Primitive Datentypen, Eingaben, Kontrollstrukturen und

Primitive Datentypen, Eingaben, Kontrollstrukturen und
Methodendeklaration
CoMa-Übung III
TU Berlin
30.10.2013
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Primitive Datentypen, Eingaben, Kontrollstrukturen und Methodendeklaration
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Themen der Übung
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Primitive Datentypen
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Programmeingaben
3
Fallunterscheidungen
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Schleifen
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Branching
6
Methodendeklaration
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Variablen und Zuweisungen in Java
Variablen
Variablen haben in Java eine Typ, der festlegt, welche Werte eine
Variable annehmen kann (vgl. n ∈ N).
Der Datentyp einer Variablen muss bei ihrer Deklaration festgelegt
werden und kann danach nicht mehr geändert werden.
Datentyp variablenName; deklariert eine Variable vom Typ
Datentyp die variablenName heißt.
Datentyp variablenName1, variablenName2; für mehrere
Variablen des gleichen Typs.
Bevor eine Variable vom Programm benutzt werden kann, muss ihr
ein Wert zugewiesen werden.
Zuweisungen
Der Operator für Zuweisungen in Java ist =. Eine Zuweisung hat
somit die Form a = b;. b muss zu dem Typ von a passen.
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Primitive Datentypen
Datentypen für Zahlen z ∈ Z
byte: −128 = −27 ≤ z ≤ 27 − 1 = 127
short: −32.768 = −215 ≤ z ≤ 215 − 1 = 32.767
int: −2.147.483.648 = −231 ≤ z ≤ 231 − 1 = 2.147.483.647
long: −9 · 1018 ≈ −263 ≤ z ≤ 263 − 1 ≈ 9 · 1018
Datentypen für Zahlen z ∈ Q
float: 32-bit Gleitkommazahl (≈ ±3.7 · 1038 )
double: 64-bit Gleitkommazahl (≈ ±1.8 · 10308 )
Sehr großer Wertebereich, aber Zahlen werden nur approximiert
Rundungsfehler (→ Numerik)
Andere primitive Datentypen
boolean: true/false, char: 16-bit Unicode-Zeichen
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Operatoren
Arithmetische Operatoren
Addition: +, Subtraktion: −, Multiplikation ∗
Division: / (wenn einer der beiden Operanden keine Ganzzahl ist)
Ganzzahlige Division: / (wenn beide Operanden Ganzzahlen sind)
Darum: 9/5 = 1, aber 9.0/5 = 1.8
Es gelten die üblichen Präzedenzregeln: Klammern vor ∗, / vor +, −
Die Klasse Math
Stellt grundlegende mathematische Funktionen zur Verfügung
Math.round(x) gibt für einen double-Wert x den am nächsten
liegenden long-Wert zur̈uck; gibt es zwei Kandidaten, wird
aufgerundet.
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Operatoren
Einstellige Operatoren
Einstelliger Plus-Operator: +; definiert positiven Wert
Einstelliger Minus-Operator: −; definiert negativen Wert
Inkrement: ++ erhöht einen Wert um 1
Dekrement: −− vermindert einen Wert um 1
Achtung: Es macht einen Unterschied, ob ++ bzw. −− vor oder
nach einem Ausdruck steht!
Zusammengesetzte Zuweisung
Statt a = a + b; kann man auch a += b; schreiben
Entsprechendes gilt für die anderen Operatoren
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Stolperfallen beim Rechnen
Beachtet:
Die Datentypen für Zahlen können nur Zahlen einer bestimmten
Größe darstellen. Verlässt man bei einer Rechnung diesen Bereich,
wird das Ergebnis falsch.
Da man nur endliche Zahldarstellungen speichern kann, muss man
mit numerischen Fehlern rechnen. Insbesondere spielt hier die
Zahldarstellung eine Rolle.
Java erlaubt Zuweisungen der Form a = b; nur, wenn der Datentyp
von b zu dem von a passt. Das ist unter anderem dann der Fall, wenn
I
I
I
a und b den gleichen Datentyp haben
a ein Zahlen-Datentyp ist, der einen größeren Zahlenbereich als b
darstellen kann
a ein Gleitkomma-Datentyp ist und b ein Ganzzahl-Datentyp ist
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Stolperfallen beim Rechnen
Beispiele:
double d = 1.0; int i = 1; long ell = 1;
d = i; ell = i; → geht
i = ell; → Fehler
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Zeichen
Zeichen in Java
Zeichen werden in Java als 16-bit Unicode-Charaktere dargestellt
Primitiver Datentyp char – Zahl zwischen 0 und 65535
Klasse Character – Kann ein Zeichen darstellen und bietet nützliche
Methoden für den Umgang mit Zeichen
Automatische Umwandlung zwischen char und Character
Zeichen-Konstanten werden durch einfache Anführungszeichen
ausgewiesen: z.B. ’a’
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Zeichenketten
Zeichenketten in Java
Die Klasse String stellt nicht-veränderbare Zeichenketten dar
Zeichen-Konstanten werden durch doppelte Anführungszeichen
ausgewiesen: z.B. "Hello"
Der Konkatenations-Operator + hängt zwei Strings aneinander
"Hello" + "World" und erzeugt einen neuen String "HelloWorld"
Bekommt der Konkatenations-Operator einen String und etwas
anderes, wird das andere in eine String-Darstellung umgewandelt
Nützliche Methoden der Klasse String
s.length(): gibt die Anzahl Zeichen in s zurück
s.charAt(int i): gibt das Zeichen an Position i in s zurück. Das erste
Zeichen ist bei 0, das letzte bei s.length()-1.
s.equals(String t): sind s und t gleich? (==,!= funktionieren hier
nicht, da wir es nicht mit primitiven Datentypen zu tun haben).
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Benutzereingaben einlesen
Die Klasse Scanner
Die Klasse Scanner liest Text von der Kommandozeile oder einer
Datei ein und zerlegt sie in Einheiten (Token)
Standard der Klasse ist, den gelesenen Text bei Leerzeichen zu
zerlegen, d.h. jedes Wort wird ein Token
"Hello World!" würde also zu "Hello" und "World!" zerlegt
Scanner scan = new Scanner(System.in);
erzeugt eine Variable namens scan vom Typ Scanner, welche ein
neues Scanner-Objekt zugewiesen bekommt, dass die
Kommandozeilen-Eingabe ausliest (System.in)
Lesen eines Token
nextDouble(), nextInt(), nextLong(), ... lesen das nächste Token
und wandeln es in einen double, int, long, etc. um (sofern möglich)
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Benutzereingaben einlesen (2)
Funktionsweise
Benutzer-Eingabe kann mehrere Token enthalten; können mit
mehreren next-Aufrufen nacheinander abgearbeitet werden
Sind keine Token mehr verfügbar und wird eine next-Methode
aufgerufen, wartet das Programm auf eine Benutzer-Eingabe (d.h.
eine mit Enter bestätigte Zeichenkette)
Je nach der Umgebung, in der die Scanner-Klasse sich befindet,
erwartet die Klasse ein . (Englisch) oder ein , (Deutsch) in
Gleitkommazahlen
Kann eine Benutzer-Eingabe nicht wie gewünscht als Zahl
interpretiert werden, gibt es eine Fehlermeldung
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Temperature
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import j a v a . u t i l . S c a n n e r ;
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p u b l i c c l a s s Temperature {
p u b l i c s t a t i c v o i d main ( S t r i n g [ ] a r g s ) {
double f a h r e n h e i t , c e l s i u s ;
S c a n n e r s c a n = new S c a n n e r ( System . i n ) ;
System . o u t . p r i n t l n ( ” Geben S i e e i n e Te mp er at ur i n
F a h r e n h e i t e i n und d r u e c k e n S i e r e t u r n ” ) ;
f a h r e n h e i t = scan . nextDouble () ;
c e l s i u s = 5.0 / 9 ∗ ( f a h r e n h e i t − 32) ;
c e l s i u s = Math . r o u n d ( c e l s i u s ∗ 1 0 0 ) ;
c e l s i u s = c e l s i u s / 100.0;
System . o u t . p r i n t l n ( f a h r e n h e i t + ” Grad F a h r e n h e i t
e n s t p r e c h e n ” + c e l s i u s + ” Grad C e l s i u s . ” ) ;
}
}
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Temperature – Zusammenfassung
Was ihr von dem Programm mitnehmen solltet:
Variablen deklarieren
Grundlegende Datentypen
Zuweisungen vornehmen
Arithmetische Operatoren
Einfaches Rechnen mit Java
Runden mit Math.round
Eingaben aus der Kommandozeile auslesen mit Scanner
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Der Bedingungsoperator und switch
Der Bedingungsoperator ?:
Zuweisung abhängig von einer Bedingung
maximum = (a > b)?
a :
b;
Kurzform für: if (a > b) maximum = a; else maximum = b;
Der switch-Befehl
Für Fallunterscheidungen von Ganzzahlen, Zeichen, Zeichenketten
oder Aufzählungstypen mit vielen Fällen
switch (month) {
case 1:
System.out.println("Januar"); break;
case 2:
System.out.println("Februar"); break;
default:
System.out.println("Kein anderer Fall passt.");
}
Ohne das break; würden ab dem ersten passenden Fall alle Fälle ausgeführt
Nur Konstanten als Fälle möglich
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Beispiel
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import j a v a . u t i l . Scanner ;
p u b l i c c l a s s Switch {
p u b l i c s t a t i c v o i d main ( S t r i n g [ ] a r g s ) {
S c a n n e r s c a n n e r = new S c a n n e r ( System . i n ) ;
double x = scanner . nextDouble () ;
char operator = scanner . next () . charAt (0) ;
double y = scanner . nextDouble () ;
switch ( operator ) {
c a s e ’+ ’ :
System . o u t . p r i n t l n ( x + y ) ;
break ;
c a s e ’− ’ :
System . o u t . p r i n t l n ( x − y ) ;
break ;
case ’ ∗ ’ :
System . o u t . p r i n t l n ( x ∗ y ) ;
break ;
case ’ / ’ :
System . o u t . p r i n t l n ( x / y ) ;
break ;
}
}
}
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Schleifen
while-Schleifen
Wiederholen einer oder mehrerer Anweisungen, solange eine
Bedingung erfüllt ist. Die Bedingung ist ein boolean
Ist die Bedingung beim ersten Erreichen der Schleife nicht erfüllt,
werden die Anweisungen nie ausgeführt
Bleibt die Bedingung erfüllt, werden die Anweisungen potentiell
unendlich oft ausgeführt → Vorsicht!
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int i = 1;
w h i l e ( i <= 1 0 ) {
System . o u t . p r i n t l n ( i ∗ i ) ;
}
int i = 1;
w h i l e ( i <= 1 0 ) {
System . o u t . p r i n t l n ( i ∗ i ) ;
i = i + 1;
}
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Schleifen (2)
do-while-Schleifen
Wiederholen eine oder mehrere Anweisungen, solange eine Bedingung
erfüllt ist. Die Bedingung ist ein boolean
Die Anweisungen in der Schleife werden mindestens einmal ausgeführt
Bleibt die Bedingung erfüllt, werden die Anweisungen potentiell
unendlich oft ausgeführt → Vorsicht!
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int i = 1;
do {
System . o u t . p r i n t l n ( i ∗ i ) ;
} w h i l e ( i <= 1 0 ) ;
int i = 1;
do {
System . o u t . p r i n t l n ( i ∗ i ) ;
i = i + 1;
} w h i l e ( i <= 1 0 ) ;
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Schleifen (3)
for-Schleifen
Spezielle Variante von while-Schleifen, in denen gezählt werden soll
Bestehen aus einer Initialisierung, einer Bedingung und einer
Aktualisierung des Zählers
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f o r ( I n i t i a l i s i e r u n g ; Bedingung ; A k t u a l i s i e r u n g ) {
...
}
for ( int
...
}
i =1; i <=n ;
i=i +1) {
i n t i =1;
w h i l e ( i <=n ) {
...
i=i +1;
}
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import j a v a . u t i l . Scanner ;
public class Calculator {
p u b l i c s t a t i c v o i d main ( S t r i n g [ ] a r g s ) {
S c a n n e r s c a n n e r = new S c a n n e r ( System . i n ) ;
double x = scanner . nextDouble () ;
boolean stop = f a l s e ;
while (! stop ) {
char operator = scanner . next () . charAt (0) ;
double y = scanner . nextDouble () ;
switch ( operator ) {
c a s e ’+ ’ : x = x + y ; b r e a k ;
c a s e ’− ’ : x = x − y ; b r e a k ;
case ’ ∗ ’ : x = x ∗ y ; break ;
case ’ / ’ : x = x / y ; break ;
default : stop = true ;
}
System . o u t . p r i n t ( ” = ” + x ) ;
}
}
}
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Branching
break
Kommt auch in switch-Ausdrücken vor
Zum sofortigen Verlassen von for, while oder do-while Schleifen
Die (nicht-gelabelte) Version beendet immer den innersten Ausdruck.
Es gibt auch eine Version mit Label um bei geschachtelten
Ausdrücken festzulegen, welcher beendet werden soll
continue
Sorgt dafür, dass der Rest des aktuellen for, while oder do-while
Schleifendruchlaufs übersprungen wird und direkt die
Abbruchbedingung der Schleife überprüft wird.
Gibt es auch mit Label.
return
Verlassen einer Methode und (falls vorhanden) Rückgabewert
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Methoden
Grundlagen
Methoden sind Javas Konzept von Algorithmen.
Methoden haben festgelegte Eingaben und Ausgaben, sowie eine
Folge von Befehlen, die aus der Eingabe die Ausgabe erzeugen.
Methoden gehören in Java immer zu einer Klasse oder einem Objekt.
Diese Klasse bzw. dieses Objekt wird dann Eigentümer der Methode
genannt.
Math.min(int a, int b)
Algorithmus, der das Minimum zweier Werte zurückgibt.
Eingabe: zwei int-Werte.
Ausgabe: der Minimum der beiden int-Werte.
Gehört zu der Klasse Math.
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Vorteile von Methoden
Vorteil 1: Übersicht
Die Benutzung von Methoden teilt Programme in viele kleine
Algorithmen auf.
Gibt dem Programm eine Struktur.
Kleinere Algorithmen sind leichter verständlich.
Vorteil 2: Wiederverwendbarkeit
Methoden können vom ganzen Programm verwendet werden
Jeder Algorithmus muss nur einmal geschrieben werden
Spart Arbeit
Macht nachträgliche Änderungen leichter
Vermeidet unnötige Code-Wiederholungen.
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Deklaration von Methoden
Bestandteile einer Methode
Methoden bestehen aus zwei Teilen, dem Methodenkopf und dem
Methodenrumpf. Der Methodenkopf besteht aus
Modifizieren,
einem Rückgabetyp,
dem Methodennamen,
und einer Parameterliste.
Der Methodenrumpf besteht aus den Anweisungen der Methode.
Signatur einer Methode
Unter der Signatur einer Methode versteht man ihren Methodennamen
und die Typen ihrer Parameterliste. Modifikatoren, der Rückgabetyp und
der Methodenrumpf gehören nicht dazu.
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Bestandteile einer Methode – Beispiel 1
Erinnerung: Die Signatur einer Methode besteht aus ihrem Namen und der
Liste der Typen ihrer Parameter.
Beispiel
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p u b l i c s t a t i c l o n g sum ( l o n g a , l o n g b ) {
return a + b ;
}
Methodenkopf:
I
I
I
I
Modifizierer: public und static
Rückgabetyp: long
Methodenname: sum
Parameterliste: long a, long b
Methodenrumpf:
I
Besteht nur aus der Anweisung return a + b;
Die Signatur der Methode ist sum(long,long) – der Methodenname
ist sum und die Methode hat zwei Parameter, beide vom Typ long.
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Rückgaben in Methoden
return
Der Befehl return; beendet die Ausführung einer Methode und gibt
nichts zurück.
Der Befehl return a; beendet die Ausführung einer Methode und
gibt a an den Aufrufer zurück.
return und der Rückgabetyp
Der Befehl return; darf nur in Methoden benutzt werden, deren
Rückgabetyp void ist.
Der Befehl return a; darf nur in Methoden benutzt werden, deren
Rückgabetyp nicht void ist; außerdem muss der Typ von a zu dem
Rückgabetyp der Methode passen.
Hat eine Methode einen Rückgabetyp, der nicht void ist, muss die
Methode mit einem return-Befehl enden, der einen passenden Typ
zurückgibt.
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Klassenmethoden
Methoden in Java können zwei Arten von Eigentümern haben: Klassen
und Objekte. Demetsprechend lassen sie sich in zwei Kategorien aufteilen:
Klassenmethoden und Objektmethoden.
Klassenmethoden
Werden durch den Modifizierer static in der Methoden-Deklaration
gekennzeichnet (ohne static Objektmethode).
Beispiel: public static void main(String[] args)
Arbeiten nur mit Klassen und brauchen keine Objekte.
Werden üblicherweise in der Form
Klassenname.Methodenname(Parameterliste) aufgerufen.
Objektmethoden hingegen müssen an einem Objekt aufgerufen
werden.
Wir arbeiten zunächst nur mit Klassenmethoden.
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Bestandteile einer Methode – Beispiel 2
Erinnerung: Die Signatur einer Methode besteht aus ihrem Namen und der
Liste der Typen ihrer Parameter.
Beispiel
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Character f i r s t C h a r ( String s t r ) {
return s t r . charAt (0) ;
}
Methodenkopf:
I
I
I
I
Modifizierer: keiner
Rückgabetyp: Character
Methodenname: firstChar
Parameterliste: String str
Methodenrumpf:
I
Besteht nur aus der Anweisung return str.charAt(0);
Die Signatur der Methode ist firstChar(String) – der Methodenname ist
firstChar und die Methode hat einen Parameter vom Typ String.
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Namen und Typen
Namenskonvention für Methoden
Methodennamen werden mit einem Kleinbuchstaben begonnen.
Methodennamen fangen üblicherweise mit einem Verb an.
Methoden dürfen nicht wie Schlüsselwörter heißen – class, int,
double, ... sind also tabu.
Methode heißt wie Schlüsselwort → Fehler beim Kompilieren.
Parameter- und Rückgabetypen
Typen für Parameter können sein:
I
I
jeder primitive Datentyp (boolean, byte, char, ...),
jeder Referenztyp (Character, String, ...),
Der Rückgabetyp kann sein:
I
I
jeder für Parameter erlaubte Typ,
der spezielle Rückgabetyp void, falls nichts zurückgeben wird.
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Parameter und Signatur
Parameter
Wie Variablen in der Form Datentyp parametername deklariert.
Jeder Parameter muss einen Typ haben.
→ Kurzform double a,b ist nicht erlaubt!
Mehrere Parameter werden durch , getrennt.
Methode mit leerer Parameterliste → die Liste besteht nur aus ().
Parameter werden wie Variablen benutzt in der Methode.
Signatur
Der Kompiler sucht Methoden anhand ihrer Signatur in den
Methoden des Eigentümers.
→ Jede Methode eines Eigentümers muss eine eindeutige Signatur
haben!
→ Kompiler-Fehler sonst.
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Bestandteile einer Methode – Beispiel 3
Erinnerung: Die Signatur einer Methode besteht aus ihrem Namen und der
Liste der Typen ihrer Parameter.
Beispiel
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3
public void h e l l o () {
System . o u t . p r i n t l n ( ” H e l l o ” ) ;
}
Methodenkopf:
I
I
I
I
Modifizierer: public
Rückgabetyp: void
Methodenname: hello
Parameterliste: keine Parameter
Methodenrumpf:
I
Besteht nur aus der Anweisung System.out.println("Hello");
Die Signatur der Methode ist hello() – der Methodenname ist
hello und die Methode hat keine Parameter.
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Deklaration von Methoden – Zusammenfassung
Deklaration von Methoden
Eine Methodendeklaration hat in Java folgenden Aufbau:
Modifizieren,
gefolgt von genau einem Rückgabetyp,
dem Methodennamen,
einer (möglicherweise leeren) Liste von Parametern,
I
I
die in runde Klammern ( ) eingeschlossen ist,
deren Parameter durch , getrennt sind,
und dem Methodenrumpf,
I
der in geschweifte Klammern { } eingeschlossen ist.
Diese Bestandteile müssen in genau dieser Reihenfolge erscheinen.
Signatur einer Methode
Die Signatur einer Methode besteht aus ihrem Namen und der Liste der
Typen ihrer Parameter.
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