel: Fakultätenfunktion.
Einführung in das Programmieren
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STDOUT, F. 37 Ausgabekanal für System.out.
String, F. 30 Datentyp, der Zeichenketten aufnehmen kann.
T
Einführung in das Programmieren
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TurtleScreen, F. 50 Java-Klasse zur Darstellung eines graphischen Fensters, auf dem sich eine Schildkröte bewegen kann.
U
Umgebungsvariable, F. 45 Parameter in der Shell.
UML-Diagramm, F. 201 ist ein Element der Unified Modelling Language zur
Modellierung von objektorientierten Zusammenhängen.
Unicode-Buchstaben, F. 60 Zeichentabelle für bis zu 4.294.967.296 Zeichen.
V
Vererbung, F. 200 Ableiten einer neuen Klasse unter Zuhilfenahme der Attribute und Methode einer vorhandenen Klasse.
Einführung in das Programmieren
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void, F. 35 Leerer Datentyp, der angegeben wird, wenn kein Rückgabewert
benötigt wird.
W
Wahrheitstabellen, F. 129 tabellarische Auswertung eines Wahrheitsausdrucks.
Y
y-Nummer, F. 14 Anmeldungskennziffer, im Rechenzentrum erhältlich.
Z
Zählvariable, F. 78 dient zur Steuerung des Schleifenkörpers durch den Schleifenkopf.
Einführung in das Programmieren
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