Datenformate

Datenformate
DVG1 - 05 - Datenformate
1
Speicherhierarchie
Prozessor, Register, CPU
sehr schnell, sehr teuer, sehr klein
1 ns, 1 $/Byte, 1kByte
Hauptspeicher, RAM
DVG1 - 05 - Datenformate
schnell, mäßig teuer, mäßig groß
60 ns, 10-3 $/Byte, 1 GByte
Externe Speicher, Platten, Bänder
langsam, billig, riesig
10 ms...1 min, 10-9 $/Byte, 100 GByte...1 PByte
2
Kleinste Speichereinheit: 1bit
ja - nein
wahr - falsch
0-1
Strom fließt - Strom fließt nicht
Ladung gespeichert - Ladung nicht gespeichert
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größere Mengen:
1 kbit = 210 bit = 1024 bit
~ 103 bit
1 Mbit = 220 bit = 1024 kbit =
1048576 bit ~ 106 bit
1 Gbit = 230 bit = 1024 Mbit =
1073741824 bit ~ 109 bit
1 Tbit = 240 bit = 1024 Gbit =
1099511627776 bit ~ 1012 bit
1 Pbit = 250 bit = 1024 Tbit = 1125899906842624 bit ~ 1015 bit
.......
3
drei bit werden zu einer Oktalziffer zusammengefaßt
000...111
0...7
Zahlen, die mit einer „0“ beginnen werden als Oktalzahlen
interpretiert.
DVG1 - 05 - Datenformate
vier bit werden zu einer Hexadezimalziffer zusammengefasst
0000 ... 1111
0 ... F
Zahlen, die mit „0x“ beginnen werden als Hexadezimalzahlen
interpretiert.
8 bit = 1 Byte
00000000 ... 11111111
0 ... 255
Analog bit gibt es kByte, MByte, GByte, TByte, PByte ...
Byte: 0x00 ... 0xFF
4
Primitive Datentypen
DVG1 - 05 - Datenformate
Allgemeine Form:
typ name = wert;
z.B.:
int i = 12;
Variable name mit dem Typ typ wird direkt im Speicher angelegt
und mit dem Wert wert initialisiert.
Wird
typ name;
benutzt, werden die Standardwerte zur Initialisierung benutzt.
Standardwert ist immer „alle bit 0“.
Zu jedem primitiven Datentyp gibt es einen „Wrapper Typ“
(Umschlag Typ). Mit dieser kann man Objekte von dem Typ mit new
erzeugen.
5
boolean
Logischer Wahrheitswert
Ergebnis logischer Ausdrücke
mögliche Werte: false, true
Standardwert: false
Wrapper Typ: Boolean
boolean schalter = true;
DVG1 - 05 - Datenformate
schalter = false;
if (schalter) { .... }
else { .... }
schalter = !schalter;
schalter = (n > 5) & (i < 3);
6
char
Ein Zeichen des Unicodes
mögliche Werte: 0x0000 ... 0xFFFF. Konstanten, der Form
'\uxxxx' werden als Unicode-Zeichen in Hexadezimaldarstellung
interpretiert.
z.B.:
'0' = 48 = '\u0030' = 0x0030
'A' = 65 = '\u0041' = 0x0041
'a' = 97 = '\u0061' = 0x0061
DVG1 - 05 - Datenformate
enthält die Zeichen vieler Sprachen, z.B. griechisch, kyrillisch,
arabisch, chinesisch (?) ....
Programmtexte können alle Unicode-Zeichen benutzen. Es kann
z.B. eine Variable µ definiert werden.
Standardwert: '\u0000'
Wrapper Typ: Char
char und boolean sind die einzigen vorzeichenfreien Datentypen.
7
byte, short, int, long
Verschieden lange ganze Zahlen
Länge: byte 8 bit; short 16 bit; int 32 bit; long 64 bit
mögliche Werte: alle ganzen Zahlen zwischen
-2l-1 und 2l-1-1, l = Länge des Typs (8, 16, 32, 64)
interne Darstellung: im „zweier-Komplement“, d.h.
0x00 ... 0x7F entspricht den positiven Zahlen
0x80 ... 0xFF entspricht den negativen Zahlen, wert = wert - 256
0x00 ...
0x7F 0x80 0x81 ...
0xFF
0
...
127
128
129
...
255
0
...
127
-128 -127 ...
-1
long-Konstanten enden mit „L“, z.B. 321L
Alle anderen ganzzahligen Konstanten sind immer int.
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Standardwert: 0
Wrapper Typen: Byte, Short, Integer, Long
8
float, double
Gleitkommazahlen, werden im IEEE 754 Format gespeichert
Länge: float 32 bit; double 64 bit
1.4 10-45 < |float| < 3.4 10+38
4.9 10-324 < |double| < 1.7 10+308
zusätzlich +0, -0, +unendlich, -unendlich, keineZahl (NaN)
alle Operationen sind zulässig und liefern definierte Resultate
z.B:
1/+0 = +unendlich
1/-0 = -unendlich
+0/+0 = NaN
float-Konstanten enden mit „f“, z.B. -1.234e23f
double-Konstanten enden mit „d“, z.B. 1.234567e-243d
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Standardwert: 0.0f , 0.0d
Wrapper Typ: Float, Double
9
void
void ist der Rückgabewert von Funktionen, die keinen Wert
zurückgeben.
Wrapper Typ: Void
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Zusammenfassung
DVG1 - 05 - Datenformate
Typ
boolean
char
byte
short
int
long
float
double
void
Größe
1 bit
16 bit
8 bit
16 bit
32 bit
64 bit
32 bit
64 bit
-
Minimum
Unicode 0
-128
15
-2
31
-2
63
-2
IEEE 754
IEEE 754
-
Maximum
16
Unicode 2 -1
127
15
2 -1
31
2 -1
63
2 -1
IEEE 754
IEEE 754
-
Wrapper Typ
Boolean
Char
Byte
Short
Integer
Long
Float
Double
Void
11
DVG1 - 05 - Datenformate
Gemeinsame Eigenschaften der primitiven Datentypen:
belegen einen feste Speichermenge,
1bit (boolean)
1 Byte (byte)
2 Byte (char, short)
4 Byte (int, float)
8 Byte (long, double)
Variable von primitiven Typen werden direkt im Speicher
angelegt
z.B. bewirkt die Anweisung
double x = 1.0d;
die Reservierung von 8Byte Speicher und
die Initialisierung mit dem Wert 1.0d
12
Bezeichner
DVG1 - 05 - Datenformate
bestehen aus
Buchstaben (a-z, A-Z, Unicode)
Ziffern (0-9)
Sonderzeichen (´_´ und ´$´)
beginnen nie mit einer Ziffer
z.B.:
zulässig sind
abcd123
xy$05
märz_23
nicht zulässig sind
123xy
märz-23
13
Gültigkeit von Bezeichnern
DVG1 - 05 - Datenformate
Variable bekommen in der Anweisung Speicherplatz
zugewiesen, in der sie vereinbart werden.
Der Platz den Variable belegen wird am Ende des Blockes
freigegeben, in dem sie vereinbart wurden.
Z.B.:
float f (float x)
{
int i=3;
i=i+1;
float x0 = 0;
x=x+x0;
return Math.abs(x);
}
i ist in dem ganzen Block bekannt, x0 nur in der zweiten Hälfte
14
float f (float x)
{
int i=0;
while (i<10)
{
float y=i*3.14159f;
DVG1 - 05 - Datenformate
System.out.println(i+"*pi="+y);
i=i+1;
}
}
i ist im ganzen Block bekannt
y ist nur in dem inneren Block bekannt
15
Literale
DVG1 - 05 - Datenformate
Festkommaliteral
enthält nur Ziffern und < 231 ==> int z.B. 12345
enthält nur Ziffern und >=231 oder endet mit l oder L ==> long
z.B. 12345L
beginnt mit 0x oder 0X ==> hexadezimale Darstellung
beginnt mit 0 ==> oktale Darstellung
Gleitkommaliteral
enthält Ziffern, einen ´.´ oder ein ´e´ oder ´E´ ==> float
z.B.: 3.14159, 3.3333e-1, 2345E22
wenn ein ´d´ oder ´D´ angehängt wird ==> double
z.B.: 3.14159d, 3.3333e-1D, 2345E22d
logisches Literal
true und false
16
Alphanumerische Literale
ein Zeichen in Hochkomma eingeschlossen
Unicodezeichen mit
\ddd (octal), führende Nullen können entfallen
\udddd (hexadezimal)
z.B: ´A´ = ´\101´ = ´\u0041´ ; ´ ´ = ´\40´ = ´\u0020´
besondere Zeichen
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Zeilenschaltung
Tabulaturzeichen
Rückschritt
Wagenrücklauf
Seitenvorschub
Apostroph/Hochkomma
Anführungszeichen
Umgekehrter Schrägstrich
\n
\t
\b
\r
\f
\'
\"
\\
(\u000A)
(\u0009)
(\u0008)
(\u000D)
(\u000C)
(\u0027)
(\u0022)
(\u005C)
17
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Zeichenkettenliteral
Beliebige Folge von Zeichen, die in Anführungszeichen
eingeschlossen sind.
Z.B.:
"Hello, World!"
"\u0048\u0065\u006C\u006c\u006f\u002c\u0020\u
0057\u006f\u0072\u006C\u0064\u0021"
"\110\145\154\154\157\54\40\127\157\162\154\1
44\41"
18
Typumwandlungen
DVG1 - 05 - Datenformate
Implizit immer in „größere“ Typen, d.h
byte ==> int
char ==> int
short ==> int
int ==> long
float ==> double
byte, char, short, int, long ==> float,
double
byte und short werden vor der Verarbeitung immer nach int
konvertiert
Explizite Umwandlung durch „casting“ : (typ)ausdruck
z.B.:
short s;
byte b = (byte)s;
Umwandlung kann mit Informationsverlusten verbunden
sein!
19
Operationen mit Festkommazahlen
DVG1 - 05 - Datenformate
Unäre Operatoren
Negation „-“
Bit-Komplement „~“
bitweises ersetzen der 0 durch 1 und umgekehrt
Inkrement „++“
j = ++i <==> i=i+1; j=i; (Präinkrement)
j = i++ <==> j=i; i=i+1; (Postinkrement)
Dekrement „--“
j = --i <==> i=i-1; j=i; (Prädekrement)
j = i-- <==> j=i; i=i-1; (Postdekrement)
20
int i;
DVG1 - 05 - Datenformate
i
1
0
-1
255
-255
2147483647
-2147483648
-i
-1
0
1
-255
255
-2147483647
-2147483648
~i
-2
-1
0
-256
254
-2147483648
2147483647
++i
2
1
0
256
-254
-2147483648
-2147483647
--i
0
-1
-2
254
-256
2147483646
2147483647
21
DVG1 - 05 - Datenformate
Binäre Operatoren
Addition „+“
Subtraktion „-“
Multiplikation „*“
Division „/“ mit Rundung zur Null
Modulo „%“
a%b = a - (a/b)*b
bitweise Verschiebung nach links „<<“
a << b, die Binärdarstellung von a wird um (b%L) Stellen
nach links verschoben, rechts wird mit „0“ aufgefüllt. L ist
die Länge von a (byte 8, char und short 16, int 32, long
64)
bitweise Verschiebung nach rechts unter Berücksichtigung
des Vorzeichens „>>“
a >> b, die Binärdarstellung von a wird um (b%L) Stellen
nach rechts verschoben, dabei wird von links mit dem
ersten bit aufgefüllt
22
DVG1 - 05 - Datenformate
bitweise Verschiebung nach rechts ohne Berücksichtigung
des Vorzeichens „>>>“
a >>> b, die Binärdarstellung von a wird um (b%L)
Stellen nach rechts verschoben, dabei wird von links mit
„0“ aufgefüllt
logische Operatoren
bitweises logisches „und“ : „&“
bitweises logisches „oder“ : „|“
bitweises logisches „exklusives oder“ : „^“
Vergleichoperatoren „>“, „<“, „>=“, „<=“, „==“, „!=“
ergeben immer boolsche Werte
23
DVG1 - 05 - Datenformate
i
1
0
-1
255
-255
256
-256
1
0
-1
255
-255
256
-256
j
2
2
2
2
2
2
2
4
4
4
4
4
4
4
i+j
3
2
1
257
-253
258
-254
5
4
3
259
-251
260
-252
i<<j i>>j
i>>>j i&j
i|j
i^j
4
0
0 0
3
3
0
0
0 0
2
2
-4
-1 1073741823 2
-1
-3
1020 63
63 2 255 253
-1020 -64 1073741760 0 -253 -253
1024 64
64 0 258 258
-1024 -64 1073741760 0 -254 -254
16
0
0 0
5
5
0
0
0 0
4
4
-16
-1 268435455 4
-1
-5
4080 15
15 4 255 251
-4080 -16 268435440 0 -251 -251
4096 16
16 0 260 260
-4096 -16 268435440 0 -252 -252
24
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Ternärer Operator „?:“
boolausdr ? ausdruck1 : ausdruck2 ;
boolausdr == true ==> ausdruck1
boolausdr == false ==> ausdruck2
Zuweisungsoperatoren
Zuweisung „=“
kombinierte Zuweisung „op=“ , wobei op ein beliebiger
binärer Operator ist. i op= j ist äquivalent zu i = i op j. z.B.:
i += 1 <==> i = i+1 <==> i++
i <<= 4 <==> i = i << 4
Zuweisungsoperatoren besitzen den Wert, der zugewiesen
wird. Daher können sie in Ausdrücken wiederverwendet
werden. Z.B.:
i = 1 + (j=3*5) *7; ==> j=15; i=106;
i = (j = 999); ==> j=999; i=999;
25
Operationen mit Gleitkommazahlen
Folgende Operatoren arbeiten bei Gleitkommazahlen analog zu
Festkommazahlen:
Unäre Operatoren : „-“, „++“, „--“
Binäre Operatoren : „+“, „-“, „*“, „/“, „%“, „>“, „<“, „>=“, „<=“,
„==“, „!=“
ternärer Operator : „?:“
Zuweisungsoperatoren : „=“, „op=“
DVG1 - 05 - Datenformate
26
Operationen mit Zeichenketten
Verkettung „+“
string1 + string2 ergibt die Zeichenkette, die aus
Aneinanderhängen der Zeichenketten string1 und string2
entsteht. Z.B.:
“Hallo, “ + “World!“ ergibt “Hallo, World!“
DVG1 - 05 - Datenformate
27
Operationen mit boolschen Werten
DVG1 - 05 - Datenformate
Negation "!"
Operatoren mit unverkürzter Auswertung
und „&“, oder „|“, exklusives oder „^“
Die Ausdrücke werden ausgewertet auch wenn das
Ergebnis schon sicher ist. Z.B
b=(i > j) | f(j) ; Wenn i>j ist, müsste f(j) nicht aufgerufen
werden um b zu bestimmen. Wird aber doch aufgerufen.
Operatoren mit verkürzter Auswertung
und „&&“, oder „||“
Die Ausdrücke werden nur soweit ausgewertet, bis das
Ergebnis des Ausdruckes bekannt ist.
28
Reihenfolge von Operatoren
• Die Operationen werden der
Priorität nach abgearbeitet.
• Bei gleicher Priorität werden die
Operatoren von links nach rechts
abgearbeitet.
• Zuweisungsoperatoren werden
von rechts nach links abgearbeitet.
DVG1 - 05 - Datenformate
15
14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
. [] ()
- ++ -- ! ~ instanceof
*/%
+<< >> >>>
< > <= >=
== !=
&
^
|
&&
||
?:
= op=
,
29