legt das gewünschte Eingabe-/Ausgabe

SWE-10b
1.1. Aufgabenbeschreibung und Algorithmus
wohl-spezifizierte Aufgabenbeschreibung:
legt das gewünschte Eingabe-/Ausgabe-Verhalten fest
Eingabe: Zahl1 und Zahl2
Ausgabe: zuerst die Summe und danach das Produkt
beider Zahlen
Algorithmus:
Berechnungsverfahren für wohl-spezifizierte Aufgabenbeschreibung
lies Eingabe Zahl1 und lies Eingabe Zahl2
berechne Summe beider Zahlen
gib berechnete Summe aus
berechne Produkt aus Zahl1 und Zahl2
gib berechnetes Produkt aus
SWE-10c
Programm:
Codierung eines Algorithmus in einer Programmiersprache
class Summe_und_Produkt
{
public static void main ( String[ ] args )
{
int zahl1 , zahl2 , summe , produkt ;
}
}
// nötiger Rahmen
// hier geht es los
// Variablen deklarieren
// ... Hier zahl1 und zahl2 einlesen ...
// einlesen
summe = zahl1 + zahl2 ;
System . out . println ( summe ) ;
produkt = zahl1 * zahl2 ;
System.out.println ( produkt ) ;
// Summe berechnen
// Summe ausgeben
// Produkt berechnen
// Produkt ausgeben
SWE-11
Warum Java als erste Programmiersprache?
• konsequent objektorientiert, klassenbasiert
• statisch typisiert:
Übersetzer prüft typkorrekte Benutzung der Sprachkonstrukte (wie z. B. in Pascal, C++)
• Java ist weit verbreitet und leicht verfügbar; Java-Programme sind portabel.
Übersetzung in die Zwischensprache (Java Bytecode) einer abstrakten Maschine
(JVM: Java Virtual Machine). Sie interpretiert das Programm (wie in Smalltalk).
Das ist portabel aber weniger effizient als die Ausführung von Maschinen-Code.
• Umfangreiche Klassenbibliotheken (API: Application Programming Interface).
• Programmierung für das WWW (Applets, Netzzugriffe, Laden von Modulen)
• Aber: Java ist noch jung und verbreitet sich stürmisch.
© 1999 bei Prof. Dr. Uwe Kastens
Zukünftig notwendige Sprachänderungen können teuer werden.
SWE-12
Beispiel: Welcome
class Welcome
{
- Rahmen
/* Welcome to Java! Program
by J M Bishop Dec 96
Illustrates a simple program displaying a message. */
- zweizeiliger Kommentar
public static void main (String [] args)
{
System.out.println(”Welcome to Java”);
}
}
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Figure 2.1 Welcome to Java!
- Hauptprogramm
- Aufruf einer Ausgabefunktion
SWE-16
Ausführung von Java-Programmen
Editor
Quellmodul
m1.java
JavaÜbersetzer
m2.class
m1.class
m3.class
Java Modulbibliotheken
auf Rechnern am
Internet
Zielmodule
in Java-Bytecode
Internet
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Browser
Eingabe
Java-Bytecode
Interpretierer
Ausgabe
Java-Bytecode ist maschinenunabhängig
und wird von einem
Interpretierer-Programm ausgeführt
SWE-17
Variable und Zuweisung
Eine Variable ist ein Name im Programm für eine Stelle im Speicher, die einen Wert enthält.
Eine Zuweisung bestimmt oder ändert den Wert einer Variablen.
Eine Deklaration bindet Namen an neue Variable.
Sie können nur Werte des angegebenen Typs aufnehmen.
Die Bindung gilt nur in einem bestimmten Bereich des Programms (Gültigkeitsbereich).
Die Variablen existieren im Speicher nur für eine bestimmte Zeit (Lebensdauer).
Formen von Variablendeklarationen:
Typ
Name;
Typ
Name1, Name2, ...;
int year;
double cDegree, fDegree;
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Zuweisungen:
Variable =
cDegree =
fDegree =
cDegree =
Typ
int
Name = Initialwert;
msgNo = 1;
Ausdruck;
10.0;
cDegree * 9 / 5 + 32;
cDegree + 10;
Variable und Zuweisungen sind das Grundprinzip imperativer Sprachen:
Der Programmzustand wird bestimmt durch eine Menge von Variablen mit ihren Werten.
Zuweisungen im Programmablauf verändern den Zustand.
SWE-24
Datentypen
Ein Datentyp bestimmt eine Wertemenge und Operationen darauf.
Datentypen in Java:
numerische Werte:
logische Werte:
Zeichen:
Objektreferenzen:
byte, short, int, long, float, double
boolean
char
Name einer Klasse (oder eines Interface)
Eine Variable hat einen Typ, d. h. sie kann Werte aus der Wertemenge aufnehmen.
Ein Ausdruck hat einen Typ, d. h. seine Auswertung liefert einen Wert aus der Wertemenge.
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Literale: Notation für Werte im Programmtext, z. B.
127
’?’
null
Operatoren verknüpfen Werte bestimmter Typen, z. B.
Operator
Signaturen
Typen der Operanden -> Ergebnistyp
+
int × int -> int
long × long -> long
float × float -> float
double × double -> double
String × String -> String
Der Operator + ist hier mit fünf Bedeutungen überladen; sie werden an den Operandentypen
unterschieden.
SWE-25
Logische Werte
Typname:
Werte:
boolean
true false
Vergleichsoperatoren liefern Werte vom Typ boolean: == != > < >= <=
logische Operatoren verknüpfen Werte vom Typ boolean:
und
oder
ausschließendes oder
nicht
&
|
^
!
Beispiele:
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boolean istRentner, istJugendlich, hatArbeit, freierEintritt;
int alter;
...
istRentner = alter >= 65;
freierEintritt = (istRentner | istJugendlich) & !hatArbeit;
Operatoren und, oder mit Kurzauswertung, d. h. wenn der linke Operand das Ergebnis
bestimmt, wird der rechte nicht mehr ausgewertet: &&
||
Beispiel:
anzahl != 0 && summe / anzahl > 10
Ausgabe logischer Werte:
System.out.println ("It is " + hatArbeit + " that he is employed");
It is true that he is employed
SWE-26
Zeichen
Typname:
Wertemenge:
Literale:
char
einzelne Zeichen aus einem Zeichensatz (Unicode)
’a’ ’?’
Der Zeichensatz enthält Buchstaben, Ziffern, Sonderzeichen, z. B. ’B’
nicht druckbare Zeichen mit spezieller Bedeutung, z. B. ’\b’
und viele Zeichen aus nicht-lateinischen Schriften, z. B.
Der Zeichensatz ist geordnet, z. B.
’\t’
’⊗’
’6’
’#’
’ ’
’\n’
’\u2297’ für ⊗
’a’ < ’b’
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Werte vom Typ char nicht verwechseln mit Zeichenreihen!
Das sind Objekte der Klasse String.
Es gibt Literale für String-Objekte, z. B. "Welcome"
"#"
SWE-27
Numerische Typen
Typname
byte
short
int
long
float
double
Literale:
Speicher (Bits)
8
16
32
64
32
64
kleinster Wert
-128
-32768
-2147483648
< - 1018
< -1038
< -10308
int:
123
077
0xff
float: 3.14f 6.022e+23f
größter Wert
127
32767
2147483647
> 1018
> 1038
> 10308
long:
21L
double: 3.14
1e137
1e-9d
numerische Operatoren: + - * /
% (modulo)
- (unär)
Signaturen: int × int -> int
float × float -> float
long × long -> long
double × double -> double
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Konversion (allgemein, nicht nur numerisch):
Wandlung eines Wertes eines Typs in einen entsprechenden Wert eines anderen Typs.
implizite Konversion, wenn nötig:
byte -> short -> int -> long -> float -> double
explizite Konversion durch Type Cast:
float kilograms; double estimate = 45;
kilograms = (float) (estimate * 1.2);
SWE-29
Iteration mit for-Schleifen
for-Schleifen dienen zur Formulierung iterativer Berechnungen. Sie haben die Form:
for ( Initialisierung; Bedingung; Fortschaltung)
{ Schleifenrumpf
}
Ausführung:
Initialisierung: Deklaration(en) oder Zuweisung(en) für
Schleifenvariable; Deklarationen sind in der ganzen
Schleife gültig.
Initialisierung
Bedingung
Bedingung: logischer Ausdruck, Vorbedingung für die
(erneute) Ausführung des Schleifenrumpfes
Schleifenrumpf
Fortschaltung: Anweisungen, die die Werte der
Schleifenvariable(n) ändern
Fortschaltung
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Beispiel:
for (int zaehler = 0; zaehler < 5; zaehler++)
{ System.out.println ("******");
}
Eine Schleife terminiert, wenn es einen Wert gibt, der in jeder Iteration
monoton wächst (fällt) und nach oben (unten) begrenzt ist.
SWE-30
Präzedenz von Operatoren
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Die Präzedenz von Operatoren bestimmt die Struktur von Ausdrücken. Ein Operator höherer
Präzedenz bindet die Operanden stärker als ein Operator geringerer Präzedenz.
Mit der Tabelle unten gilt z. B.
a + b * c ist gleichwertig zu a + (b * c).
unäre Operatoren ~ ! -- ++ + - cast
* / %
+ >> << >>>
< > <= >= instanceof
== !=
&
^
|
&&
||
bedingter Ausdruck b ? e1: e2
Zuweisung
hohe Präzedenz
geringe Präzedenz
Bei gleicher Präzedenz bindet der linke Operator stärker als der rechte (außer bei Zuweisungen
und bedingten Ausdrücken), z. B.
a - b + c ist gleichwertig zu (a - b) + c
SWE-31
Elementare Anweisungsformen
• Zuweisung:
Variable = Ausdruck;
• Alternative:
if (Bedingung) Anweisung else Anweisung
Die Bedingung wird ausgewertet; ergibt sie wahr,
so wird die erste sonst die zweite Anweisung ausgeführt.
if (Bedingung) Anweisung
Die Anweisung wird nur ausgeführt, wenn die Bedingung
Beispiel:
wahr liefert.
Größter gemeinsamer Teiler
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• Schleife:
while (Bedingung) Anweisung
{ int a, b;
Solange die Auswertung der Bedingung wahr ergibt,
a = Text.ReadInt(in);
wird die Anweisung ausgeführt.
b = Text.ReadInt(in);
do Anweisung while (Bedingung);
Die Anweisung wird ausgeführt und solange wiederholt,
while (a != b)
wie die Bedingung wahr liefert.
{
• Folge (Block):
{ Anweisung ... Anweisung }
if (a > b)
Die Anweisungen (und Deklarationen) werden
a = a - b;
nacheinander ausgeführt. Der Block kann für eine
else b = b - a;
Anweisung stehen.
}
• Aufruf:
Funktionsname (Parameterausdrücke);
System.out.println(a);
Die Ausdrücke werden ausgewertet und
}
die Funktion mit den Parameterwerten aufgerufen.
SWE-32
Funktionen (Methoden)
Übersicht:
• Funktionen dienen zur Gliederung von Programmen.
Eine Funktion soll eine übersichtliche Teilaufgabe erledigen.
• Eine Funktion kann Parameter verwenden, deren Werte erst im Aufruf angegeben werden.
• Eine Funktion berechnet ein Ergebnis und/oder verändert den Zustand in ihrer Umgebung.
• Methoden sind Funktionen, die auf den Variablen von Objekten (oder Klassen) operieren.
Funktionsdeklaration:
Modifizierer Ergebnistyp Funktionsname
static
double
(formale Parameter) Block
toFahrenheit (double celsius)
{ return celsius * 9 / 5 + 32;}
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Funktionsaufruf:
Funktionsname (aktuelle Parameter)
double cDegree = 10; double fDegree;
fDegree = toFahrenheit (cDegree);
System.out.println (toFahrenheit (cDegree+10));
SWE-33
Aufruf, Parameter, Ergebnis
• Zur Ausführung eines Aufrufes wird Speicher angelegt für die formalen Parameter, das
Ergebnis und die lokalen Variablen der Funktion.
• Parameterübergabe call-by-value: Die formalen Parametervariablen werden mit den
Werten der entsprechenden aktuellen Parameter initialisiert.
• Eine Anweisung
return Ausdruck;
beendet den Aufruf und bestimmt sein Ergebnis.
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Beispiel GGT als Funktion:
Aufrufe:
int ggt (int a, int b)
int g;
{ while (a != b)
{
if (a > b)
a = a - b;
else b = b - a;
}
return a;
}
g = ggt(90, 54);
System.out.print(ggt(36, 54));
g = ggt(g, 4);
SWE-34
Funktionen ohne Ergebnis (Prozeduren)
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Funktionen können eine Änderung ihrer Umgebung (Zustand, Ein-, Ausgabe) bewirken,
statt ein Ergebnis zu berechnen. Sie werden dann als Anweisungen aufgerufen.
(Zustandsändernde Funktionen mit Ergebnis sind möglich aber fragwürdiger Stil.)
Beispiel:
Aufrufe und Ausgabe:
void aLine (int width, char c)
{ System.out.print (’=’);
int i = 2;
aLine(7, ’5’);
while (i < width)
=55555=
{ System.out.print (c); i = i+1; }
System.out.println (’=’);
}
void aTicket (int width, int depth, char c)
{ aLine (width, ’=’);
aTicket(7, 6, ’5’);
int i = 2;
=======
while (i < depth)
=55555=
{ aLine (width, c); i = i+1; }
=55555=
=55555=
aLine (width, ’=’);
=55555=
}
=======