Programmieren mit Java Java

GhK
FB 17 Mathematik / Informatik
Programmieren mit Java
Was ist JAVA?
Arbeitsweise, Programmstruktur
GhK
Java-Referenzen
FB 17 Mathematik / Informatik
•
http://www.ora.com/info/java/
(Verlagsseite O‘Reilly)
•
http://www.javasoft.com/
(Sun Microsystems Java-Seite)
•
David Flanagan : JAVA in a nutshell (deutsch), O‘Reilly, 1996
•
Martin Schrader, Lars Schmidt-Thieme : Java, eine Einführung, Springer 1997
GhK
Eigenschaften von Java
FB 17 Mathematik / Informatik
• einfach
– nur kontrollierte Sprünge (kein goto)
– modularer Aufbau
– keine Zeiger
• interpretiert
–
–
–
–
Übersetzung in Java-Bytecode
interpretiert durch ava- irtualportabel (plattformunabhängig)
gute Performance , sparsam
ust n ime compilierung
achine
• robust
–
–
–
–
für technische Anwendungen kozipiert
stark typisiert
Ausnahmenbehandlung
Sicherheit
• Objekt-orientiert
• Multithread-fähig
GhK
Java-Umgebung
FB 17 Mathematik / Informatik
Texteditor
Compiler
(javadoc)
.java-Datei
Compiler
(javac)
Applet
Interpreter
(appletviewer)
Applikation
JVM (java)
Interpreter
.class-Datei
.html-Datei
Browser
(netscape)
Interpreter
GhK
elementare Programmstruktur
FB 17 Mathematik / Informatik
• Programme (Java-Klassen)
public class <NameDerKlasse>
{
public static void main (String args[])
{ ..........
}
}
• Applets
import java.applet.*;
import java.awt.*;
Programmdatei :
<NameDerKlasse>.java
public class <NameDerKlasse>
{
public static void main
(String args[])
{ ..........
}
}
public class <NameDerKlasse> extends Applet
{
public void init ()
{ ..........
}
public void paint (Graphics <NameDesGraphikobjekts>)
{ ..........
}
}
GhK
Kommentare
FB 17 Mathematik / Informatik
• von entscheidender Wichtigkeit bei jedem Programmieren
sind die Kommentare, ohne die ein Programm weder
lesbar noch wartbar ist:
– Was tut dieser Programmabschnitt?
– Welche Rolle spielt diese Variable
– Welche Bedingungen sind an diese Parameter geknüpft
• Java kennt 3 sorten von Kommentarklammern
– // ........
Zeilenende
kurze Anmerkungen
– /* ........
*/
Kommentare über mehrere Zeilen
– /** ........ */
Kommentare, die zur Dokumentation
verwendet werden
GhK
Beispiel: Zaehler
FB 17 Mathematik / Informatik
// Zaehler.java
class Zaehler
{
// Variablen
private int wert;
//Zählerstand
//Methoden
int wert() {return wert;}
//Zählerstand ablesen
void wert(int i) {wert = i;}
//Zähler setzen
void inkrement() {++wert;} // weiterzählen
void dekrement() {--wert;} // zurückzählen
}
GhK
Beispiel ZählerTest
FB 17 Mathematik / Informatik
//ZaehlerTest.java
import java.io.* ;
//in/output
class ZaehlerTest
{
public static void main(String[] args)
{
Zaehler z = new Zaehler();
BufferedReader in =
new BufferedReader(
new InputStreamReader(System.in));
// in liest von der Tastatur
PrintWriter out =
new PrintWriter(System.out, true);
// out schreibt auf den Bildschirm
for(;;)
{
//Endlosschleife
out.println("----\nZählerstand: " + z.wert()
+ "\n----");
char akt = '+' ; // char-Variable deklariert
do
{
out.print("Aktion(+/-): ");
out.flush();
try
{
akt = in.readLine().charAt(0);
}
catch(IOException ioe){}
}
while (akt != '+' && akt != '-');
if (akt ='+') z.inkrement();
else z.dekrement();
}
//Ende for-Schleife
}
//Ende main
}
//Ende ZaehlerTest
GhK
Ausgabe ZaehlerTest
FB 17 Mathematik / Informatik
❚
GhK
Beispiel Zählerframe
FB 17 Mathematik / Informatik
//ZaehlerFrame.java
import java.awt.* ;
//Fenstertechnik
import java.awt.event.* ;
//Mausaktionen
class ZaehlerFrame extends Frame
{private Button plus, minus;
private TextField stand;
private Zaehler z;
ZaehlerFrame(String s)
{super(s);
z = new Zaehler();
setLayout(new GridLayout(2,2));
add(new Label("Zählerstand: ", Label.RIGHT)
add(stand = new TextField(10));
stand.setText(String.valueOf(z.wert()));
stand.setEditable(false);
add(plus = new Button("Inkrementiere"));
add(minus = new Button("Dekrementiere"));
ButtonListener check = new ButtonListener();
plus.addActionListener(check);
minus.addActionListener(check);
pack(); setVisible(true);
}
//Ende Konstruktor
public static void main(String[] args)
{ new ZaehlerFrame("Zähler-Test")
}
//Ende main
class ButtonListener
implements ActionListener
{public void actionperformed(ActionEvent e)
{if
(e.getAction.command().equals("Inkrementiere"))
z.inkrement();
else
z.dekrement();
stand.setText(String.valueOf(z.wert()));
}
//Endeactinperformed
}
//Ende ButtonListener
}
//Ende ZaehlerFrame
GhK
Beispiel Zählerapplet
FB 17 Mathematik / Informatik
//ZaehlerApplet.java
import java.applet.* ;
//Applet
import java.awt.* ;
//Fenstertechnik
import java.awt.event.* ;
//Mausaktionen
public class ZaehlerAplett extends Applet
{private Button plus, minus;
private TextField stand;
private Zaehler z;
public void init()
{z = new Zaehler();
setLayout(new GridLayout(2,2));
add(new Label("Zählerstand: ", Label.RIGHT)
add(stand = new TextField(10));
stand.setText(String.valueOf(z.wert()));
stand.setEditable(false);
add(plus = new Button("Inkrementiere"));
add(minus = new Button("Dekrementiere"));
ButtonListener check = new ButtonListener();
plus.addActionListener(check);
minus.addActionListener(check); // pack();
setVisible(true);
}
//Ende init
GhK
FB 17 Mathematik / Informatik
public static void main(String[] args)
{ new ZaehlerFrame("Zähler-Test")
}
//Ende main
class ButtonListener
implements ActionListener
{public void actionperformed(ActionEvent e)
{if
(e.getAction.command().equals("Inkrementiere"))
z.inkrement();
else
z.dekrement();
stand.setText(String.valueOf(z.wert()));
}
//Endeactinperformed
}
//Ende ButtonListener
}
//Ende ZaehlerFrame
HTML-Seite:
...
<applet code = ZaehlerApplet
width = 250 height = 70>
ZählerApplet
GhK
Bezeichner
FB 17 Mathematik / Informatik
• Alle in einem Java Programm verwendeten Variablen,
Funktionen etc. tragen Namen (Bezeichner), die nach
folgenden Regeln gebildet werden:
– Sie beginnen mit einem Buchstaben a..z,A..Z oder _,$.
– die nachfolgenden Zeichen dürfen außerdem auch Zahlen oder andere
druckbare Zeichen des Unicode-Zeichensatzes (eine 16-Bit Obermenge
des ASCII-Zeichensatzes) sein.
• Java ist case-sensitiv, d.h. es unterscheidet zwischen
Groß- und Kleinschreibung.
– Er, eR, ER, er sind jeweils verschiedene Bezeichner.
• Die Verwendung von _ und $ am Bezeichneranfang ist
nicht zu empfehlen, weil die meisten Programmierer sie für
Systemvariablen halten werden.
GhK
elementare Datentypen
FB 17 Mathematik / Informatik
• Java kennt 8 vordefinierte Datentypen
Datentyp
Größe(Bit)
default Wert
boolean
8
false
byte
8
0
char
16
short
Min
Max
-128
127
\u0000
\u0000
\uFFFF
16
0
-32768
32767
int
32
0
-2147483648
2147483647
long
64
0
-9223372036854775808
9223372036854775808
float
32
0.0F
±3.40282347E+38
double
64
0.0D
±1.79769313486231570E+308
±4.94065645841246544E-324
±1.40239846E-45
GhK
Typ boolean
FB 17 Mathematik / Informatik
• boolean Werte sind keine Zahlwerte, sondern können nur
die Werte true und false annehmen.
• Operationen auf boolean:
!
&
^
|
?:
&&
||
==
!=
logische Negation
logisches AND
logisches XOR
logisches OR
logisches IF
short circuit AND
short circuit OR
gleich
ungleich
GhK
(einstellig)
(zweistellig)
(zweistellig)
(zweistellig)
(dreistellig)
(zweistellig)
(zweistellig)
(zweistellig)
(zweistellig)
x
!x
x&y
x^y
x|y
x?y:z
x==y
x!=y
false
true
false
y
y
z
!y
y
true
false
y
!y
true
y
y
!y
short circuit Auswertung
FB 17 Mathematik / Informatik
• Die Operationen && sowie || unterscheiden sich in ihrer
Ausgabe auf boolean nicht von & und |, jedoch im
„Verhalten“.
• Ist x&&y bzw. x||y auszuwerten, so wird zunächst x
berechnet. Wertet x zu 0 bzw. 1 aus, so ist dies bereits die
Ausgabe, ohne daß y noch ausgewertet werden muß.
• Der Sinn ist nicht nur eine Verringerung des Aufwandes,
sondern auch die Vermeidung von Sonderfällen.
Beispiel:
(x==0)||(y/x<=100)
(x==0)|(y/x<=100)
liefert immer einen boolesches Ergebnis,
wogegen
für x==0 eine Division durch 0 veranlassen
würde.
GhK
Integer-Typen
FB 17 Mathematik / Informatik
• In Java gibt es keine gesonderten vorzeichenlosen ganzen
Zahlen, sondern alle 4 Zahlbereiche byte, short, int, long
haben auch negative Werte.
• Literale (Zeichendarstellung von Werten)
– Die Zahlen dürfen mit einem Vorzeichen +,- oder mit 0, 0X oder 0x
beginnen.
– Nun kommt eine Folge von Ziffern, die nicht mit 0 beginnt
– Ist der Anfang 0, besteht die Folge nur aus Oktalziffern 0,..,7 oder ist leer;
die Zahl wird als Oktalzahl interpretiert.
– Ist der Anfang 0x oder 0X, können auch die hexadezimalziffern A,..,F bzw.
a,..,f in der Folge auftreten; die Zahl wird als Hexadezimalzahl interpretiert.
– alle übrigen Zahlen werden als Dezimalzahlen interpretiert
– 255, 0377, 0xff, 0xFF, 0XFF haben den gleichen Wert.
GhK
Integer-Operationen
FB 17 Mathematik / Informatik
• einstellig
++
-+, ~
Inkrement
Dekrement
Vorzeichen
bitweises Komplement
x+1
x-1
x , -x
x XOR FF..F
• zweistellig
+, *, /, %
<<, >>
>>>
&, ^, |
plus, minus
mal, geteilt, Rest
Shift links, rechts
Shift rechts mit 0-Erweiterung
bitweises AND, XOR, OR
• boolean-wertig
==, !=
<, <=, >,>=
?:
gleich, ungleich
Größenvergleich
dreistelliges IF
(b)?x:y = “falls b, dann x sonst y“
GhK
Seiteneffekte von ++ und --
FB 17 Mathematik / Informatik
• Normalerweise erwartet man von einer Operation, daß sie
Eingaben entgegennimmt und eine Ausgabe abliefert, aber
die Eingaben unverändert läßt, ++ und -- sind anders!
• ++x und --x erhöhen oder erniedrigen den Wert von x um 1
und liefern dann diesen veränderten Wert von x ab.
• x++ und x-- liefern zuerst den Wert von x ab und erhöhen
oder erniederigen danach den Wert von x
• Beispiel: hat x den Wert 5 , so ist die Wirkung von:
y=++x
y=x++
y=--x
y=x-x: 6
6
4
4
y: 6
5
4
5
• Man nennt ein solches Verhalten einer Funktion einen
Seiteneffekt.
GhK
char-Typ
FB 17 Mathematik / Informatik
• Der typ char kann beliebige unicode-Zeichen enthalten
• Literale (werden in Hochkommata ‘ ‘ oder “ “ eingeschlossen ):
–alle druckbaren Ascii-Zeichen außer ‘ “ und \
.
–Die Escape-Sequenzen:
\n (neue Zeile)
\t (tabulator)
\b (Rückschritt) \r (Rücklauf)
\f (neue Seite)
\‘ ( Hochkomma) \“ (Quotation)
\\ (Backslash)
–Unicode-Zeichen : \uxxxx dabei ist xxxx eine Folge von 1 bis 4
Hexadezimalziffern.
• Beispiele
‘ ‘
Leerzeichen
‘\‘‘
Hochkomma
‘\‘
„Fehler“
‘\u5c‘
„derselbe Fehler“
‘\\u22‘
Backslash
‘\u3240‘
• Operationen: ==, !=, ?:
GhK
real-Typen
FB 17 Mathematik / Informatik
Gleitkommazahlen gibt es in zwei Genauigkeiten float und
double, die nach IEEE Standard 754 festgelegt sind, nach
diesem Standard gibt es außer den Zahlen noch :
• +inf
das Ergebnis + Unendlich bei einem Überlauf
• -inf
das Ergebnis - Unendlich bei einem Unterlauf
• NaN
das Ergebnis „not a number“, wenn eine Operation kein sinnvolles Ergebnis
haben kann, z.B. Division durch 0 oder Wurzel aus einer negativen Zahl.
Ist x = 0, +inf oder -inf, so ist NaN*x=x
Achtung:
Es wird nie ein Fehler "Division durch 0" moniert!
GhK
Operationen auf reals
FB 17 Mathematik / Informatik
• einstellig
++
-+, -
Inkrement
Dekrement
Vorzeichen
x+1
x-1
x , -x
• zweistellig
+, *, /
plus, minus
mal, geteilt
• boolean-wertig
= =, !=
<, <=, >,>=
?:
gleich, ungleich
Größenvergleich
dreistelliges IF
(b)?x:y = “falls b, dann x sonst y“
GhK
real Literale
FB 17 Mathematik / Informatik
• Die Gleitkommazahlen haben die Literaldarstellung:
Vorzeichen Ziffernfolge Ziffernfolge Exponent Endung
dabei sind
• Vorzeichen :
|
optional
• Exponent :
| Vorzeichen Ziffernfolge
optional
| | |
optional
• Endung :
wenn ein Exponent vorkommt, ist auch der Dezimalpunkt
optional.
• Die Zahl 256.0172 hat also z.B. folgende Darstellungen:
2560172E-4D, .2560172e3, 2.560172e2f, ...
GhK
Zeichenketten
FB 17 Mathematik / Informatik
• Ein besonderer Datentyp in Java ist der String , der eine
Folge von unicode-Zeichen darstellt.
• Literale: Wie bei char werden Einzelzeichen und escapesequenzen in Folge notiert und die Folge in Hochkommata
eingeschlossen.
• Beispiele: “Ausgabe:\n“ , ‘dies ist ein langer String‘, ““
• Operationen:
+
(Conkatenation) ‘Milch‘+‘Mann‘ steht für ‘MilchMann‘
= =, !=
(Identität, Vorsicht!!)
length( )
(Länge)
length(‘der Hund ist tot.\n‘) ist 18
charAt( ) , equals( ) , compareTo( ) , IndexOf( ) , ...
GhK
Referenztyp String
FB 17 Mathematik / Informatik
• String ist kein elementarer Typ, obwohl er praktisch wie ein
elementarer Typ behandelt wird.
• Elementare Daten haben einen Speicherplatz fester Größe,
in dem ihr Wert abgespeichert ist.
Auch Strings haben einen Speicherplatz fester Größe, in
dem steht aber nur eine Referenz (Verweis, Zeiger) auf
den Speicherplatz, wo die Zeichenfolge abgelegt ist.
• == und != fragen ab, ob zwei Strings auf denselben
Speicherplatz verweisen. x!=y besagt also nicht notwendig,
daß die Zeichenreihen verschieden sind, sondern lediglich,
daß sie an unterschiedlichen Stellen abgelegt sind. Ob
zwei Strings dieselbe Zeichenreihe sind, wird mit equals( )
überprüft.
• Java achtet darauf , daß gleichlautende String Konstanten
nicht mehrmals an verschiedenen Stellen abgelegt werden.
GhK
Spezielle Strings
FB 17 Mathematik / Informatik
• null ist kein String, sondern allgemein ein leerer Zeiger, wo mal ein
Verweis (z.B. auf einen String) hinein kann.
• ‘‘ (bzw. ““)
ist der leere String, d.h. der einzige String
von Länge 0.
• ‘ ‘(bzw. “ “) ist der String der Länge 1, der als einziges
Zeichen das Leerzeichen (space) enthält.
• In String-literalen können alle Zeichen wie bei char verwendet werden:
– alle druckbaren Ascii-Zeichen außer ‘ “ und \ .
– Die Escape-Sequenzen:
\n (neue Zeile)
\t (tabulator)
\b (Rückschritt) \r (Rücklauf)
\f (neue Seite)
\‘ ( Hochkomma) \“ (Quotation)
\\ (Backslash)
– Unicode-Zeichen : \uxxxx dabei ist xxxx eine Folge von 1 bis 4
Hexadezimalziffern.
• Strings sind im Wesentlichen unveränderlich. Eine Veränderung einer
String-Variable kann nur dadurch erzeugt werden, daß man einen
neuen String des gewünschten Inhalts erzeugt und dann die Variable
darauf verweisen läßt.
GhK
Java hat keine Zeiger
FB 17 Mathematik / Informatik
Die Behauptung, Java habe keine Zeiger, ist in gewissem
Sinn zwar richtig, aber im Grunde genommen völlig falsch.
• Andere Programmiersprachen haben Zeiger, das sind
Speicheradressen, die der Programmierer manipulieren
kann. Letzteres geht in Java tatsächlich nicht.
• Alle Datentypen (= Klassen) in Java, außer den
elementaren Typen sind Referenztypen, also Zeiger auf
eine entsprechend große Speicherstelle. In diesem Sinne
ist Java ohne Zeiger also nicht denkbar. Der Unterschied
zu anderen Programmiersprachen ist, daß die Speicherverwaltung aus Sicherheitsgründen jedem programmierten
Zugriff entzogen ist. Alles was ein Java-Programm tun
kann, ist Speicher anfordern und die zugeteilte Adresse im
Zeiger ablegen.
GhK
Felder (Arrays)
FB 17 Mathematik / Informatik
• Felder (arrays) sind Folgen von Daten, die alle denselben
Typ T besitzen, das Feld wird dann mit T[] deklariert.
String ist so ähnlich wie ein char array.
• Auch Felder sind Referenztypen, also Zeiger auf einen
Speicherbereich und werden bei der Deklaration T[] Name
mit null (dem leeren Zeiger) initialisiert.
• Beispiele:
– int[] a;
//deklariert ein int-Feld a
– String[] b
//deklariert ein String-Feld b
– short[][] c
//deklariert ein doppelt indiziertes
short-Feld c
GhK
Erzeugen von Feldern
FB 17 Mathematik / Informatik
• Die Deklaration eines Referenztyps (z.B. Feld) erzeugt nur
den Zeiger null, der noch auf nichts zeigt. Deshalb muß ein
solcher Typ vor Gebrauch erst erzeugt werden, d.h.
Speicher muß reserviert und die Adresse im Zeiger
abgelegt werden. (Standardmethode new)
• a = new int[5]
a
0 0 0 0 0
ein Feld von 5 integers wird erzeugt und jeder Eintrag mit 0 initialisiert.
• double[] d = {1.1, 1.21, 1.331}; d
1.1
1.21 1.331
ein Feld von 3 doubles wird deklariert, erzeugt und mit den angegebenen
Werten initialisiert.
• b = new String[] {“Die“, “Erzeugung“, “von“, “Feldern“};
ein Feld von Strings wird deklariert, erzeugt und mit den angegebenen
Werten initialisiert.
die Erzeugung von Feldern
b
GhK
Zugriff auf Felder
FB 17 Mathematik / Informatik
• Der Inhalt von Feldkomponenten kann angesprochen
werden (zum Lesen oder zum Schreiben), indem man den
Feldnamen A und in eckigen Klammern [] die Position i
anspricht : A[i]
• Die Positionen beginnen mit 0 und gehen bis length(A)-1
• Beispiel:
int[] x = new int[n] //auch
for (int i=0; i<n; i++)
x[i]=i*i
Variable n ist zulässig
GhK
Speicherverwaltung
FB 17 Mathematik / Informatik
• Aus Sicherheitsgründen übernimmt Java vollständig die
Speicherverwaltung.
• new :
Der Nutzer (Programmierer) hat nur die
Möglichkeit Speicherplatz für einen bestimmten Datentyp
anzufordern. Die Speicheradresse (Zeiger) wird dann unter
dem Namen des Datenelementes abgelegt.
• elementar : Bei elementaren Datentypen wird für jedes
Datenelement direkt der Wert (kein Zeiger) unter dem
Namen abgelegt.
• garbage collection: Wird ein Speicherbereich von seinem
Programm nicht mehr referenziert, gibt Java selbständig
den Speicherplatz wieder frei.