Einführung in die Programmierung

Fakultät für
Wirtschaftswissenschaften
Einführung in die Programmierung
Datensammlung
Uwe Lämmel
www.wi.hs-wismar.de/~laemmel
[email protected]
Uwe Lämmel
Einführung in die Programmierung – Sammlungen
Folie 1
Inhalt
 Verwalten mehrerer Objekte:
Sammlungen (Collections)
– ArrayList
– Array
 Arbeiten mit Sammlungen:
– Wiederholung (Iteration)
– Iteratoren
– Schleifen ( for–each, while–do, for)
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Folie 2
Sammlungen
Typische Aufgabe der Wirtschaftsinformatik:
 Verwalten mehrerer (beliebig vieler) Objekte :
–
–
–
–
Personal
Termine
Aufträge
Rechnungen
 Aktionen:
– Elemente hinzufügen
– Elemente entfernen
– Element suchen
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Folie 3
Beispiel: Notizbuch
Anforderungen / Erwartungen:
 Notizen speichern
 keine Begrenzung für die Anzahl
 Anzahl gespeicherter Notizen angeben
 Einzelne Notizen anzeigen
 Alle Notizen anzeigen

Uwe Lämmel
Machen Sie sich mit dem Notizbuch-Projekten vertraut!!
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Folie 4
Klassen-Bibliotheken
 nicht alles muss neu programmiert werden:
 es gibt nützliche, bereits "fertige" Klassen:
Java – API: Application Programming Interface
 Bibliothek in Java: package
 java.util package
bietet Klassen für Objekt-Sammlungen
 Wir nutzen Klasse ArrayList
 Machen Sie die Java – API für sich verfügbar!
Schauen Sie sich die Klasse ArrayList an!
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Folie 5
Klasse Notizbuch
import java.util.ArrayList;
/**
* ...
*/
public class Notizbuch {
// Speicher für beliebige Anzahl von Notizen
private ArrayList <String> notizen;
/**
* Initialisierung für ein Notizbuch
*/
public Notizbuch( ) {
notizen = new ArrayList<String>();
} // Konstruktor
...
} // Notizbuch
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Folie 6
Klasse ArrayList
 es wird definiert:
– Typ der Sammlung:
ArrayList
– Typ der Elemente:
<String>
– Name der Sammlung: notizen
private ArrayList <String> notizen;
ArrayList<String> – "Array-Liste von Zeichenketten"
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Folie 7
Objekt-Struktur

Was passiert beim
Einfügen einer
weiteren Notiz?
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Folie 8
Benutzen der Sammlung
class Notizbuch {
private ArrayList <String> notizen;
...
public void speichereNotiz(String notiz) {
notizen.add(notiz);
} // speichereNotiz
Hinzufügen einer Notiz
public int anzahlNotizen() {
return notizen.size();
} // anzahlNotizen
...
} // Notizbuch
Gibt Anzahl der Elemente
in der ArrayList zurück
add, size : Methoden der Klasse ArrayList, siehe API
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Folie 9
Ermitteln einer Notiz
public void zeigeNotiz(int notiznummer){
if ( notiznummer >= 0
&& notiznummer < anzahlNotizen() ) {
Gültigkeit des
Index prüfen!
System.out.println(notizen.get(notiznummer));
} // if
} // zeigeNotiz
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- vordefinierte Methode!
- Parameter:
Aufruf einer Methode!
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Folie 10
Zusammenfassung
 Elemente können hinzugefügt / entfernt werden
 Jedes Element hat eine Nummer (Index): 0, 1, 2 …
 Wichtige Methoden der Klasse ArrayList sind:
add, get, remove, size
 ArrayList ist ein parametrisierter (generischer) Datentyp
 ArrayList-Objekte speichern beliebig viele Objekte
 Java - API enthält packages mit vordefinierten Klassen:
java.util.ArrayList, java.lang.String, java.lang.System
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Folie 11
Wiederholung = Iteration
 oft sind Aktionen mehrfach auszuführen:
– z.B. Ausgabe aller Notizen des Notizbuchs
 die meisten Programmiersprachen bieten:
Schleifen–Anweisungen (loop statements)
 mehrere Schleifen-Formen in Java.
– beginnen mit for–each–Schleife.
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Folie 12
for–each–Schleife
Schlüsselwort for
Schleifen-Kopf
for ( ElementTyp element : Sammlung) {
Schleifen-Körper
} // for-each
Anweisungen,
die wiederholt werden
Bedeutung:
Für jedes element aus der Sammlung,
führe die Anweisungen im Schleifen-Körper aus.
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Folie 13
for–each–Beispiel
/**
* Gib alle Notizen eines Notizbuchs aus
*/
public void notizenAusgeben() {
for(String notiz : notizen) { // Schleifen-Kopf
System.out.println(notiz); // Schleifen-Körper
} // for
} //notizenAusgeben
for each note in notes, print out note
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Folie 14
while–Schleife
Schlüsselwort while
Schleifenkopf: Bedingung
while(bedingung) {
Schleifen-Körper
}//while
Anweisungen,
die wiederholt werden
Bedeutung:
Solange die bedingung wahr (true) ist,
führe die Anweisungen im Schleifen-Körper aus.
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Folie 15
while-Schleife: Beispiel
/**
* Gib alle Notizen eines Notizbuchs aus
*/
public void notizenAusgeben() {
int index = 0;
while(index < notizen.size()) {
System.out.println(notizen.get(index));
index++;
um 1 erhöhen
} //while
}//notizenAusgeben
Bedeutung:
while the value of index is less than the size of the collection,
print the next note, and then increment index
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Folie 16
while–Schleife
while (Bedingung) { Anweisungen }
– while-Schleife ist anfangsgesteuert:
– Bedingung wird zuerst geprüft  mind. einmal!
– wird benutzt, falls:
– die Zahl der Durchläufe unbestimmt und
– Test der Bedingung vor dem Bearbeiten des Körpers erforderlich:
– z.B. in Sammlungen: Gibt es überhaupt ein Element?
– Anweisungen im Schleifen–Körper müssen Bedingung beeinflussen,
z.B. i++;
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Folie 17
for–each versus while
for–each:
 einfacher aufzuschreiben
 sicher: stoppt garantiert!
 stets für alle Elemente der Sammlung
while:
 nicht notwendig,
die gesamte Sammlung zu bearbeiten
 kann auch ohne Sammlung benutzt werden
 Gefahr unendlicher Wiederholungen!
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Folie 18
Suche in einer Sammlung von Objekten
int
index
= 0;
boolean gefunden = false;
// Nr. des aktuellen Elements
// schon gefunden?
// index < Größe der Sammlung UND noch nicht gefunden
while(index < notizen.size() && !gefunden) {
String notiz = notizen.get(index); // aktuelles Element
if(notiz.contains(suchString)) { // siehe API: lang.String
gefunden = true; // gefunden: Zeichenkette ist enthalten
} //if
else {
index++; // nächster Index=>nächstes Element
} //else
} //while
// Entweder gefunden oder gesamte Sammlung durchsucht
if(!gefunden) index = –1;
// index für nicht gefunden
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Folie 19
Suche in einer Sammlung von Objekten
int
index
= 0;
boolean gefunden = false;
// Nr. des aktuellen Elements
// schon gefunden?
/**
// index
< Größe(Signatur)
der Sammlung
UND noch nicht gefunden
* Kopf
der Methode
sucheText
while(index
< notizen.size()
&& !gefunden)
{
* @param
suchString
Zeichenkette
nach der gesucht
wird
String
notiz
= notizen.get(index);
// aktuelles
* @return
Index
der
Notiz, die text enthält,
oder –1 Element
*/
if(notiz.contains(suchString)) { // siehe API: lang.String
public intgefunden
sucheNotiz(
String
suchString
){
= true;
// gefunden:
Zeichenkette
ist enthalten
…
} //if
return else
index;
{
} // sucheNotiz
index++; // nächster Index=>nächstes Element
} //else
} //while
// Entweder gefunden oder gesamte Sammlung durchsucht
if(!gefunden) index = –1;
// index für nicht gefunden
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Folie 20
Schleife mittels Iterator-Objekt
Iterator<Elementtyp> it = meineSammlung.iterator();
while(it.hasNext()) {
ElementTyp el = it.next(); // nächstes Element
Anweisungen "machen etwas" mit Element el
} //while
Beispiel:
public void notizenAusgaben() {
Iterator<String> it = notizen.iterator();
while ( it.hasNext() ) {
String el = it.next();
System.out.println(el);
} //while
} //notizenAusgeben
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Folie 21
Schleifen und Objektsammlungen
 for–each:
– wenn alle Elemente bearbeitet werden
 while–Schleife:
– falls nur einige Elemente bearbeitet werden
– wird durch Bedingung gesteuert
– für Wiederholungen ohne Sammlungen
 Iterator–Objekt:
– falls nur einige Elemente zu bearbeiten
– insbesondere für Sammlungen ohne Index
– alle Sammlungen (collections) der API stellen Iterator
bereit
 Iteration / Schleife ist wichtiges
Programmier-Muster (pattern)
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Folie 22
Aufgabe
 Beispiel Notizbuch implementieren
 Wertungsaufgabe E-Mail-Verwaltung
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Folie 23
Array: Sammlungen fester Größe
 häufig Obergröße für Objekt-Sammlungen bekannt
 Programmiersprachen bieten:
– spezielle Konstruktion: array
– spezielle Schreibweise (Syntax):
typ[ ]
bzw.
element[index]
 Arrays speichern:
– (Adressen der) Objekte
– Werte einfacher Datentypen
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Folie 24
Array
feste Anzahl von Elementen eines Typs


Arrays sind Objekte: mit new-Methode erzeugen
Elemente eines Array beliebig aber fest:
int[ ] feld = new int[6];
0
1
2

Attribut length gibt Anzahl der Elemente an:
System.out.writeln(feld.length); // ausgegeben wird 6

Zugriff:
3
4
5
feld[0] = 17;
feld[1] = 35;
for(int i=0; i<feld.length; i++) feld[i]=2*i+1;
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Folie 25
Array: Arbeitsweise
 Deklaration:
int[ ] folge;
int
zfolge; // Zeiger Füllstand
 Erzeugung:
folge = new int[100];
 Initialisierung:
for(int i=0;i<max;i++) folge[i]=0;
 Zugriff nur zwischen 0…max Index möglich!
– Lesen:
a = folge[z];
System.out.println(folge[2]);
for(int i=1; i<zfolge; i++) summe +=folge[i];
– Schreiben:
folge[z] = b;
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Folie 26
Weblog–Analyse
 Auswertung der Zugriffe je Stunde
 vereinfacht
– Zugriffe = Eingabe der Stunde durch Nutzer:
Eingabe 14 = ein Zugriff in 14:00 – 14:59
 notwendig:
– Sammlung für 24 Werte (int)
– Methode zum Einlesen von Werten
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Folie 27
Array zugriffeInStunde
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Folie 28
Klasse Weblog
class Weblog {
// Instanz-Variabeln
private int[ ] zugriffInStunde;
private int maxSt;
public Weblog () {
maxSt = 24;
zugriffInStunde = new int[maxSt];
for(int i=0; i<maxSt; i++) zugriffInStunde[i] = 0;
} //Weblog
public int getZugriffInStunde(int st) { return zugriffInStunde[st];}
public int summeZugriffe(){ … }
} //Weblog
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Folie 29
Methode Einlesen
public void liesZugriffe() {
wiederhole:
Sag Nutzer, dass Stunde einzugeben ist.
Lies Stunde ein.
Wenn gültige Stunde,
dann erhöhe Anzahl Zugriffe in der Stunde um eins.
bis Ende (Nutzer hat –1 eingegeben)
} //liesZugriffe
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Folie 30
Einschub
Ein–, Ausgabe: Klasse LineIO
Java nicht für zeilenweise Ein-, Ausgabe entwickelt! Hilfe
notwendig:
Sammlung von Methoden für zeilenweise Ein- und Ausgabe:
 write, writeln für String, int, double, …
io.writeln("zahl= "+z);
 formatierte Ausgabe:
io.write(betrag,7,2);
 Eingabe für Sring, double, int, char:
zahl = io.readInt("Bitte Zahl eingeben: ");
 KEIN Bestandteil der API
LineIO aus StudIP herunterladen!
Datei LineIO.class muss im Verzeichnis stehen
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Folie 31
Nutzung von LineIO
1. LineIO.java kopieren
in BlueJ: Edit > Add class from file
2. E/A-Objekt in Methode erzeugen:
LineIO io = new LineIO();
3. Methoden nutzen:
st = io.readInt(" Zahl eingeben");
– werden Eingaben programmiert, dann:
public void einlesen() throws Exception …

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Schauen Sie sich die Methoden an von LineIO.java
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Folie 32
Methode Einlesen
public void liesZugriffe() throws Exception {
LineIO io = new LineIO(); // Ein- Ausgabe-Objekt
int st = -1;
// einzulesende Stunde
io.writeln(" Weblog: Eingabe der Stunden. Ende mit –1 ");
do {
st=io.readInt("Zugriff in Stunde: ");
if(st>=0 && st<=maxSt) { // Test auf gueltige Stunde
zugriffInStunde[st]++; // Anzahl Zugriffe erhöhen
}
else if(st!= -1){ // falls keine Stunde (s.o.) und kein Ende
io.writeln("Ungueltige Stundenangabe!");
} //if
}
while(st!=-1); // wiederhole solange nicht Ende
} //liesZugriffe
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Folie 33
Iteration: do–while–Schleife
do { Anweisungen } while (Bedingung);
do {
zahl = io.readInt("Zahl: ");
if (zahl >0) summe = summe +zahl;
}
while (zahl != -1);
– endgesteuert
– eingesetzt, falls:
– Zahl der Durchläufe unbestimmt ist, und
– Körper mindestens einmal durchlaufen werden muss.
– typisch: Nutzerdialog
Interpretation:
Führe die Anweisungen wiederholt aus,
solange die Bedingung wahr ist.
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Folie 34
Iteration: for–Schleife
for (Initialisierung; Bedingung; EndeAnweisung) {
Anweisungen
} //for
int fak = 1;
for (int i=1;i<=zahl; i++) {
fak = fak * i;
} //for
– anfangsgesteuert
– eingesetzt, falls:
– Zahl der Schleifendurchläufe bekannt ist und
– durch eine Zählvariable gezählt werden kann
Interpretation:
Führe die Initialisierung aus,
führe dann die Anweisungen des Körpers wiederholt aus,
solange die Bedingung gilt.
Nach jeder Ausführung des Schleifenkörpers wird die
EndeAnweisung einmal ausgeführt.
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Folie 35
Beispiel
for(int index = 0; index < zugriffeInStunden.length; index++) {
io.writeln(index + ": " + zugriffeInStunden[index]);
} //for
Wirkung identisch!
int index = 0;
while(index < zugriffeInStunden.length) {
io.writeln(index + ": " + zugriffeInStunden [index]);
index++;
} //while
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Folie 36
Zusammenfassung Sammlung
 Arraylist
– Sammlung: Elemente (Objekte) mit Index 0,1,…
– import java.util.Arraylist;
– API enthält die Infos über Methoden
– wichtige Methoden: add, delete, get, size
 Arrays für Sammlungen mit fester Obergrenze
– Sammlung: Elemente mit Index 0,1,…
– Elemente sind Objekte oder einfache Datentypen
– Arrays sind Objekte  mit new erzeugen
– haben spezielle Syntax: eckige Klammern [ ]
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Folie 37
Zusammenfassung – Schleifen
 while(!gefunden) { … }
– Anfangsgesteuert, unbestimmte Zahl von Durchläufen
 do { … } while(!ende);
– Endgesteuert, unbestimmte Zahl von Durchläufen
 for(Notiz n:notizen) … //for-each
– Für alle Elemente einer ArrayList
 for(int i= 0,i<zfolge, i++) { folge[i] … }
– Anfangsgesteuert, Zahl der Durchläufe bestimmt
 // iterator:
Iterator<Notiz> it = notizen.iterator();
while (it.hasNext()) …
– Für Objekte von Sammlungsklassen, wie ArrayList …
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Folie 38
Aufgabe: Schleifen ohne eine Objektsammlung
Gib alle geraden Zahlen zwischen 0 und 30 aus.
Berechne alle Teiler einer Zahl.
Bestimme die Quersumme einer Zahl.
Bestimme den größten gemeinsamen Teiler zweier
Zahlen.
– …
–
–
–
–
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Folie 39
Aufgabe: Sieb des Eratosthenes
 Zahl n einlesen
 Array mit Elementen von 0..n erzeugen;
– Alle Komponenten auf true setzen
 Mit 2 beginnen bis n: alle Vielfachen im Array
„streichen“, d.h. auf false setzen
 Ausgabe der Primzahlen zwischen 0..n
Programmieren Sie den Algorithmus in
einer ausführbaren Klasse (main-Methode)
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Folie 40
Aufgabe: Studenten–Team
Felder/Array kann beliebigen Typ enthalten!
…
Student[ ] team;
int
zst;
0
1
2
3
team = new Student[anzahl];
…
team[zst] = new Student(name, matrikel);
zst++;
4
5
Entwickeln Sie eine Klasse Team,
in der ein Studenten–Team verwaltet werden kann.
Benutzen Sie die Klasse Student
und verwalten Sie die Team-Mitglieder in einem Array!
Die maximale Teamgröße wird beim Erzeugen eines Teams festgelegt.
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Folie 41