Kein Folientitel - Institut für Geodäsie und Geoinformation der

Institut für Kartographie und Geoinformation
Prof. Dr. Lutz Plümer, Dr. Thomas H. Kolbe
Einführung in die
Programmierung mit Java
12. Vorlesung WS 2001/2002
Übersicht
• Besprechung der Übungsaufgabe
• Ein- und Ausgabe in Java
– Datenströme
– Quellen, Senken und Filter
– Zeichen und Rohdaten
– Java-Klassen für Ein- und Ausgabe
T. H. Kolbe - Einführung in die Programmierung mit Java - 1. Semester - WS 01/02
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Übungsaufgabe vom 23. 1.
• Schreiben Sie ein Programm, das ein Integer-Array mit 500
Elementen erzeugt.
• Füllen Sie das Array mit Zufallszahlen, die im Bereich von 0 bis
99 liegen sollen.
• Anschliessend soll eine Schleife 10000 mal
1. Eine Integer-Zufallszahl von 0 bis 510 erzeugen,
2. welche als Index in das Array verwendet wird und den an der
entsprechenden Stelle befindlichen Wert x=a[zufallsindex] ausliest.
3. Dieser Wert x soll als Divisor für eine beliebige Division verwendet
werden, z.B.: b = 10 / x
• Welche Fehler treten bei der Programmausführung auf?
• Ergänzen Sie das Programm um eine differenzierte
Fehlerbehandlung, so dass es nicht mehr abbricht.
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Lösung
• Welche Fehler treten bei der Programmausführung auf?
• ArrayIndexOutOfBoundsException
weil die Zufallsvariable, die auf das Array-Element verweist, auch
die Werte 500 bis 510 annehmen kann. Die Array-Grenze reicht
aber nur bis 499.
• ArithmeticException: / by zero
weil der aus dem Array gelesene Divisor auch den Wert 0 besitzen
kann.
• Ergänzen Sie das Programm um eine differenzierte
Fehlerbehandlung, so dass es nicht mehr abbricht.
• Lösung: die zweite Schleife in einen try-catch-Block einschließen
mit zwei catch-Anweisungen für die beiden Exception-Klassen
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Ein- und Ausgabe in Java
• Alle Ein- und Ausgabefunktionen von Java sind Datenstrom-basiert
(Stream-basiert). Die beteiligten Komponenten sind:
– Quelle (oder auch Produzent)
Beispiele: Datei, Internet-Verbindung, Prozess, Tastatur, Sensoren,...
– Senke (oder auch Ziel, Konsument)
Beispiele: Datei, Internet-Verbindung, Drucker, Bildschirm, Prozess,...
• Bei Quellen und Senken wird zwischen externen und internen
Datenströmen unterschieden.
– extern: Daten verlassen bzw. kommen von außen in die Java-Umgebung
– intern: Daten fließen zwischen Prozessen und/oder Methoden
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Ein- und Ausgabedatenströme
• Aus der Sicht eines Prozesses bzw. Programmabschnitts (z.B. einer
Methode) sind Datenströme entweder
– Eingabedatenströme oder
– Ausgabedatenströme
• Der Ausgabestrom eines Prozesses bzw. einer Methode kann der
Eingabestrom für einen anderen Prozess sein
– Die Verbindung zwischen den beiden Prozessen / Methoden wird dabei
auch als Kanal bezeichnet
• Mehrere Verbindungen möglich:
– mehrere Prozesse können ihre Ausgabedatenströme in denselben
Eingabestrom eines anderen Prozesses einspeisen
– Mehrere Prozesse können sich mit ihrem Eingabestrom an denselben
Ausgabestrom eines anderen Prozesses anhängen
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Filter, Eigenschaften von Datenströmen
• Es gibt spezielle Ein-/Ausgabekomponenten, die genau einen
Ein- und Ausgabekanal besitzen; diese werden auch als Filter
bezeichnet
– Aufgaben: Filterung, Transformation, Konvertierung der
durchgereichten Daten
– Beispiele: Verschlüsselung, (De-)Kompression,
Zeichensatzanpassung
• Datenströme können
– endlich (z.B. eine Datei, Email oder WWW-Seite) oder
– unendlich (z.B. Mausbewegungen, Sensormessungen) sein.
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Unterscheidung von Rohdaten und Text
• Bei der Art der ein- und auszugebenden Daten wird kategorisch
unterschieden zwischen
– Rohdaten (Bytes)
– Zeichen (Text)
• Hintergrund:
1. Früher reichte ein Byte um ein Zeichen zu speichern (das
amerikanische Standardzeichenformat ASCII benötigte sogar nur 7 Bit)
Zur Unterstützung der Mehrsprachigkeit wurde ein neuer Standard
geschaffen, der sog. Uni-Code mit 16 Bit pro Zeichen
Java unterstützt sowohl die bisherigen Codierungen als auch Uni-Code.
2. Einige Ein- und Ausgabefunktionen sind für verschiedene Betriebssysteme unterschiedlich.
Beispiel: Der Zeilenumbruch wird unter Windows anders realisiert als
unter Linux oder MacOS
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Java-Basisklassen für Ein- und Ausgabe
InputStream :
stellt Methoden zum Einlesen/ Öffnen von ByteStreams (Rohdaten) zur Verfügung
OutputStream :
stellt Methoden zum Öffnen/ Ausgabe von ByteStreams (Rohdaten) zur Verfügung
Reader :
stellt Methoden analog zum InputStream für
Textdateien zur Verfügung
Writer :
analog zum OutputStream allerdings für Text
alle 4 Klassen sind abstrakte Klassen
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Klassen zum Einlesen von Rohdaten (Bytes)
Datei (Lesen)
aus Strings lesen
Einlesen von Java Datentypen
Die gleiche
Klassenhierarchie
existiert auch für
OutputStreams
zur Interprozesskommunikation
gepufferte Eingabe
Lesen komprimierter Daten
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Klassen zur Ausgabe von Text
Basisklasse
für Konstruktion
von Ausgabefiltern
Textausgabe via
Outputstreams
gepufferte
Ausgabe
Textuelle Ausgabe
der Java-Basistypen
Die gleiche
Klassenhierarchie
existiert auch für
Reader
Textausgabe in
Datei
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Schnittstelle zwischen Text und Rohdaten
• Jeder Text wird letztlich auf eine Folge von Bytes abgebildet, wenn er
übertragen oder in eine Datei geschrieben werden soll.
– gleiches gilt für externe Datenquellen
• Konvertierung von Text- in Rohdaten notwendig (und umgekehrt)
• Klasse InputStreamReader:
Abstrakte Basisklasse für alle Reader, die einen Byte-Strom in einen
Zeichenstrom umwandeln.
– Unterklasse: z.B. FileReader zum Einlesen von Text aus Dateien
• Klasse OutputStreamWriter:
Abstrakte Basisklasse für alle Writer, die einen Zeichenstrom in
einen Byte-Strom umwandeln.
– Unterklasse z.B. FileWriter für Textausgaben in eine Datei
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Arbeiten mit Datenströmen
1. Datenstrom öffnen
– z.B. durch Erzeugen eines FileWriter- oder FileReader-Objekts, wobei
der Dateiname dem Konstruktor übergeben wird
Beispiel: FileWriter datei = new FileWriter(“C:\\Temp\\test.txt“);
2. Daten schreiben bzw. lesen
Um in einem
– die konkreten Methoden hängen von der verwendeten String einen
Ein-/ Ausgabeklasse ab (siehe Java-Dokumentation) Backslash \
einzugeben,
Beispiel: datei.write(“Hallo Welt!“);
müssen zwei \\
hintereinander
3. Datenstrom schließen
angeben werden.
– Spätestens am Ende des Programms muss der
Datenstrom geschlossen werden
Beispiel: datei.close();
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Ausnahmebehandlung bei Ein-/Ausgaben
• Bei fast allen Ein- und Ausgabeoperationen können Fehler
auftreten.
– z.B.: Datei voll, Datei nicht vorhanden, keine Zugriffsberechtigung,...
• Zur Fehleranzeige lösen die Ein- und Ausgabemethoden von Java
entsprechende Exceptions aus
– Die Ein- und Ausgabemethoden sind so definiert, dass ein Aufrufer sich
um das Auftreten möglicher Exceptions explizit kümmern muss
– Aufrufe von Ein- und Ausgabemethoden müssen deshalb in einen trycatch-Block eingebettet werden
– Eingabe-/Ausgabe-Exceptions sind Unterklassen von der Klasse
IOException
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Standardein- und ausgabeströme (I)
• Grundsätzlich besitzt jedes Java-Programm drei vordefinierte
Ein- und Ausgabedatenströme:
– Standardeingabe
– Standardausgabe
– Standardfehlerausgabe
• Diese Ströme werden von der Laufzeitumgebung des JavaProgramms beim Programmstart eingerichtet und geöffnet.
– Für die Standardeingabe wird ein Objekt der Klasse InputStream
erzeugt und der Klassenvariable System.in der Klasse System
zugewiesen
– Für die Standardausgabe und die Standardfehlerausgabe
werden je ein Objekt der Klasse PrintStream erzeugt und den
Klassenvariablen System.out bzw. System.err der Klasse System
zugewiesen
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Standardein- und ausgabeströme (II)
• In der Entwicklungsumgebung Forté wird
– der Standardausgabe- sowie der Standardfehlerausgabestrom auf
das Ausgabefenster gelenkt
– der Standardeingabestrom durch das Eingabefeld „Program Input:“
am unteren Rand des Ausgabefensters bedient
• Eigenständig laufende Java-Programme (außerhalb einer
Entwicklungsumgebung) lenken die Standardströme oftmals in
das Fenster (z.B. MSDOS-Eingabeaufforderung oder Linux
Shell-Fenster), in dem das Programm gestartet wurde
• Per Voreinstellung sind die Standardein- und
Ausgabedatenströme also unendlich, sie können aber auch auf
einen Dateilese- oder –schreibdatenstrom umgelenkt werden.
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Übungsaufgabe
Mini-Taschenrechner
• Schreiben Sie ein Programm, das eine Zeile von der
Standardeingabe einliest (String)
• Diese Zeile soll eine Grundrechenoperation auf ganzen Zahlen
ausdrücken. Beispiel für erlaubte Eingaben:
•
•
•
•
4+7
23/9
2*8
3-1234
• Das Programm soll den Ausdruck auswerten und das Ergebnis
ausgeben
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