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Java: Syntax-Grundlagen II
Utilities
Um kleine aber effiziente Applikationen in Java schreiben zu können, werden
einige grundlegende Sprachelemente benötigt, deren ausführliche Erläuterung
erst in Zusammenhang mit dem Wissen über das objektorientierte Konzept von
Java möglich ist. Nachfolgend werden daher die wichtigsten „Nützlichkeiten“
ohne eingehende Erörterung der übergreifenden Zusammenhänge vorgestellt.
• Ein- und Ausgabe
Ein Programm ist i.d.R. nur dann sinnvoll, wenn die darin codierten Algorithmen
auf immer neue Eingabewerte angewendet werden und entsprechende Ausgabewerte als Ergebnisse produzieren. Ein- und Ausgabe oder auch I/O für
Input/Output sind Schlüsselfunktionen in jedem Programm. Wir benötigen daher
Klassen und Methoden, die Zahlen oder Ziffern als Eingabewerte aufnehmen und
berechnete Ergebnisse als Ausgabewerte produzieren.
In Java erfolgen alle Verbindungen eines Programms nach außen über sog.
Streams, das sind Datenströme oder abstrakte Datenleitungen, die nur für den
Transport von Informationen zuständig sind. Die Erläuterung des vollständig
objektorientierten Stream-Konzepts von Java ist im vorliegenden Rahmen jedoch
zu aufwändig. Für das Einlesen und die Ausgabe von Informationen über die
Eingabeaufforderung brauchen lediglich die nachfolgend aufgeführten Anweisungen übernommen und sinnvoll eingesetzt zu werden.
Die bei der Nutzung jedes Datenstroms eventuell auftretenden Fehler sollten
immer abgefangen werden. Auch dafür stellt Java spezielle Methoden zur
Verfügung. Entweder kann eine gesamte Methode über eine throws-Anweisung
abgesichert werden, oder Methodenteile, die I/O-Funktionen enthalten, werden
in try...catch-Blöcke unterteilt.
Die in Java bereitgestellten Klassen und Methoden für die Ein- und Ausgabe
befinden sich im Paket java.io, das zu Beginn jedes Programms über folgende
Anweisung importiert werden muss
import java.io.*;
Damit können im folgenden die Standard-Datenströme für die Eingabe über
Tastatur sowie für die Ausgabe und für Fehlermeldungen im Fenster der Eingabeaufforderung gelenkt werden.
© Prof. Dr.-Ing. Gudrun Breitzke
Grundlagen Java-Syntax II - 1
Eingabe
Für das Einlesen von Werten in der Eingabeaufforderung über die Tastatur wird
der Standard-Input-Stream System.in genutzt. Die Klasse InputStream stellt
dabei Methoden zur Verfügung, mit denen der Byte-Stream in die erwarteten
Werte umgeleitet werden kann.
Für das Einlesen der bekannten Zahlen-Datentypen stehen innerhalb des Filterstroms BufferedReader statische Methoden zur Verfügung, die im vorliegenden
Fall wie folgt eingesetzt werden:
Byte.parseByte(name.readLine())
Integer.parseInt(name.readLine())
Long.parseLong(name.readLine())
Float.parseFloat(name.readLine())
Double.parseDouble(name.readLine())
Das folgende kleine Programm "InOut_01.java" zeigt die komplette Anwendung
der Methoden anhand eines Beispiels auf, in dem eine Integer- und eine Fließkommazahl eingelesen werden und das Ergebnis ihrer Multiplikation – im Vorgriff
aus den folgenden Abschnitt – ausgegeben wird. Die für die Ein- und Ausgabe
notwendigen Programmteile sind in Fettschrift hervorgehoben:
import java.io.*;
public class InOut_01 {
public static void main(String[] args)
throws IOException // Hiermit wird die gesamte Methode gegen
// eine IOException abgesichert
{
/* Nutzung des Standard-Input-Streams "System.in"
* per Filter-Stream "BufferedReader"
* Der elementare Datenstrom der Eingabekonsole
* "InputStreamReader" wird mit "BufferedReader" verschachtelt,
* die eingegebenen Werte werden gepuffert */
BufferedReader eingabe = new BufferedReader(
new InputStreamReader(System.in));
int n; float x;
// Ausgabe der Eingabeaufforderungen und Einlesen von n und x
System.out.print("\nBitte geben Sie eine ganze Zahl ein: ");
n = Integer.parseInt(eingabe.readLine());
System.out.print("Bitte geben Sie eine Fliesskommazahl ein: ");
x = Float.parseFloat(eingabe.readLine());
x = x*n;
System.out.println
("\nDie beiden Zahlen ergeben in der Multiplikation " + x);
}
}
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Grundlagen Java-Syntax II - 2
In der Eingabeaufforderung ergibt sich damit z.B. folgender Programmablauf
C:\daten>java InOut_01
Bitte geben Sie eine ganze Zahl ein: 4
Bitte geben Sie eine Fliesskommazahl ein: 1.234
Die beiden Zahlen ergeben in der Multipliktion 4.936
C:\daten>
Ausgabe
Für die Ausgabe im Fenster der Eingabeaufforderung wird der Standard-OutputStream System.out genutzt. Werte und Texte können darin auf sehr einfache
Weise über die folgenden beiden Anweisungen ausgegeben werden:
System.out.print ("Text");
System.out.println ("Text");
Die beiden Anweisungen unterscheiden sich darin, dass nach Anwendung von
".println" ein Zeilenumbruch erfolgt, siehe auch das vorangegangene und
nachfolgende Programmbeispiel.
Auszugebender Text wird in Hochkommata eingeschlossen, eine Steuerung der
Ausgabe kann dabei über Escape-Sequenzen erfolgen, z.B. "\n" für einen
zusätzlichen Zeilenumbruch.
Wenn in einer Ausgabeanweisung Text und Variablenwerte oder Berechnungsergebnisse ausgegeben werden sollen, müssen sie über den Operator +
miteinander verknüpft werden.
Nachfolgend wird das o.a. Beispiel dahingehend umgewandelt, dass die beiden
eingelesenen Zahlen nicht multipliziert sondern addiert werden. Im folgenden
Quellcode wird die Ausgabe dieser Addition zudem in die println-Anweisung
geschrieben – und zwar einmal "korrekt", indem die Addition in Klammern
gesetzt wird und ihr Ergebnis somit mit der Textausgabe verknüpft wird, und
danach "falsch", indem die beiden Variablenwerte ohne Klammern angegeben
werden, der Operator + bewirkt dadurch nur die Ausgabe-Verknüpfung und nicht
die Addition:
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Grundlagen Java-Syntax II - 3
import java.io.*;
public class InOut_02 {
public static void main(String[] args)
throws IOException
{BufferedReader eingabe = new BufferedReader(
new InputStreamReader(System.in));
int n;
float x;
System.out.print("\nBitte geben Sie eine ganze Zahl ein: ");
n = Integer.parseInt(eingabe.readLine());
System.out.print("Bitte geben Sie eine Fliesskommazahl ein: ");
x = Float.parseFloat(eingabe.readLine());
System.out.println
("\nDie beiden Zahlen ergeben in der Addition "+(x+n));
System.out.println
("\nDie beiden Zahlen ergeben in der Addition "+x+n);
}
}
In der Eingabeaufforderung ergibt sich damit z.B. folgender Programmablauf:
C:\daten>java InOut_02
Bitte geben Sie eine ganze Zahl ein: 4
Bitte geben Sie eine Fliesskommazahl ein: 1.234
Die beiden Zahlen ergeben in der Addition 5.234
Die beiden Zahlen ergeben in der Addition 1.2344
C:\daten>
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Grundlagen Java-Syntax II - 4
• Methoden für Mathematische Operationen
Die Klasse Math enthält Methoden zur Fließkommazahlen-Arithmetik. Sie ist
Bestandteil des Standardpakets java.lang und braucht daher nicht explizit
importiert zu werden.
Die für uns wichtigsten Methoden werden nachfolgend ohne ihren jeweiligen
Modifikator aufgelistet, ihr Gebrauch wird nachfolgend anhand eines Programmbeispiels erläutert. Der Datentyp des Rückgabewertes und der Argumente ist
jeweils angegeben:
Arithmetik
double pow (double x, double y)
xy
→
Beispiel:
Math.pow(2,4) liefert 16.0
double sqrt (double x)
Quadratwurzel aus x
→
Beispiel:
Math.sqrt(81) liefert 9.0
double exp (double x)
Exponentialwert zur Basis e
→
Beispiel:
Math.exp(0) liefert 1.0
double log (double x)
Natürlicher Logarithmus (Basis e) → Beispiel:
Math.log(1) liefert 0.0
double random ()
Pseudo-Zufallszahl zwischen 0 und 1.0
Mathematische Konstanten
PI
E
→
→
π
e
Winkelfunktionen
double sin (double x)
double cos (double x)
double tan (double x)
Trigonometrischer Sinus, Cosinus und Tangens im Bogenmaß
→ Beispiel:
Math.sin(90) liefert 0.8939966636005579
Math.sin(90*Math.PI/180) liefert 1.0
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Grundlagen Java-Syntax II - 5
double asin (double x)
double acos (double x)
double atan (double x)
Arkus-Sinus (Wertebereich -π/2 ÷ +π/2), Arkus-Cosinus (Wertebereich 0 ÷ π)
und Arkus-Tangens (Wertebereich -π/2 ÷ +π/2) im Bogenmaß
→ Beispiel:
Math.acos(0.5) liefert 1.0471975511965979
Math.acos(0.5)*180/Math.PI liefert 60.0
double toRadians (double x)
double toDegrees (double x)
Konvertiert einen Gradwert in's Bogenmaß und umgekehrt
→ Beispiel:
Math.toRadians(180) liefert 3.141592653589793
Math.toDegrees(Math.PI/2) liefert 90.0
Im folgenden kleinen Programmbeispiel namens Hypothenuse.java wird die
Hypothenusenlänge eines rechtwinkligen Dreiecks berechnet, dessen Kathetenlängen a und b einzugeben sind: c =
a2 + b2
public class Hypothenuse {
public static void main(String[] args)
throws IOException
{
BufferedReader eingabe = new BufferedReader(
new InputStreamReader(System.in));
double a,b,c;
System.out.println("\n* Es wird die Laenge der Hypothenuse *");
System.out.println("* eines rechtwinkligen Dreiecks
*");
System.out.println("* mit den Katheten a und b berechnet *\n");
System.out.print("Bitte geben Sie die Laenge von a: ");
a = Double.parseDouble(eingabe.readLine());
System.out.print("Bitte geben Sie die Laenge von b: ");
b = Double.parseDouble(eingabe.readLine());
c=Math.sqrt(Math.pow(a,2)+Math.pow(b,2));
System.out.println(
"\nDie Laenge der Hypothenuse c betraegt " +c+"\n");
}
}
Anmerkung: Bei der einfachen Quadratur eines Wertes ist natürlich die einfachere
Schreibweise, die Variable mit sich selbst zu multiplizieren, anstatt den Methodenaufruf
zu wählen. Die oben fett markierte Zeile könnte also auch wie folgt codiert werden:
c=Math.sqrt(a*a+b*b);
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Grundlagen Java-Syntax II - 6