Algorithmik 1

Algorithmik 1
Prof. Dr. Michael Philippsen / Prof. Dr. Herbert Stoyan
Friedrich-Alexander-Universität
Erlangen-Nürnberg
Informatik 2/8
Programmiersysteme /
Künstliche Intelligenz
Kapitel 4 - Ablaufsteuerung
4.1
4.2
4.3
4.4
4.5
Ausdrücke
Ablaufsteuerung
Methoden
Methoden in Klassen
Methoden ausgewählter Bibliotheksklassen
Handy aus!
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
Algorithmik 1, WS 2004/05, Folie 4-2
M. Philippsen
1.6 Imperative Programmiersprache
ƒ Wenn der Mensch zu einem Problem einen Algorithmus sucht und
formuliert, so denkt er am liebsten in Problemstrukturen und der
Begrifflichkeit der Problemdomäne.
ƒ Die Maschinenbefehle des von-Neumann-Rechners sind nur auf die
Rechner-Architektur ausgerichtet (und haben gar nichts mit dem zu
lösenden Problem zu tun.)
ƒ Eine zustandsorientierte bzw. imperative Programmiersprache ist das
gesuchte Bindeglied:
y Am Problem orientierte Datenstrukturen und Begrifflichkeiten lassen sich
ausdrücken (Zustand).
y Die Verfahrensanweisungen haben befehlenden/imperativen Charakter und
schreiben genau vor, welche Arbeitsschritte (problemorientiert) in welcher
Reihenfolge erledigt werden muss.
Hochsprache, da abstrakte Anweisungen und Datenstrukturen
ƒ Der Übersetzer („compiler“)
y bildet Datenstrukturen auf Speicherzellen ab.
y bildet Verfahrensanweisungen auf Maschinenbefehle ab.
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
Algorithmik 1, WS 2004/05, Wiederholungsfolie
M. Philippsen
4.1 Ausdrücke
Grundoperationen für primitive Typen
Basistyp
Grundoperationen (Auswahl)
boolean ==, !=,
!(not), &(and), |(inkl. or), ^(exkl. or),
&&(and), ||(inkl. or)
Test auf gleich/ungleich
Strikte Auswertung
s.u.
Faule Auswertung
byte,
short,
int,
long
==, !=, <, >, <=, >=,
+, -, ++ (unär), -- (unär),
*, /, % (mod),
~(compl.), &(and), |(inkl.or), ^(exkl.or),
<< (left shift), >> (right shift sign),
>>> (right shift no-sign)
Vergleiche, liefern boolean
„Strichrechnung“
„Punktrechnung“
Operationen auf der Binärdarstellung
float,
double
==, !=, <, >, <=, >=,
+, -, ++ (unär), -- (unär),
*, /, % (mod)
Vergleiche, liefern boolean
„Strichrechnung“
„Punktrechnung“
char
+
Konkatenation
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Algorithmik 1, WS 2004/05, Folie 4-4
M. Philippsen
4.1 Ausdrücke
Unäre/binäre „Strichrechung“ am Beispiel
ƒ a + b
Addition von a und b
zwei Operanden Æ binärer Operator
ƒ a++
++a
Inkrementiere a um 1 (nach der Auswertung von a)
Inkrementiere a um 1 (vor der Auswertung von a)
ein Operand Æ unärer Operator
y Beispiele (arr habe Typ int[])
arr[a++]
greift auf arr[a] zu und erhöht a anschließend
arr[++a]
greift auf arr[a+1] zu, anschließend ist a erhöht
arr[a]++
inkrementiert arr[a]
++arr[a]
inkrementiert arr[a]
ƒ -a
Änderung des Vorzeichens von a
ein Operand Æ unärer Operator
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Algorithmik 1, WS 2004/05, Folie 4-5
M. Philippsen
3.1 Variablen einfachen Typs
Pre- und Postinkrement am Beispiel
Ausdruck
Wert von a, Wert von a,
vorher
nachher
2
b = a++;
b = (a = a + 1);
Wert von b,
nachher
2
b = ++a;
3
3
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Algorithmik 1, WS 2004/05, Folie 4-6
M. Philippsen
4.1 Ausdrücke
Operationen auf der Binärdarstellung am Beispiel
ƒ 15 << 3:
ƒ 15 >> 3:
ƒ -1 >>> 3:
(15 =) 00001111
(15 =) 00001111
(-1 =) 11111111
wird zu 01111000 (= 120)
wird zu 00000001 (= 1)
wird zu 00011111 (= 31)
Speicherung negativer Zahlen im 2er
Komplement: Invertiere jede
Bitposition und addiere dann 1
ƒ -1 >> 3:
(-1 =) 11111111
>>> ignoriert Vorzeichen: von
links neue Nullen einfügen
wird zu 11111111 ( = -1)
Vorzeichen-Bit
ƒ 14 & 13:
ƒ 14 | 13:
(14 =) 00001110
(13 =) 00001101
„und“ 00001100 (= 12)
>> beachtet Vorzeichen: von
links altes Vorzeichen-Bit einf.
(14 =) 00001110
(13 =) 00001101
„oder“ 00001111 (= 15)
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Algorithmik 1, WS 2004/05, Folie 4-7
M. Philippsen
4.1 Ausdrücke
Grundoperatoren kombiniert mit Zuweisung
=
+=
-=
*=
/=
%=
|=
&=
^=
<<=
>>=
>>>=
Zuweisung
Inkrementierung, z. B. alter += 80 (entspricht alter = alter + 80)
Dekrementierung, z. B. alter -= 80 (entspricht alter = alter - 80)
Skalierung, z. B. alter *= 2 (entspricht alter = alter * 2)
Division, z. B. alter /=2 (entspricht alter = alter / 2)
Restebildung, z. B. alter %= 10 (entspricht alter = alter % 10)
bitweises Oder
bitweises Und
bitweises Exklusives Oder (Entweder-Oder)
Verschieben nach links,
z. B. alter <<= 2 (entspricht alter = alter << 2)
Verschieben nach rechts (mit Vorzeichenerhalt),
z. B. alter >>= 2 (entspricht alter = alter >> 2)
Verschieben nach rechts (ohne Vorzeichenerhalt)
z. B. alter >>>= 2 (entspricht alter = alter >>> 2)
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Algorithmik 1, WS 2004/05, Folie 4-8
M. Philippsen
4.1 Ausdrücke
ƒ Jede Variable, jede Konstante und jedes Literal besitzt einen Typ:
y Festlegung des gültigen Wertebereichs
y Festlegung der anwendbaren Operationen
ƒ Typsicherheit: Auf Operanden können nur die ihrem Typ
entsprechenden Operationen angewandt werden.
ƒ In typsicheren Programmiersprachen kann der Übersetzer für jeden
Operanden zu jeder Zeit den zugehörigen Typ ermitteln und damit
feststellen, ob eine Operation anwendbar ist.
y wenn nicht liefert der Übersetzer eine Fehlermeldung.
y somit lassen sich mit Typen manche Fehler ermitteln, bevor ein Schaden
angerichtet wird: Verbesserte Korrektheit von Programmen (statische
Typsicherheit).
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Algorithmik 1, WS 2004/05, Folie 4-9
M. Philippsen
4.1 Ausdrücke
Beispiele für Typfehler
ƒ 5 + true
binärer +-Operator ist nur für numerische Typen erklärt.
Der Übersetzer stellt fest, dass true ein Wahrheitswert
und damit kein numerischer Wert ist Æ Fehlermeldung
Name der Quellcode-Datei und
Zeilennummer des Fehlers
Übersetzerlauf:
> javac Test.java
...
Test.java:4: operator + cannot be applied to int,boolean
a = 5 + true;
^
...
Stelle des Fehlers
Quellcode-Zeile
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Algorithmik 1, WS 2004/05, Folie 4-10
M. Philippsen
4.1 Ausdrücke
(Statischer) Typ eines Ausdrucks
ƒ Der Typ eines Ausdrucks kann zur Übersetzungszeit bestimmt werden und
leitet sich im wesentlichen aus den Typen der Teilausdrücke und des
angewendeten Operators ab.
ƒ Beispiel:
int a = 0;
float b = 2;
boolean c;
c = a == b; //
//
//
c = a * b; //
//
//
c = c * c; //
Typ des Ausdrucks a == b ist boolean,
a wird implizit in float gewandelt (s.u.),
alles ok.
Typ des Ausdrucks a * b ist float,
a wird implizit in float gewandet (s.u.),
Fehler bei der Zuweisung!
Fehler, da * nicht auf boolean anwendbar.
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Algorithmik 1, WS 2004/05, Folie 4-11
M. Philippsen
4.1 Ausdrücke
(Statischer) Typ einer Zuweisung
ƒ Die Typen der linken und der rechten Seite einer Zuweisung müssen
zusammenpassen.
ƒ Nicht nur Ausdrücke haben einen Typ, sondern auch Zuweisungen.
Zuweisungen liefern als Wert das jeweilige Ergebnis der rechten Seite.
ƒ Beispiel:
int i, j; i = j = 0;
// i und j wird der
// Wert 0 zugewiesen,
// da j = 0 den Wert 0 liefert
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Algorithmik 1, WS 2004/05, Folie 4-12
M. Philippsen
4.1 Ausdrücke
Faule versus strikte Auswertung
ƒ Die Operatoren && und || heißen auch bedingte logische
Operatoren, da sie ihren rechten Operanden nur dann auswerten,
wenn dies wirklich nötig ist. Sie sind in diesem Sinne „faul“.
y In ((b=false) && (c=true)) wird also die Zuweisung zu c nicht
ausgeführt, da der Wert der Zuweisung zu b false ist.
Da der linke Operand von && schon falsch ist, kann der Gesamtausdruck
nicht mehr wahr werden, die Auswertung des rechten Operanden wird
eingespart.
ƒ Im Gegensatz dazu evaluieren die symmetrischen logischen
Operatoren &, | und ^ stets (strikt) beide Operanden.
ƒ Beispiel:
y Durch faule Auswertung führt folgender Ausdruck nicht zur Division
durch Null: (x != 0) && ((1-x)/x > 1)
y Durch strikte Auswertung gibt es hier bei x=0 einen Fehler:
(x != 0) & ((1-x)/x > 1)
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Algorithmik 1, WS 2004/05, Folie 4-13
M. Philippsen
4.1 Ausdrücke
Beispiel: Wert des gesammelten Kleingelds
int
int
int
int
int
int
int
int
cents
zweiCentStücke
fünfer
zehner
fünfziger
euro
zweiEuro
gesamt;
=
=
=
=
=
=
=
10;
2;
0;
4;
1;
3;
1;
Variablenvereinbarungen
Variablendeklarationen
Meist mit Initialisierung
Namenskonvention:
• Erster Buchstabe klein
• Großbuchstabe bei neuem
Wort zusammengesetzter
Bezeichner
gesamt = cents + 2 * zweiCentStücke + 5 * fünfer +
10 * zehner + 50 * fünfziger + 100 * euro + 200 *
zweiEuro;
Zuweisung, Ausdruck mit
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Algorithmik 1, WS 2004/05, Folie 4-14
Punkt-vor-Strichrechnung,
statischer Typ ebenfalls int.
M. Philippsen
4.1 Ausdrücke
Auswertungsreihenfolge für Ausdrücke
ƒ Gemäß Präzedenz/Vorrangregeln, innerhalb dieser: links vor rechts.
ƒ Präzedenz in Java: (mit expliziter Klammerung zu umgehen)
y
y
y
y
y
y
y
y
y
y
y
y
y
y
y
Postfix-Operatoren
unäre Operatoren
Erzeugung oder Typumwandlung
Multiplikationsoperatoren
Additionsoperatoren
Verschiebeoperatoren
Vergleichsoperatoren
Gleichheitsoperatoren
Bitoperator Und
Bitoperator exklusives Oder
Bitoperator inklusives Oder
logisches Und
logisches Oder
Fragezeichenoperator
Zuweisungsoperatoren
[] . (params) expr++ expr-++expr --expr +expr -expr ! ~
new (type) expr
*/%
„Punkt-vor-Strich“
+<< >> >>>
< > <= >= instanceof (später mehr)
== !=
Faule Auswertung (Operanden
&
vor Operatoranwendung
^
berechnen) nur für &&, ||, ?
|
&&
||
?:
= += -= *= /= %= >>= <<= >>>= &= ^= |=
Reihenfolge muss beachtet werden: Zuweisungen haben Seiteneffekte.
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Algorithmik 1, WS 2004/05, Folie 4-15
M. Philippsen
4.1 Ausdrücke
Typumwandlung auf primitiven Typen (1)
ƒ Erforderlich, wenn der geforderte Typ eines Wertes nicht mit dem
tatsächlichem Typ übereinstimmt.
ƒ Bedingte Freizügigkeit wegen Typsicherheit!
ƒ Implizite Umwandlung bei Zuweisung a = b, wenn Wertebereich nicht
verkleinert wird („widening“)
Typ von b
Typ von a
byte
short, int, long,
float, double
short,
char
int, long, float,
double
int
long, float, double
Genauigkeitsverluste möglich!
long
float, double
Genauigkeitsverluste möglich!
float
double
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Algorithmik 1, WS 2004/05, Folie 4-16
M. Philippsen
4.1 Ausdrücke
Typumwandlung auf primitiven Typen (2)
ƒ Implizite Umwandlung in Ausdrücken, um definierten Operator
anzuwenden, wenn Wertebereich nicht verkleinert wird.
y Beispiel:
int a = 0;
float b = 2;
boolean c;
c = a == b; // a wird implizit in float gewandelt
ƒ Bei ++, -- auf byte, short, char wird Wert zu int.
ƒ Explizite Typwandlung („casting“).
y Voranstellen des Zieltyps, z.B.
long a = 35; int b = (int) a;
wandelt eventuell unter Informationsverlust.
y Einschränkungen beachten, jedoch Wandlungen zwischen allen
numerischen Typen erlaubt.
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
Algorithmik 1, WS 2004/05, Folie 4-17
M. Philippsen
4.1 Ausdrücke
Typumwandlung auf primitiven Typen (3)
double pi = 3.14;
int i = 8;
double k = pi * i;
int k1 = (int) (pi * i);
int k2 = ((int) pi) * i;
long l = (int) k * 2000;
short s = (short) l;
//3.14 implizit geweitet floatÆdouble
//i implizit geweitet intÆdouble
//k = 25.12
//25.12 explizit auf int verkleinert
//Informationsverlust: k1=25
//pi wird auf int verkleinert (3)
//Informationsverlust: k2=24
//k wird auf int verkleinert (25)
//l = 50000
//Sedezimaldarstellung: 000000000000C350
//Informationsverlust:
//Binärdarstellung: 1100 0011 0101 0000
//2er Komplement -1 1100 0011 0100 1111
//
invertieren 0011 1100 1011 0000
//s = -15536
Aufgabe: nachrechnen
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Algorithmik 1, WS 2004/05, Folie 4-18
M. Philippsen
4.2 Ablaufsteuerung
Anweisungen
ƒ Eine Anweisung ist eine Abstraktion von (ein höherwertiges
Äquivalent zu) den Operationen des realen Rechners.
ƒ Anweisung wird daher als eine Ausführungseinheit betrachtet.
ƒ Da imperatives Programmieren Zustandsübergänge bestimmt: Das
Ziel der Ablaufsteuerung ist die Steuerbarkeit von Schreib/LeseZugriffen von Variablen und Attributen anhand von
vorausgehenden Zuständen.
ƒ Eine Anweisung ist entweder
y eine einfache Anweisung mit Terminator „;“
Beispiel: int c = a*a + b*b; //Zuweisung
y oder ein Block, der eine Anweisungsfolge einschließlich Vereinbarung
lokaler Variablen mit { und } klammert
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
Algorithmik 1, WS 2004/05, Folie 4-19
M. Philippsen
4.2 Ablaufsteuerung
Gültigkeitsbereiche
ƒ Ein Gültigkeitsbereich ist der Bereich, in dem ein lokaler (Variablen-)Name
eine und dieselbe Referenz hat und somit einen Wert liefert.
y Der Gültigkeitsbereich einer Variablen beginnt nach ihrer Deklaration und endet mit dem
Ende des Blocks, in dem sie deklariert wurde.
y Bei Wiederverwendung des Namens in einem inneren Block gilt dort der innere Name. (Das
ist in Java nicht möglich, wohl aber in anderen Sprachen.)
y Der Gültigkeitsbereich einer Variablen kann somit zur Übersetzungszeit bestimmt werden.
ƒ Beispiel für geschachtelte Blöcke mit Gültigkeitsbereichen:
{
int a
int b
{
int
}
c; //
= 2 * 2;
= 3 * 3;
c = a + b;
Fehler
c
gültig
hier
b
gültig
hier
a
gültig
hier
In Java können hier weder a
noch b neu deklariert werden.
In der Programmiersprache C
geht das. Dann sind die
äußeren a,b ab hier ungültig.
}
ƒ Die Gültigkeitsbereiche von Attributen einer Klasse unterscheiden sich
wesentlich von denen von Variablen. Dazu mehr in Kapitel 5.
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Algorithmik 1, WS 2004/05, Folie 4-20
M. Philippsen / H. Stoyan
4.2 Ablaufsteuerung
Hintereinanderausführung, Sequenz
ƒ Reine Hintereinanderschreibung.
y Beispiel: Anweisungsfolge A1; A2; A3; ...
ƒ Anweisungsfolgen führen einen Anfangszustand z0 in einen
Endzustand ze über.
y Beispiel: Vertauschungsblock
{ int h;
ij
ij
h = i;
ijh
i = j;
ijh
j = h; }
ijh
ijh ij
zustandsdefinierende Variablen
ƒ Zur besseren Lesbarkeit schreibt man im Programm jede
Anweisung in eine neue Zeile.
ƒ Im Flussdiagramm:
A1
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
Algorithmik 1, WS 2004/05, Folie 4-21
A2
A3
oder unter einander
M. Philippsen
4.2 Ablaufsteuerung
Bedingte Anweisung, Fallunterscheidung, Alternative (1)
ƒ Allgemeine Form:
if (<boolean-Ausdruck>)
<Anweisung1>
„then-Teil“
else
„else-Teil“
<Anweisung2>
ƒ Beispiel: if (i > j) max = i; else max = j;
ƒ Im Flussdiagramm:
j
<boolean-Ausdruck>
<Anweisung1>
n
<Anweisung2>
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Algorithmik 1, WS 2004/05, Folie 4-22
M. Philippsen
4.2 Ablaufsteuerung
Bedingte Anweisung, Fallunterscheidung, Alternative (2)
ƒ else-Teil kann entfallen ⇒ einseitige bedingte Anweisung
Allgemeine Form:
Beachte: diese Form der
Ablaufstruktur ist redundant.
if (<boolean-Ausdruck>)
<Anweisung>
ƒ Beispiel: if (i > j) { int h; h = i; i = j; j = h; }
ƒ Im Flussdiagramm:
j
<boolean-Ausdruck>
<Anweisung>
n
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
Algorithmik 1, WS 2004/05, Folie 4-23
M. Philippsen
4.2 Ablaufsteuerung
Bedingte Anweisung, Fallunterscheidung, Alternative (3)
ƒ Bedingter Ausdruck mit Ergebnis/bedingter Operator/?-Operator:
y Allgemeine Form:
<bed> ? <Ausdruck1> : <Ausdruck2>
y Wenn <bed> zu true ausgewertet wird, dann ist <Ausdruck1> das
Ergebnis des ?-Operators. Sonst ist <Ausdruck2> das Ergebnis.
ƒ Beispiel: Statt
int max;
if (i > j) max = i; else max = j;
könnte man auch schreiben:
int max = i > j ? i : j;
ƒ if ist kein Operator und hat kein Ergebnis.
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
Algorithmik 1, WS 2004/05, Folie 4-24
M. Philippsen / H. Stoyan
4.2 Ablaufsteuerung
ƒ Kaskaden von bedingten Anweisungen sind möglich.
Beispiel:
// Berechne das Vorzeichen von a. (a weiter oben definiert)
int signum;
if (a > 0) {signum = 1;}
else if (a < 0) {signum = -1;} else {signum = 0;}
ƒ Beachte: eine geeignete Klammerung und Einrückung macht den Code
besser lesbar und vermeidet Programmierfehler. Hier besser:
// Berechne das Vorzeichen von a. (a weiter oben definiert)
int signum;
if (a > 0) {
signum = 1;
} else if (a < 0) {
signum = -1;
} else {
signum = 0;
}
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
Algorithmik 1, WS 2004/05, Folie 4-25
M. Philippsen / H. Stoyan
4.2 Ablaufsteuerung
Die spezielle Form der Kaskade
if (i == k1) A1;
else if (i == k2) A2;
else if (i == k3) A3;
...
else A0;
kann übersichtlicher als switch-Anweisung geschrieben werden
// i muss vom Typ byte, short, int oder char sein
switch (i) {
case k1: A1; break;
// ki müssen Literale vom Typ byte,
case k2: A2; break;
// short, int, char sein, und i muss
case k3: A3; break;
// vom entsprechenden Typ sein.
...
break beendet gesamte
default: A0;
Beachte: diese Form
switch-Anweisung, sonst
}
Fortsetzung im Folgefall.
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
Algorithmik 1, WS 2004/05, Folie 4-26
der Ablaufstruktur
ist redundant.
M. Philippsen
4.2 Ablaufsteuerung
switch-Beispiel mit break
numDays = 31; //normal
switch (month) {
case 4:
case 6:
case 9:
case 11:
numDays = 30;
break;
case 2:
//Schaltjahr-Code
}
Ohne break „rutschen“
diese Fälle durch bis zum
Code für den Fall 11.
Ohne default-Fall wird bei
nicht explizit aufgeführten
Monaten gar nichts gemacht.
ƒ Allgemein: Die break-Anweisung beendet (nicht nur innerhalb der
switch–Anweisung) die Ausführung der sie umgebenden
Ablaufstruktur.
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
Algorithmik 1, WS 2004/05, Folie 4-27
M. Philippsen
4.2 Ablaufsteuerung
while-Schleife (1)
ƒ Grundgedanke der Steuerung: Wiederholte Ausführung von Aktionen,
bis eine Zielbedingung erfüllt ist.
ƒ Standardform: while (<boolean-Ausdruck>) <Anweisung>
<Anweisung> muss das Ergebnis der
Bedingung beeinflussen, sonst
„Endlosschleife“ – keine Terminierung.
ƒ Im Flussdiagramm:
<boolean-Ausdruck>
n
j
<Anweisung>
gehört nicht
zum Diagramm
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
Algorithmik 1, WS 2004/05, Folie 4-28
M. Philippsen / H. Stoyan
4.2 Ablaufsteuerung
while-Schleife (2)
ƒ Standardform: while (<boolean-Ausdruck>) <Anweisung>
Schleifentest
Schleifenrumpf
ƒ while-Schleifen heißen auch abweisende Schleifen, weil ihr Rumpf
u.U. nie durchlaufen wird (falls die Bedingung <boolean-Ausdruck>
schon vor Betreten des Schleifenrumpfes zu false ausgewertet wird).
ƒ Jede Anweisung, die den Schleifenrumpf abbricht, beendet die whileSchleife:
y Abbruch jedes Blocks und damit auch einer while-Schleife ist möglich mit
der break-Anweisung.
y Später:
à return-Anweisung zum Beenden der umschließenden Methode
à Ausnahmebehandlung
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
Algorithmik 1, WS 2004/05, Folie 4-29
M. Philippsen
4.2 Ablaufsteuerung
Beispiel für eine while-Schleife (als Block notiert)
„Schreibtischlauf“
kgV(a,b,c) dreier ganzer Zahlen
a
5
// a, b, c weiter oben definiert...
5
int aRes = a, bRes = b, cRes = c;
5
while (aRes != bRes || bRes != cRes){ 5
5
if (aRes < bRes) {
5
aRes = aRes + a;
5
} else if (bRes < cRes) {
5
bRes = bRes + b;
5
} else {
5
cRes = cRes + c;
5
}
5
5
}
b
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
c aRes bRes cRes
2
5
3
2
2
5
3
4
2
5
6
4
2 10
6
4
2 10
6
6
2 10
6
8
2 10
9
8
2 10
9
10
2 10
12
10
2 15
12
10
2 15
12
12
2 15
12
14
2 15
15
14
…
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
Algorithmik 1, WS 2004/05, Folie 4-30
terminiert bei: 5 3 2
30
30
30
M. Philippsen
4.2 Ablaufsteuerung
do-while-Schleife
ƒ Redundante Ablaufstruktur
ƒ Standardform: do <Anweisung> while (<boolean-Ausdruck>);
ƒ Schleifentest wird am Ende des Schleifenrumpfes evaluiert;
daher mindestens ein Durchlauf durch den Rumpf;
nicht-abweisende Schleife
ƒ Im Flussdiagramm:
<Anweisung>
<boolean-Ausdruck>
n
j
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
Algorithmik 1, WS 2004/05, Folie 4-31
M. Philippsen
4.2 Ablaufsteuerung
for-Schleife
ƒ
ƒ
Redundante Ablaufstruktur
Standardform:
for (<Initialausdruck>; <boolean-Ausdruck>; <Inkrementausdruck>)
<Anweisung>
ƒ
Bedeutung:
1. Erst wird der Initialisierungsausdruck ausgewertet (und ggf. werden die dort
deklarierten Variablen angelegt)
2. Dann wird der Schleifentest ausgewertet. Wenn falsch: Schleifenende.
Also: abweisende Schleife
3. Ausführung der <Anweisung>
4. Ausführung des <Inkrementausdrucks>, der typischerweise die Variablen
verändert (hochzählt), die in der Initialisierung gesetzt und im Schleifentest mit
Grenzwerten verglichen werden.
ƒ
for-Schleife bei Iteration über einen Wertebereich bequemer als while.
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
Algorithmik 1, WS 2004/05, Folie 4-32
M. Philippsen
4.2 Ablaufsteuerung
for- versus while-Schleifen
ƒ Eine for-Schleife kann (im Wesentlichen) nach folgendem Muster auf
eine semantisch äquivalente while-Schleife abgebildet werden:
for (<Initialausdruck>; <boolean-Ausdruck>; <Inkrementausdruck>)
<Anweisung>
wird zu:
{
<Initialausdruck>;
while (<boolean-Ausdruck>) {
<Anweisung>;
<Inkrementausdruck>;
}
}
ƒ Aufgabe: Ersetze do-while-Schleife durch while-Schleife.
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
Algorithmik 1, WS 2004/05, Folie 4-33
M. Philippsen
4.2 Ablaufsteuerung
Beispiel
ƒ Aufsummieren der Werte einer Reihung int[] a:
Initialisierungsausdruck
int summe;
for (int i = 0; i < a.length; i++) {
summe = summe + a[i];
}
Bedingung für Betreten und
Fortschaltung
Wiederholen des Rumpfes
ƒ Äquivalente Formulierung mit einer while-Schleife:
int summe;
{
Neuer Block
int i = 0;
(Deklaration und) Initialisierung
while (i < a.length) {
summe = summe + a[i];
i++;
}
}
Fortschalten am Ende
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
Algorithmik 1, WS 2004/05, Folie 4-34
M. Philippsen / H. Stoyan
4.2 Ablaufsteuerung
Geschachtelte Schleifen
ƒ Beispiel: Matrix-Multiplikation
2 3
3 4
4 5
×
2 3 4
3 4 5
=
=2×3+3×4
13 18 23
18 25 32
23 32 41
ƒ Programm-Fragment
int a[][] = {{2,3}, {3,4}, {4,5}};
int b[][] = {{2,3,4}, {3,4,5}};
int c[][] = new int[3][3];
for (int i=0; i<3; i++) {
for (int j=0; j<3; j++) {
for (int k=0; k<2; k++) {
c[i][j] += a[i][k] * b[k][j];
}
}
}
3 geschachtelte
for-Schleifen
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
Algorithmik 1, WS 2004/05, Folie 4-35
M. Philippsen
Abstraktion
ƒ Assoziationen
y vage, unklar, unverständlich, unkonkret
y Einzelheiten sind weggelassen
y das Farbige, Lebendige wird unterdrückt
ƒ Ziel der Abstraktion
y Über gemeinsame Eigenschaften einer Gruppe von Individuen oder
Objekte möglichst einfach sprechen
ƒ dazu:
y Betonen des prototypischen Charakters bestimmter Individuen
oder Objekte
ƒ oder
y Erfinden hypothetischer Gegenstände
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
Algorithmik 1, WS 2004/05, Folie 4-36
H. Stoyan
Abstraktion
ƒ Positive Abstraktion
y Hervorheben einer gemeinsamen Eigenschaft
y alle Dinge/Objekte/Individuen mit der gemeinsamen Eigenschaft
stehen in einer Äquivalenzrelation
ƒ Äquivalenzrelation: reflexiv, symmetrisch, transitiv
ƒ Äquivalenzklasse = Klasse von Dingen/Objekten/Individuen mit
äquivalenten Ausprägungen
ƒ Konsequenz: Aussage über x aus Äquivalenzklasse => Aussage
über beliebiges y aus dieser Klasse
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
Algorithmik 1, WS 2004/05, Folie 4-37
H. Stoyan
Abstraktion
ƒ Resultat der Abstraktion
y die Aussagen hängen nur noch von den die Äquivalenzrelation
definierenden Eigenschaften ab
y wir sprechen so, als ob es Dinge/Objekte/Individuen gäbe, die nur diese
Eigenschaften haben
y das sind fiktive, virtuelle Dinge/Objekte/Individuen
ƒ Beispiele
y Zahl: Klasse der Grundobjekte: Figuren aus Zählzeichen,
Äquivalenzrelation: Bestehen aus gleichvielen Teilzeichen
y Aussage: Klasse der Grundobjekte: Sätze, Äquivalenzrelation:
Inhaltsgleichheit
y Funktion: Klasse der Grundobjekte: Terme (Abbildungsvorschriften),
Äquivalenzrelation: gleicher Wert beim Einsetzen gleicher Argumentwerte
y Fehler: Klasse der Grundobjekte: Beschreibung von Fehlersituationen,
Äquivalenzrelation: gleiche Symptomkombination (gleiche Auswirkungen,
gleiche Korrekturbehandlung)
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
Algorithmik 1, WS 2004/05, Folie 4-38
H. Stoyan
Abstraktion
ƒ Funktionale Abstraktion
y identische Folgen von Anweisungen bewirken im gleichen Zustand
dasselbe
y wenn die Anweisungen strukturell gleich sind, aber verschiedene
Parameternamen vorkommen, hängt die Wirkung von der Belegung
der Parameter ab
ƒ Beispiel:
Math.pow(x,0.5)
und
Math.pow(wert,0.5)
sind struktuerell ähnlich
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
Algorithmik 1, WS 2004/05, Folie 4-39
H. Stoyan
Abstraktion
ƒ Funktionale/prozedurale Abstraktion 1.Art: strukturell ähnliche
Codestücke realisieren dieselbe Funktion/Prozedur
ƒ Deshalb Einführung der Methode (Produkt der Abstraktion):
float wurzel(float wert){return Math.pow(wert,0.5)}
ƒ Funktionale/prozedurale Abstraktion 2.Art: verschiedene
Codestücke können dieselbe Funktion/Prozedur realisieren!
ƒ Beschreibung durch: Eingabe- und Ausgabebedingungen
ƒ Beispiel:
float wurzel1(float wert){return Math.pow(wert,0.5)}
float wurzel2(float w){return Math.sqrt(w)}
realisieren dieselbe Funktion, Eingabebegingung: x>0
Ausgabebedingung: y2=x
ƒ Funktions/Prozedurname als Symbol für diese gemeinsamen
Bedingungen
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Algorithmik 1, WS 2004/05, Folie 4-40
H. Stoyan
Abstraktion
ƒ Daten-Abstraktion
ƒ Mit ähnlichen Daten geht man auf ähnliche Weise um
ƒ Arbeitsmittel:
y
y
y
y
y
y
Konstruktoren
Zugriffsfunktionen
Veränderungsfunktionen
Konvertierungsfunktionen
Vergleichsfunktionen
usw.
ƒ die konkrete Realisierung der Datenobjekte (mit Feld, Liste, Record,
o.ä. ist unerheblich (und ändert sich auch oft)
ƒ Hat man zwei oder mehr Gruppen von gleichen derartigen Funktionen
(mit gleichen Eingabe/Ausgabe-Bedingungen kann man demnach von
einer Datensorte sprechen:
y abstrakter Datentyp, verwirklicht im Klassenkonzept
y Klassenname als Name für diese gemeinsame Gruppe von Bedingungen
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
Algorithmik 1, WS 2004/05, Folie 4-41
H. Stoyan
4.3 Methoden
Methode („method, operation“)
ƒ In der Objektorientierung senden Objekte Nachrichten, die zur
Aktivierung von Methoden führen (siehe UML-Sequenzdiagramm).
ƒ In den meisten Programmiersprachen ist aber das Senden und
Empfangen der Nachrichten zum Aufruf von Methoden degeneriert.
ƒ Eine Methode ist ein benannter Anweisungsblock, dessen Inhalt durch
eine Ein/Ausgabe-Schnittstelle gekapselt ist und dessen Funktionalität
evtl. an mehreren Stellen verwendet werden kann. Der
Anweisungsblock heißt auch Methodenrumpf.
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
Algorithmik 1, WS 2004/05, Folie 4-42
M. Philippsen
4.3 Methoden
Signatur und Rumpf
ƒ Nach außen wird eine Methode durch ihre Signatur bestehend aus
Ergebnistyp, Name sowie Anzahl und Typen der Parameter beschrieben:
<Ergebnistyp> <Name> ( <Parameterliste> )
Signatur
y Eine Methode hat ein Ergebnis von einem festen Typ (der Ausgabe-Teil
der Schnittstelle).
y DieTypen der Parameter der Methode repräsentieren den Eingabe-Teil
der Schnittstelle. Es handelt sich dabei um eine feste Liste von n
getypten Variablen. Sie gelten im Methodenrumpf als lokale Variablen.
ƒ Die Deklaration von zwei Methoden mit derselben Signatur in einer Klasse
ist nicht erlaubt.
y In Java gehört der Ergebnistyp nicht zur Signatur.
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
Algorithmik 1, WS 2004/05, Folie 4-43
M. Philippsen
4.3 Methoden
Methodeklaration
Signatur oder
Methodenkopf
ƒ Vereinbarung:
<Ergebnistyp> <Methodenname> (<Parametertyp 1> <Param.name 1>,... ,
<Parametertyp n> <Param.name n>)
{
Methodenrumpf
// Anweisungen hier.
}
ƒ Methoden ohne Ergebnis sind auch möglich:
Vereinbarungen wie zuvor, aber mit void als <Ergebnistyp>.
ƒ In Java werden Methoden immer in Klassen definiert!
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
Algorithmik 1, WS 2004/05, Folie 4-44
M. Philippsen
1.6 Imperative Programmiersprache
Euklids Algorithmus in Java
...
int ggt(int a, int b) {
if (a==b) return a;
else if (a<b) return ggt(a,b-a);
else return ggt(a-b,b);
}
...
(Das zum Verständnis dieses Programms
erforderliche Detailwissen folgt später …)
ƒ nah genug am Algorithmus, damit der Mensch problembezogen
denken kann.
ƒ nah genug am Konzept der Zustandstransformationen
(Speichermodifikationen) durch Maschinenbefehle
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
Algorithmik 1, WS 2004/05, Wiederholungsfolie
M. Philippsen
4.3 Methoden
Aufrufen von Methoden
ƒ Ein Methodenaufruf hat die Form
<Methodenname>(<Argument 1>, … ,<Argument n>)
ƒ Bei der Abarbeitung des Methodenaufrufs werden die Anweisungen im
Methodenrumpf (der Methode mit dem angegebene Namen)
ausgeführt.
ƒ <Argument 1> bis <Argument n> sind dabei Ausdrücke, die zuvor
berechnet werden und deren Werte den Parametern 1 bis n der
Methode zugewiesen werden.
ƒ Da die Parameter typisiert sind, müssen die jeweiligen Ausdruckstypen
zu den Parametertypen passen (gleicher Typ oder implizit
konvertierbar).
ƒ Im Methodenrumpf sind nur die dort deklarierten Variablen und die
Parameter sichtbar.
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
Algorithmik 1, WS 2004/05, Folie 4-46
M. Philippsen
4.3 Methoden
Zurückgeben von Ergebnissen
ƒ Bei Methoden mit echtem Ergebnistyp (ungleich void) ist der
Methodenaufruf ein Ausdruck, dessen Typ identisch ist mit dem
Ergebnistyp der Methode
ƒ Der Rückgabewert der Methode wird im Methodenrumpf mit
return <Wert>;
zurückgegeben, wodurch die Methodenausführung beendet wird.
Der Typ des Werts muss natürlich zum Ergebnistyp der Methode
passen.
Bei void-Methoden ohne echten Ergebnistyp, wird die Methode mit
return;
beendet.
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
Algorithmik 1, WS 2004/05, Folie 4-47
M. Philippsen
4.3 Methoden
Methodendeklaration und -aufruf
class Uhr {
...
void setzeZeit(long std, long min) {
stunden = std; minuten = min;
}
long leseZeitInSekunden() {
return (stunden*3600)+(minuten*60);
}
...
}
Die Parameter std und
min sind lokale Variablen
im Inneren der Methode
Kein Ergebnistyp (void),
daher keine return-Anw.
Parameterlose Methode
11 und 47 sind Argumente, die in die
Parameter std und min übergeben werden.
Uhr c = new Uhr();
c.setzeZeit(11, 40+7); // setzt die Uhrzeit auf 11:47 Uhr
long l = c.leseZeitInSekunden();
// l ist 42420
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Algorithmik 1, WS 2004/05, Folie 4-48
M. Philippsen / H. Stoyan
4.3 Methoden
Konzeptionell: Verdeckte Zuweisungen
<Ergebnistyp> <Methodenname> (<Parametertyp 1> <Parametername 1>,...,
<Parametertyp n> <Parametername n>)
{
Parametername 1 = Argument 1;
...
Argumentwerte werden
Parametername n = Argument n;
in lokale Variablen der
Methode kopiert.
// Anweisungen hier.
*erg*= Wert;
}
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
Algorithmik 1, WS 2004/05, Folie 4-49
Mit der Return-Anweisung
wird Resultat in konzeptionelle
Ergebnisvariable
kopiert.
M. Philippsen
4.3 Methoden
Euklids Algorithmus in Java
...
ggt(18,12);
...
anlegen
Methodenschachtel
a: 18
b: 12
*erg*:
Rücksprungziel
konzeptionell:
...
else {
*erg*=ggt(6,12);
return *erg*;
}
...
Argumente werden in die
Parametervariablen kopiert.
...
int ggt(int a, int b) {
if (a==b) return a;
else if (a<b) return ggt(a,b-a);
else return ggt(a-b,b);
}
...
Æ Zur Laufzeit existieren viele Kopien
der methodenlokalen Variablen
Methodenschachtel
a: 6
Methodenschachtel
b: 12
*erg*:
Rücksprungziel
konzeptionell:
...
... if (a<b) {
*erg*=ggt(6,6);
return *erg*;
}
...
a: 6
b: 6
*erg*: 6
Rücksprungziel
konzeptionell:
...
if (a==b) {
*erg*=6;
return *erg*;
}
...
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
Algorithmik 1, WS 2004/05, Folie 4-50
M. Philippsen / H. Stoyan
4.3 Methoden
Euklids Algorithmus in Java
...
ggt(18,12);
...
...
int ggt(int a, int b) {
if (a==b) return a;
else if (a<b) return ggt(a,b-a);
else return ggt(a-b,b);
}
...
anlegen
Methodenschachtel
a: 18
b: 12
*erg*:
Rücksprungziel
konzeptionell:
...
else {
*erg*=ggt(6,12);
return *erg*;
}
...
Methodenschachtel
a: 6
b: 12
*erg*:
6
Rücksprungziel
konzeptionell:
...
... if (a<b) {
6
*erg*=ggt(6,6);
XXXXX
return *erg*;
}
...
Æ Bei der Rückkehr
aus der aufgerufenen
Methode werden die
Methodenschachteln
wieder abgebaut.
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
Algorithmik 1, WS 2004/05, Folie 4-51
M. Philippsen / H. Stoyan
4.3 Methoden
Euklids Algorithmus in Java
...
ggt(18,12);
...
anlegen
...
int ggt(int a, int b) {
if (a==b) return a;
else if (a<b) return ggt(a,b-a);
else return ggt(a-b,b);
}
...
Methodenschachtel
a: 18
b: 12
erg: 6
Rücksprungziel
konzeptionell:
...
else {
6
*erg*=ggt(6,12);
XXXXX
return *erg*;
}
...
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
Algorithmik 1, WS 2004/05, Folie 4-52
M. Philippsen / H. Stoyan
4.3 Methoden
Euklids Algorithmus in Java
...
6
ggt(18,12);
XXXXXXX
...
...
int ggt(int a, int b) {
if (a==b) return a;
else if (a<b) return ggt(a,b-a);
else return ggt(a-b,b);
}
...
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
Algorithmik 1, WS 2004/05, Folie 4-53
M. Philippsen
4.3 Methoden
Übergabe von Eingabeparametern
ƒ Wertaufruf („call-by-value“)
y Wert des Parameters wird in die lokale Variable kopiert (Wertsemantik)
y Wenn der Wert des Parameters im Inneren der Methode verändert
wird, dann ändert sich auf Seiten des Aufrufers (am Argument) nichts.
y Der Wertaufruf wird in Java bei primitiven Typen benutzt
ƒ Referenzaufruf („call-by-reference“)
y Parameter enthält Referenz auf ein Objekt (Referenzsemantik)
y Sowohl das Argument als auch der Parameter verweist auf dasselbe
Objekt.
y Änderungen am Zustand des Objekts sind daher auch außerhalb der
Methode sichtbar.
y Der Referenzaufruf wird in Java bei Objekten benutzt.
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
Algorithmik 1, WS 2004/05, Folie 4-54
M. Philippsen
4.3 Methoden
Wertaufruf („call-by-value“)
void demo(int a) {
a = 5;
//Wertübergabe
//geändert wird nur Variable in der
//Methodenschachtel
return;
}
...
int a = 4;
demo(a);
//a hat immer noch den Wert 4;
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
Algorithmik 1, WS 2004/05, Folie 4-55
M. Philippsen
4.3 Methoden
Referenzaufruf („call-by-reference“)
void demo(Uhr u) {
u = new Uhr();
//Referenzübergabe
//geändert wird nur Variable u in der
//Methodenschachtel
return;
}
...
Uhr u = new Uhr();
demo(u);
//u zeigt immer noch auf selbes Objekt
void demo(Uhr u) {
u.stunden = 7;
return;
}
...
Uhr u = new Uhr();
demo(u);
//Referenzübergabe
//ändert Attribut des übergebenen Ojekts
//u.stunden hat neuen Wert
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Algorithmik 1, WS 2004/05, Folie 4-56
M. Philippsen
4.3 Methoden
Oberbegriff von
Zusammenfassung der Begriffe
Methode / Operation
•= Benannte Anweisungsfolge
•Deklaration = Kopf + Rumpf
•Kopf = Schnittstelle zur Umwelt
•Rumpf = lokale Attribute und
Anweisungen
•Eingabeparameter
•Rekursiv aufrufbar
Prozedur
Funktion
•Java: Kein Ergebnisparameter
•Aufruf als eigenständige Anweisung
kein return
•Immer genau ein Ergebnisparameter
•Aufruf innerhalb eines Ausdrucks
Konstruktor
Aufruf im Ausdruck,
Referenz als Resultat
•Aufruf mit new
•Initialisiert ein Objekt
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
Algorithmik 1, WS 2004/05, Folie 4-57
M. Philippsen
4.4 Methoden in Klassen
Beispiel:
Klasse rationaler Zahlen
class Rational {
int zähler, nenner;
ƒ Alle Methoden enthalten einen ersten,
impliziten Parameter this mit der
vereinbarten Klasse als Typ.
ƒ Bei Versenden einer Nachricht an ein
Objekt dieser Klasse wird this dann
durch dieses Empfängerobjekt
aktualisiert.
ƒ Folge: Mit der Nachricht begibt man
sich in den Zustandsraum des
Empfängerobjektes, um die
zugehörige Methode auszuführen.
Rational(int z, int n) {
zähler = z;
nenner = n;
}
Rational rationalAdd(Rational r) {
return new
Rational(zähler*r.nenner
+ nenner*r.zähler,
nenner*r.nenner).kürzen();
}
...
}
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
Algorithmik 1, WS 2004/05, Folie 4-58
M. Philippsen
4.4 Methoden in Klassen
Beispiel:
Klasse rationaler Zahlen
ƒ Zu interpretieren als this.zähler,
this.nenner.
ƒ Die Attribute des Empfängerobjektes
befinden sich in dessen lokalem
class Rational {
Gültigkeitsbereich, auf sie kann daher
int zähler, nenner;
unmittelbar zugegriffen werden.
Rational(int z, int n) { ƒ this kann man explizit verwenden,
zähler = z;
wenn das Objekt seine eigene
nenner = n;
Referenz benötigt.
}
Rational rationalAdd(Rational r) {
return new
Rational(zähler*r.nenner
+ nenner*r.zähler,
nenner*r.nenner).kürzen();
}
...
ƒ Nachricht an das durch r referenzierte Objekt, um
}
dessen Werte nenner und zähler zu beschaffen.
ƒ Dazu wird dessen Zustandsraum betreten.
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
Algorithmik 1, WS 2004/05, Folie 4-59
M. Philippsen
4.4 Methoden in Klassen
Statische Methoden („class method“)
ƒ Statische Methoden sind einer Klasse und nicht einem Objekt
zugeordnet.
ƒ Sie können nicht auf den Instanzvariablen, sondern nur auf
Klassenvariablen operieren.
ƒ Sie werden mit static gekennzeichnet.
ƒ Die statische Methode main kennzeichnet den Programmstart.
class Uhr {
...
public static void main (String[] args) { // Programmstart
Uhr c = new Uhr();
c.setzeZeit(10, 00);
}
// Programmende
}
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
Algorithmik 1, WS 2004/05, Folie 4-60
M. Philippsen
4.4 Methoden in Klassen
ƒ Die main-Methode
später mehr zu public
public static void main(String[] argv) {...}
ist obligatorisch für jede Java-Applikation.
ƒ Mit der Ausführung der Main-Methode beginnt die Ausführung des
Programms.
ƒ Die Applikation kann in der Reihung argv eventuell beim Aufruf
angegebene Kommandozeilenargumente finden.
(Klasse String wird im nächsten Abschnitt näher behandelt.)
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
Algorithmik 1, WS 2004/05, Folie 4-61
M. Philippsen
4.4 Methoden in Klassen
main-Methode am Beispiel
ƒ Datei Demo.java:
class Demo {
public static void main(String[] argv) {
ggt(18,12);
}
static int ggt(int a, int b) {
if (a==b) return a;
else if (a<b) return ggt(a,b-a);
else return ggt(a-b,b);
}
}
ƒ Übersetzen und ausführen:
javac Demo.java
java Demo
Ein-/Ausgabe fehlt noch;
folgt in Kapitel 5.
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
Algorithmik 1, WS 2004/05, Folie 4-62
M. Philippsen
4.4 Methoden in Klassen
Mehrfachdefinition von Methoden - Überladen („method
overloading“)
ƒ Eine Methode kann innerhalb einer Klasse in mehreren Varianten
definiert werden, wenn die Signaturen unterschiedlich sind, aber die
Methodennamen gleich. Beim Methodenaufruf wird mittels der
Parametertypen die richtige Methodenvariante ausgewählt.
y Ähnlich liegen die Verhältnisse, wenn in einer Oberklasse eine Methode
definiert ist und in einer Unterklasse die Methode mit einer anderen
Signatur neu definiert wird.
y Man spricht vom Methoden-Überladen, weil nach Auswahl der Methode
die Parameter zur richtigen Methode führen und diese die vorausgewählte
Methode ersetzt.
ƒ Ein Konstruktor kann ebenfalls überladen werden.
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
Algorithmik 1, WS 2004/05, Folie 4-63
M. Philippsen / H. Stoyan
4.4 Methoden in Klassen
Mehrfachdefinition von Methoden
ƒ Beispiel:
class Uhr {
...
void setzeZeit(long std, long min) {
stunden = std;
minuten = min;
}
void setzeZeit(long std) {
setzeZeit(std, 0);
// Aufruf der Methode mit
}
// zwei Parametern
...
}
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
Algorithmik 1, WS 2004/05, Folie 4-64
M. Philippsen / H. Stoyan
4.5 Methoden ausgewählter Bibliotheksklassen
ƒ Java verfügt über eine sehr umfangreiche Bibliothek, in der viele
Klassen und Methoden zur Verwendung bereitstehen.
ƒ Siehe: http://java.sun.com/j2se/1.4.2/docs/api/
ƒ Die (zunächst) wichtigsten vordefinierten Klassen befinden sich im
Paket java.lang (zu Paketen später mehr).
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
Algorithmik 1, WS 2004/05, Folie 4-65
M. Philippsen
4.5 Methoden ausgewählter Bibliotheksklassen
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
Algorithmik 1, WS 2004/05, Folie 4-66
M. Philippsen
4.5 Methoden ausgewählter Bibliotheksklassen
Konstruktoren der Klasse String (Auszug)
ƒ String()
Initializes a newly created String object so that it represents
an empty character sequence.
ƒ String(char[] value) Allocates a new String so that it represents the sequence of
characters currently contained in the character array
argument.
ƒ String(char[] value, int offset, int count) Allocates a new String that
contains characters from a subarray of the character array
argument.
ƒ String(byte[] bytes) Constructs a new String by decoding the specified array of
bytes using the platform's default charset.
ƒ String(byte[] bytes, String charsetName) Constructs a new String by
decoding the specified array of bytes using the specified
charset.
ƒ
ƒ
ƒ
String(byte[] bytes, int offset, int length) ...
String(byte[] bytes, int offset, int length, String charsetName) ...
String(String original) Initializes a newly created String object so that it
represents the same sequence of characters as the
argument; in other words, the newly created string is a copy
of the argument string.
ƒ
...
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
Algorithmik 1, WS 2004/05, Folie 4-67
M. Philippsen
4.5 Methoden ausgewählter Bibliotheksklassen
Methoden der Klasse String (Auszug)
ƒ char charAt(int index) Returns the character at the specified index.
ƒ int compareTo(String anotherString) Compares two strings lexicographically
(returns 0 iff equal).
ƒ int compareToIgnoreCase(String str) Compares two strings lexicographically,
ignoring case differences.
ƒ boolean endsWith(String suffix) Tests if this string ends with the specified
suffix.
ƒ boolean equalsIgnoreCase(String anotherString) Compares this String to
another String, ignoring case considerations.
ƒ int indexOf(int ch) Returns the index within this string of the first occurrence of
the specified character.
ƒ int lastIndexOf(String str) Returns the index within this string of the rightmost
occurrence of the specified substring.
ƒ String replace(char oldChar, char newChar) Returns a new string resulting
from replacing all occurrences of oldChar in this string with
newChar.
ƒ String substring(int beginIndex, int endIndex) Returns a new string that is
a substring of this string.
ƒ String toUpperCase() Converts all of the characters in this String to upper case
using the rules of the default locale.
ƒ …
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
Algorithmik 1, WS 2004/05, Folie 4-68
M. Philippsen
4.5 Methoden ausgewählter Bibliotheksklassen
ƒ Die Klasse java.lang.Math enthält Methoden, die mathematische
Funktionen zur Verfügung stellen.
ƒ Die Methoden dieser Klasse sind statische Methoden. Sie können
daher verwendet werden, indem dem Methodennamen „Math.“
vorangestellt wird.
ƒ Beispiel: Löse a·x² + b·x + c = 0 (mit der Annahme: b² - 4·a·c ≥ 0)
double x1, x2, a, b, c;
a = 1.0; b = 5.0; c = 6.0;
x1 = (-b + Math.sqrt(b * b - 4 * a * c)) / (2 * a);
x2 = (-b - Math.sqrt(b * b - 4 * a * c)) / (2 * a);
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Algorithmik 1, WS 2004/05, Folie 4-69
M. Philippsen
4.5 Methoden ausgewählter Bibliotheksklassen
ƒ Beispiel: Löse a·x² + b·x + c = 0 (mit der Annahme: b² - 4·a·c ≥ 0)
double x1, x2, a, b, c;
a = 1.0; b = 5.0; c = 6.0;
x1 = (-b + Math.sqrt(b * b - 4 * a * c)) / (2 * a);
x2 = (-b - Math.sqrt(b * b - 4 * a * c)) / (2 * a);
ƒ Zwei unleserliche Zeilen mit fast dem selben Inhalt. Besser und
schneller ist: Gemeinsame Teilausdrücke herausziehen und nur
einmal in Hilfsvariable auswerten
double x1, x2, a, b, c;
a = 1.0; b = 5.0; c = 6.0;
double wurzel = Math.sqrt(b * b - 4 * a * c);
double nenner = 2 * a;
x1 = (-b + wurzel) / nenner;
x2 = (-b - wurzel) / nenner;
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Algorithmik 1, WS 2004/05, Folie 4-70
M. Philippsen
4.5 Methoden ausgewählte Bibliotheksklassen
Konstanten und Methoden der Klasse Math (Auszug)
ƒ static double E
The double value that is closer than any other to e, the
base of the natural logarithms.
ƒ static double PI
The double value that is closer than any other to pi, the
ratio of the circumference of a circle to its diameter.
Returns the absolute value of a double
value.
float abs(float a)
Returns the absolute value of a float value.
int abs(int a)
Returns the absolute value of an int value.
long abs(long a)
Returns the absolute value of a long value.
double sin(double a)
Returns the trigonometric sine of an angle.
double exp(double a)
Returns Euler's number e raised to the
power of a double value.
double log(double a)
Returns the natural logarithm (base e) of a
double value.
double max(double a, double b) Returns the greater of two double
values.
double pow(double a, double b) Returns the value of the first
argument raised to the power of the
second argument.
ƒ
static double abs(double a)
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
static
static
static
static
static
ƒ
static
ƒ
static
ƒ
static
ƒ
…
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
Algorithmik 1, WS 2004/05, Folie 4-71
M. Philippsen
4.5 Methoden ausgewählter Bibliotheksklassen
ƒ Die Klasse java.lang.System stellt die Schnittstelle einer
laufenden Java-Applikation zur Systemumgebung bereit.
ƒ Zunächst am wichtigsten sind die Standard-Ein/Ausgabe, über die
Zeichen mit der Shell ausgetauscht werden können:
y static PrintStream out
y static PrintStream err
y static InputStream in
The "standard" output stream.
The "standard" error output stream.
The "standard" input stream.
ƒ Die wichtigsten Methoden von java.lang.PrintStream sind:
y void print(String s)
y void println()
y void println(String x)
Print a string.
Terminate the current line by writing
the line separator string.
Print a String and then terminate the
line.
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
Algorithmik 1, WS 2004/05, Folie 4-72
M. Philippsen
4.5 Methoden ausgewählter Bibliotheksklassen
ƒ Beispiel für Ausgabe auf dem Schirm:
später mehr zu public
class Hello {
static public void main(String[] argv) {
System.out.println(“Hello World”);
}
}
ƒ Die diversen print-Methoden akzeptieren auch primitive Typen,
deren Werte dann zur Ausgabe in eine textuelle Repräsentation
gebracht werden.
ƒ Wird den print-Methoden ein Objekt beliebigen Typs übergeben,
dann wird die (von Object geerbte oder in der zugehörigen Klasse
überschriebene) toString()-Methode aufgerufen, um eine
angemessene textuelle Repräsentation des Objekts zu erzeugen.
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
Algorithmik 1, WS 2004/05, Folie 4-73
M. Philippsen