Grundlegende Prinzipien der Programmentwicklung

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Proinformatik: Objektorientierte Programmierung
Freie Universität Berlin
Grundlegende Prinzipien der
Programmentwicklung
Sommersemester 2011
Prof. Dr. Marco Block-Berlitz (Mediadesign Hochschule in Berlin)
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Proinformatik: Objektorientierte Programmierung
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Übersicht zum Vorlesungsinhalt
zeitliche Abfolge und Inhalte können variieren
Grundlegende Prinzipien der Programmentwicklung
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Programm als Kochrezept
Methoden der Programmerstellung
Pseudocode
Erstellen eines Javaprogramms
Einfaches Klassenkonzept
Sequentielle Anweisungen
Verzweigungen
Schleifentypen
Sprunganweisungen
Wiederholende Programmabschnitte
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Rezept für sechs Portionen von Omas Eierpfannkuchen
Die Reihenfolge der Anweisungen ist wichtig!
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Pseudocode vom Rezept
Mit Pseudocode bezeichnen wir die lesbare Notation eines Programms in keiner
spezifischen Programmiersprache, sondern in einer allgemeineren Form:
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
vier Eier in eine Schüssel schlagen und verrühren
Mehl in die Schüssel hinzugeben
-> wenn Teig noch nicht schwer zu rühren ist gehe zu 2
Milch in die Schüssel geben
-> wenn Teig nicht leicht zu rühren ist gehe zu 4
etwas Fett in einer Pfanne erhitzen
einen Teil in die Pfanne geben, bis Boden gut bedeckt
-> wenn süße Variante gewünscht gehe zu 9 ansonsten zu 10
Apfelscheiben hinzugeben, gehe zu 11
Wurst und Käse hinzugeben
die Eierpfannkuchen von beiden Seiten gut braun braten
-> wenn süße Variante gewünscht gehe zu 13 ansonsten zu 14
mit Marmelade, Apfelmus oder Zucker garnieren
FERTIG
Alltägliche Prozesse können als Programme verstanden werden. Es gibt immer
wiederkehrende Vorgehensweisen. Bei genauerer Betrachtung gibt es sogar nur
drei.
Alle anderen Methoden sind leicht als Spezialfall dieser drei zu interpretieren.
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Aktivitätsdiagramm
Ein weißes Kästchen steht für eine Anweisung, die das Programm auszuführen hat:
eine Anweisung
Start
zwei Anweisung verketten
A
B
+
A
B
Ende
Eine Anweisung mit der gestartet wird, markieren wir zusätzlich mit einem
ausgefüllten Kreis. Eine finale Anweisung wird ebenfalls gesondert markiert.
Diese Abbildungsform wird auch als Aktivitätsdiagramm bezeichnet und gehört zum
Sprachumfang der grafischen Modellierungssprache UML (Unified Modeling
Language) die aktuell in der Softwareentwicklung standardmäßig eingesetzt wird.
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Sequentieller Programmablauf
Prinzipiell kann ein Programm Anweisung für Anweisung hintereinander weg
geschrieben werden. Kein Abschnitt wird dabei wiederholt.
Das könnte beispielsweise eine maschinelle Qualitätsprüfung sein (Prüfen: Größe,
Form, Farbe, ...)
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Verzweigungen
Oft kommt es vor, dass eine Entscheidung getroffen werden muss, die die Wahl der
nachfolgenden Anweisungen beeinflusst:
Verzweigung
In unserem Rezeptbeispiel ist es beispielsweise die Wahl der Variante.
Es gibt auch die Möglichkeit, eine Verzweigung in beliebig vielen Wegen
fortzufahren. Wir sprechen dann von einer Mehrfachverzweigung:
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Sprünge
Sprünge sind ein Spezialfall einer Verzweigung:
Anstatt einen unabhängigen Weg zu beschreiten, springen wir zu einen späteren
Programmabschnitt und machen dort weiter. Damit können wir Programmpassagen
bei Bedarf überspringen.
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Schleifen
Schleifen sind ebenfalls ein Spezialfall einer Verzweigung:
Wir können einen bestimmten Prozessabschnitt solange wiederholen lassen (z.B.
Mehl in eine Schüssel geben) bis ein gewünschtes Ergebnis erreicht ist.
Schleifen kommen oft verschachtelt vor (Mehrfachschleifen):
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Parallelität
Das dritte wichtige Konzept, neben sequentieller Abfolge und dem Sprung ist die
Parallelität:
beide Pfade werden
parallel ausgeführt
wenn beide fertig
sind, geht es weiter
Zwei Striche auf den Verzweigungspfeilen sollen bedeuten, dass die beiden Wege
gleichzeitig bearbeitet werden sollen und sich später wieder treffen können.
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Kombination zu Programmen
In der Kombination ergeben die vorgestellten Methoden: Programme! Schauen wir
uns dazu nochmal das Kochrezeptbeispiel an:
1
2
3
4
5
6
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10
11
12
13
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vier Eier in eine Schüssel schlagen und verrühren
Mehl in die Schüssel hinzugeben
-> wenn Teig noch nicht schwer zu rühren ist gehe zu 2
Milch in die Schüssel geben
-> wenn Teig nicht leicht zu rühren ist gehe zu 4
etwas Fett in einer Pfanne erhitzen
einen Teil in die Pfanne geben, bis Boden gut bedeckt
-> wenn süße Variante gewünscht gehe zu 9 ansonsten zu 10
Apfelscheiben hinzugeben, gehe zu 11
Wurst und Käse hinzugeben
die Eierpfannkuchen von beiden Seiten gut braun braten
-> wenn süße Variante gewünscht gehe zu 13 ansonsten zu 14
mit Marmelade, Apfelmus oder Zucker garnieren
FERTIG
Dargestellt als Aktivitätsdiagramm:
Wir erlauben mehrere nacheinanderfolgende Anweisungen in einem Kästchen zu
notieren, wenn es der kompakten Übersicht dienlich ist.
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Erstellen eines Javaprogramms in Pseudocode
Wir können mal an dieser Stelle die Erstellung eines Javaprogramms mit Hilfe von
Pseudocode ausdrücken:
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
öffne einen Texteditor
lege ein Dokument mit gewünschtem Programmnamen an
schreibe ein Javaprogramm
speichere es mit der Endung ".java" in Ordner <X>
gehe außerhalb des Editors in einer Konsole zu Ort <X>
schreibe "javac <Programmname>.java"
-> wenn der Javacompiler Fehler ausgibt gehe zu 8 sonst 11
gehe zurück zum Editor
korrigiere angezeigte Fehler
gehe zu 4
schreibe "java <Programmname>"
-> wenn das Programm noch nicht das Gewünschte tut gehe zu 8
FERTIG
Auch das können wir wieder als Aktivitätsdiagramm darstellen:
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Proinformatik: Objektorientierte Programmierung
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Erstellen eines Javaprogramms
Wir können Javaprogramme mit folgender Syntax in der Konsole kompilieren:
javac <Programmname>.java
und anschließend so ausführen:
java <Programmname>
Versuchen wir an dieser Stelle einmal die folgenden Programmzeilen entsprechend
den Anweisungen des Pseudocodes einzugeben und das Programm zu starten.
public class TestProgramm {
public static void main(String[] args) {
System.out.println("Das habe ich ganz allein geschafft!");
}
}
Wenn wir alles richtig gemacht haben, wird eine Textzeile in der Konsole ausgegeben:
C:\Java>javac TestProgramm.java
C:\Java>java TestProgramm
Das habe ich ganz allein geschafft!
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Proinformatik: Objektorientierte Programmierung
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Editor und Konsole
Kompilieren und Ausführen von Programmen:
Java-Programme
in der Konsole
ausführen
Java-Programme
in einem Editor
erstellen
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Proinformatik: Objektorientierte Programmierung
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Programmieren mit einem einfachen Klassenkonzept
Das folgende Programm tut erstmal herzlich wenig, soll aber zeigen, welche Zeilen
wir für alle folgenden Beispiele benötigen:
public class MeinErstesProgramm {
public static void main(String[] args) {
// HIER KOMMEN DIE ANWEISUNGEN DES PROGRAMMS HIN
}
}
Das Einrücken der Zeilen innerhalb eines Blocks (so wird der Abschnitt zwischen
{ und } genannt) dient der Lesbarkeit.
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Proinformatik: Objektorientierte Programmierung
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Programme kommentieren
Es gibt zwei Möglichkeiten in Java Kommentare zu schreiben:
// Ich bin ein hilfreicher Kommentar in einer Zeile
/* Falls ich einen Kommentar über mehrere Zeilen
hinweg schreiben möchte, so verwende ich ein
öffnendes und schließendes Kommentarsymbol
*/
public class Kommentierung {
// ich kann auch hier stehen
public static void main(String[] args) {
/* An diese Stelle schreiben wir die
Programmanweisungen */
}
}
Wir müssen immer darauf achten, unsere Programme nicht nur ausreichend,
sondern verständlich zu kommentieren. Es ist nicht immer einfach, ein langes
Programm ohne hilfreiche Kommentare zu verstehen. Dies trifft sogar auf selbst
geschriebene Programme zu, erst recht auf die von anderen.
Daher sind gerade in Projekten, bei denen mehrere Programmierer
zusammenarbeiten, Kommentare unverzichtbar.
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Proinformatik: Objektorientierte Programmierung
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Einrücken von Anweisungsblöcken
Kommentare und Syntaxhighlighting reichen nicht!
public static int zaehleUmgebung(boolean[][] m, int x, int y){
int ret = 0;
for (int i=(x-1);i<(x+2);++i){
for (int j=(y-1);j<(y+2);++j){
try {if (m[i][j]) ret += 1;}catch (IndexOutOfBoundsException e){}
}
}// einen zuviel mitgezaehlt?
if (m[x][y])ret -= 1;
return ret;
}
public static int zaehleUmgebung(boolean[][] m, int x, int y) {
int ret = 0;
for (int i=(x-1); i<(x+2); ++i) {
for (int j=(y-1); j<(y+2); ++j) {
try {
if (m[i][j])
ret += 1;
} catch (IndexOutOfBoundsException e) {}
}
}
// einen zuviel mitgezaehlt?
if (m[x][y])
ret -= 1;
return ret;
}
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Proinformatik: Objektorientierte Programmierung
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Sequentielle Anweisungen
Wir haben bereits gesehen, dass Anweisungen mit ; abgeschlossen werden:
public class Sequentiell {
public static void main(String[] args) {
int a=5;
// Anweisung 1
a=a*2;
// Anweisung 2
a=a+10;
// Anweisung 3
a=a-5;
// Anweisung 4
}
}
Welchen Wert hat a?
Wir können das überprüfen: Geben wir dazu am Ende noch folgende Zeile dazu:
System.out.println("a hat den Wert: "+a);
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Verzweigungen mit if I
Die Syntax für eine Verzweigung kann auf verschiedene Weisen formuliert werden.
Wenn eine Bedingung erfüllt ist, führe eine einzelne Anweisung aus. Die Syntax
dafür sieht wie folgt aus:
if (<Bedingung>)
<Anweisung>;
Ein Beispiel:
if (a<b)
a=b;
Welchen Wert hat a?
Es können auch mehrere Anweisungen (ein Anweisungsblock) ausgeführt werden:
if (<Bedingung>) {
<Anweisung1>;
<Anweisung2>;
...
}
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Proinformatik: Objektorientierte Programmierung
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Verzweigungen mit if II
Eine Erweiterung dazu ist die if-else-Verzweigung:
if (<Bedingung>)
<Anweisung1>;
else
<Anweisung2>;
Ein Beispiel:
if (a<b)
c=b;
else
c=a;
Wir können auch Bedingungen verknüpfen:
if (<Bedingung1>)
<Anweisung1>;
else if (<Bedingung2>)
<Anweisung2>;
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Proinformatik: Objektorientierte Programmierung
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Guter Programmierstil
Da bei einer Bedingung immer ein Ausdruck steht, der entweder true oder false ist,
können wir den folgenden Abschnitt:
if (a == true)
// tue etwas
ersetzen durch:
if (a)
// ist a true, tue etwas
Der Grund ist einleuchtend, da bei jedem Wert von a die Gleichung a==(a==true)
erfüllt ist.
Wird a auf false getestet, machen wir das entsprechend so:
if (!a)
// ist a false, tue etwas
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Proinformatik: Objektorientierte Programmierung
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Verzweigung mit switch I
Um nun Mehrfachverzweigungen zu realisieren und nicht zu einer unübersichtlichen
Flut von if-Verzweigungen greifen zu müssen, steht uns switch zur Verfügung:
switch (<Ausdruck>) {
case <Konstante1>:
<Anweisung1>;
[break;]
case <Konstante2>:
<Anweisung2>;
[break;]
[default:]
<Anweisung3>;
}
Leider gibt es für die Verwendung ein paar Einschränkungen, so können wir nur
Bedingungen überprüfen in der Form: Hat int a den Inhalt 4?
Als Ausdruck lassen sich verschiedene primitive Datentypen auf Ihren Inhalt
untersuchen. Zu den erlaubten gehören:
char, byte, short, int und (seit Java 7 auch) String.
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Proinformatik: Objektorientierte Programmierung
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Verzweigung mit switch II
Hier ein kleines Beispiel zu switch:
int i = 0;
// hier mal unterschiedliche i probieren
switch(i){
case 0:
System.out.println("0");
break;
case 1:
System.out.println("1");
case 2:
System.out.println("1 oder 2");
break;
case 3:
System.out.println("3");
break;
default:
System.out.println("hier landen alle anderen...");
}
Wenn wir die switch-Verzweigung beispielsweise mit den Zahlen i=0,1,2,3,4 fünf
Mal nacheinander durchlaufen würden, erhielten wir die folgende Ausgabe:
C:\Java>java Verzweigung
0
1
1 oder 2
1 oder 2
3
hier landen alle anderen...
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Motivation zu Schleifen
Folgendes Programm ist gegeben, das eine Zahl quadriert und das Ergebnis
ausgibt:
System.out.println("1
System.out.println("2
System.out.println("3
System.out.println("4
System.out.println("5
System.out.println("6
zum
zum
zum
zum
zum
zum
Quadrat
Quadrat
Quadrat
Quadrat
Quadrat
Quadrat
ist
ist
ist
ist
ist
ist
"+(1*1));
"+(2*2));
"+(3*3));
"+(4*4));
"+(5*5));
"+(6*6));
Es wäre sicherlich auch eine unangenehme Aufgabe, alle ganzen Zahlen zwischen 1
und 1000 auf diese Weise quadrieren und ausgeben zu lassen. Daher ist das
Schleifen-Konzept ziemlich nützlich.
Angenommen, wir möchten die Aufgabe lösen, alle Quadrate der Zahlen zwischen
1 und 1000 auszugeben. Dann könnten wir das in Pseudocode in etwa so
ausdrücken:
Beginne mit i=1
Gib den Wert i*i aus
Falls i<=1000
-> Erhöhe i um 1 und springe zu Zeile 2
Oder in Worten ausgedrückt: Starte mit i=1 und solange i<=1000 erfüllt ist,
mache folgendes: gib das Quadrat von i aus und erhöhe anschließend i um 1.
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Schleife mit for
Wir benötigen zunächst eine Variable, die zu Beginn mit einem Startwert
initialisiert wird. Die Schleife führt den nachfolgenden Anweisungsblock solange
aus, erhöht oder verringert dabei die Variable um einen Wert, bis die angegebene
Bedingung nicht mehr erfüllt ist:
for (<Initialisierung>; <Bedingung>; <Aktualisierung>) {
<Anweisung>;
}
Im Programm könnten wir die zu Beginn geschilderte Aufgabe, alle Quadratzahlen
für die Werte 1 bis 1000 auszugeben, mit einer for-Schleife so lösen:
for (int i=1; i<=1000; i=i+1)
System.out.println(i+" zum Quadrat ist "+(i*i));
Mit int i=1 geben wir einen Startwert vor. Die Schleife führt die Anweisungen
innerhalb der geschweiften Klammern solange aus und erhöht jedes Mal i um 1 bis
die Bedingung i<=1000 nicht mehr erfüllt ist.
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Proinformatik: Objektorientierte Programmierung
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Beispiele zur for-Schleife I
Wir können aber auch andere Konstruktionen mit einer for-Schleife realisieren.
Beispielsweise könnten wir bei 0 anfangen, in Fünferschritten weiterlaufen und alle
Werte bis einschließlich 25 erzeugen:
Umsetzung in Java:
for (int i=0; i<=25; i=i+5)
System.out.println("Aktueller Wert für i ist "+i);
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Beispiele zur for-Schleife II
Eine Schleife muss Variablen nicht immer vergrößern, wir können auch bei 4
beginnend immer 3 abziehen, bis wir bei -11 angelangt sind:
Umsetzung in Java:
for (int i=4; i>=-11; i=i-3)
System.out.println("Aktueller Wert für i ist "+i);
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Beispiele zur for-Schleife III
Im folgenden Beispiel wollen wir mit einer Schleife die Summe der Zahlen
berechnen:
int summe=0;
for (int i=1; i<=n; i++)
summe += i;
Da bei der Definition einer for-Schleife, die drei Teile <Initialisierung>,
<Bedingung> und <Aktualisierung> nicht nur optional sind, sondern sogar
mehrfach eingesetzt werden dürfen, können wir die Summe sogar ganz ohne
Anweisungsteil berechnen:
int summe=0;
for (int i=1; i<=n; summe+=i, i++);
Soviel an dieser Stelle: Neben der for-Schleife gibt es noch mehr Schleifenvarianten. Jede hat auf Grund der Programmästhetik ihre Existenzberechtigung,
obwohl leicht zu zeigen ist, dass wir mit einer Variante immer auskommen
könnten.
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Schleife mit while
Manchmal ist es nicht klar, wie viele Schleifendurchläufe benötigt werden, um ein
Ergebnis zu erhalten. Da wäre es schön, eine Möglichkeit zu haben, wie diese:
Wiederhole die Anweisungen solange, eine Bedingung erfüllt ist.
Genau diesen Schleifentyp repräsentiert die while-Schleife. Hier die zugehörige
Syntax:
while (<Bedingung>) {
<Anweisung>;
}
Wir werden das Beispiel aus der for-Schleife wieder aufnehmen und sehen, wie das
mit while gelöst werden kann:
int i=1;
while (i<=1000){
System.out.println(i+" zum Quadrat ist "+(i*i));
i=i+1;
}
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Proinformatik: Objektorientierte Programmierung
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Schleife mit while - Gefahr Endlosschleife
Die Schleife wird einfach solange ausgeführt, bis die Bedingung hinter while nicht
mehr erfüllt ist.
Hier ist natürlich auch die Gefahr gegeben, dass die Schleife endlos laufen kann,
wie in diesem Beispiel zu sehen ist:
int i=1;
while (i<=1000){
System.out.println(i+" zum Quadrat ist "+(i*i));
}
Warum ergibt das
eine Endlosschleife?
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Schleife mit do-while I
Die do-while-Schleife führt im Gegensatz zur while-Schleife zuerst den Anweisungsblock einmal aus und prüft anschließend die Bedingung:
do {
<Anweisung>;
} while (<Bedingung>);
Damit haben wir im Gegensatz zur while-Schleife, die kopfgesteuert ist, eine
fußgesteuerte Schleife.
Schauen wir uns dazu mal folgendes Beispiel an:
int i=0;
do {
i++;
System.out.println("Wert von i: "+i);
} while (i<5);
Wir erhalten folgende Ausgabe:
C:\Java>java Schleifen
Wert von i: 1
Wert von i: 2
Wert von i: 3
Wert von i: 4
Wert von i: 5
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Schleife mit do-while II
Wenn wir die Bedingung so ändern, dass sie von vornherein nicht erfüllt ist:
int i=0;
do {
i++;
System.out.println("Wert von i: "+i);
} while (i<0);
geschieht trotzdem das Folgende:
C:\Java>java Schleifen
Wert von i: 1
Das war auch zu erwarten, da die Überprüfung der Bedingung erst nach der ersten
Ausführung stattfindet und deshalb der Schleifeninhalt mindestens einmal
ausgeführt wird.
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Proinformatik: Objektorientierte Programmierung
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Sprunganweisungen
Es gibt Situationen in denen es notwendig ist, eine Schleife vorzeitig zu beenden.
Dazu werden wir uns den Datentyp char noch einmal etwas genauer anschauen.
Java verwendet für den char den sogenannten Unicode-Zeichensatz1) der zwei
Bytes benötigt und damit umfangreicher ist, als der bekannte ASCII-Zeichensatz
(American Standard Code for Information Interchange). Er soll einen universellen
Zeichensatz für die Darstellung unterschiedlicher Sprachen sein. Die ersten 128
Zeichen entsprechen dabei dem ASCII-Zeichsatz.
Nehmen wir als Ausgangsbeispiel den folgenden Programmabschnitt:
for (int i = 33; i < 127; i++) {
char symbol = (char)i;
System.out.print(i+": "+symbol+"\t");
if ((i%8) == 0)
System.out.println();
}
Es werden die ersten sichtbaren Zeichen der ASCII-Tabelle ausgegeben. Mit \t wird
ein Tabulatorschritt bei der Ausgabe eingefügt und alle acht Symbole ein
Zeilenumbruch vorgenommen, um die Tabelle übersichtlich zu halten.
1) http://www.unicode.org/
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Proinformatik: Objektorientierte Programmierung
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ASCII-Tabelle
Wir erhalten folgende Ausgabe:
33: !
41: )
49: 1
57: 9
65: A
73: I
81: Q
89: Y
97: a
105: i
113: q
121: y
34: "
42: *
50: 2
58: :
66: B
74: J
82: R
90: Z
98: b
106: j
114: r
122: z
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35: #
43: +
51: 3
59: ;
67: C
75: K
83: S
91: [
99: c
107: k
115: s
123: {
36: $
44: ,
52: 4
60: <
68: D
76: L
84: T
92: \
100: d
108: l
116: t
124: |
37: %
45: 53: 5
61: =
69: E
77: M
85: U
93: ]
101: e
109: m
117: u
125: }
38: &
46: .
54: 6
62: >
70: F
78: N
86: V
94: ^
102: f
110: n
118: v
126: ~
39: '
47: /
55: 7
63: ?
71: G
79: O
87: W
95: _
103: g
111: o
119: w
40: (
48: 0
56: 8
64: @
72: H
80: P
88: X
96: `
104: h
112: p
120: x
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Proinformatik: Objektorientierte Programmierung
Freie Universität Berlin
Sprunganweisungen
Angenommen, wir suchen ein bestimmtes Symbol in der Tabelle und wollen die
Position ausgeben. Anschließend soll die Schleife beendet werden.
Das Beenden kann beispielsweise dadurch erzwungen werden, indem die
Zählvariable einer for-Schleife innerhalb der Schleife auf einen Wert gesetzt wird,
der die Bedingung zum Weiterlaufen nicht mehr erfüllt.
Schauen wir uns das Beispiel dazu an:
for (int i = 33; i < 127; i++) {
char symbol = (char)i;
if (symbol == 'A'){
System.out.println("Symbol "+symbol+" an Position "+i+" gefunden.");
i=127;
// schlechter Programmierstil
} else
System.out.println("bisher nichts passendes gefunden ...");
}
Das ist allerdings sehr unschön und bei komplizierteren Ausdrücken für Leser
schlecht nachzuvollziehen, wann die Schleife verlassen wird.
Aus diesem Grund gibt es Sprunganweisungen!
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Proinformatik: Objektorientierte Programmierung
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Sprung mit break
Der Sprungbefehl break schließt nicht nur die case-Fälle bei switch, sondern
beendet auch unmittelbar while-, do-while- und for-Schleifen:
for (int i = 33; i < 127; i++) {
char symbol = (char)i;
if (symbol == 'A'){
System.out.println("Symbol "+symbol+" an Position "+i+" gefunden.");
break;
}
System.out.println("bisher nichts passendes gefunden ...");
}
Die for-Schleife wird abgebrochen, wenn das Symbol 'A' identifziert worden ist.
Anschließend wird mit den Anweisungen, die nach der Schleife kommen fortgefahren.
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Proinformatik: Objektorientierte Programmierung
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Ergänzung zur for-Schleife I
An dieser Stelle wollen wir nochmal kurz auf die Konstruktion einer for-Schleife
eingehe. Wir hatten ja angedeutet, dass es auch möglich ist, eine Schleife mit
leerem Definitions- und Manipulationsbereich zu definieren:
for (;;) {
// Endlosschleife
}
Es gibt keine Bedingung, die unsere Schleife zum Abbruch führen kann. Diese
Schleife könnte beispielsweise in den Stellen Anwendung finden, in denen solange
etwas auszuführen ist, bis ein bestimmtes Ereignis auftritt.
Dann kann die Schleife mit break beendet werden:
for (;;) {
// tue etwas
bedingung = prüfen();
if (bedingung)
break;
}
Wenn die Funktion prüfen ein true liefert, wird die Schleife durch break beendet.
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Proinformatik: Objektorientierte Programmierung
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Ergänzung zur for-Schleife II
Besser ist es, in diesem Fall eine while-Schleife zu verwenden und die Schleife
abzubrechen, wenn die Bedingung zum Abbrechen erfüllt ist:
bedingung = false;
while (!bedingung) {
// tue etwas
bedingung = prüfen();
}
Dazu müssen wir die Bedingung zu Beginn auf false setzen und bei while negiert
überprüfen.
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Proinformatik: Objektorientierte Programmierung
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Sprung mit continue
Kommen wir zu unserem Ursprungsbeispiel mit der Suche in der ASCII-Tabelle aus
dem vorhergehenden Abschnitt zurück.
Jetzt wollen wir alle Großbuchstaben identifizieren und deren Positionen ausgeben:
for (int i = 33; i < 127; i++) {
char symbol = (char)i;
if ((symbol>='A') && (symbol<='Z'))
System.out.println("Symbol "+symbol+" an Position "+i+" gefunden.");
else
System.out.println("nichts passendes gefunden...");
}
Für solche Fälle, in denen wir bei erfolgreicher Suche mit der Schleife
weitermachen wollen, können wir das Schlüsselwort continue statt dem if-elseKonstrukt verwenden:
for (int i = 33; i < 127; i++) {
char symbol = (char)i;
if ((symbol>='A') && (symbol<='Z')){
System.out.println("Symbol "+symbol+" an Position "+i+" gefunden.");
continue;
}
System.out.println("nichts passendes gefunden...");
}
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Sprungmarken I
Bei verschachtelten Schleifen wird immer die aktuelle innere Schleife beendet. Um
aber explizit anzugeben, zu welcher Schleife gesprungen werden soll, lassen sich
Marken unterbringen (markierte Anweisungen).
Diese Marken werden mit folgender Syntax angegeben:
<Marke>:
Wenn hinter break oder continue eine Marke steht, dann springt das Programm zu
der Marke und beendet die Schleife:
continue <Marke>;
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Proinformatik: Objektorientierte Programmierung
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Sprungmarken II
Die Idee besteht darin, Schleifen gezielt beenden zu können oder entsprechend
weiterlaufen zu lassen.
Angenommen, wir haben zwei verschachtelte for-Schleifen, die uns die Paare von
Groß- und Kleinbuchstaben finden sollen:
Aussen:
for (int i = 33; i < 127; i++) {
for (int j = 33; j < 127; j++) {
char symbol1 = (char)i;
char symbol2 = (char)j;
if (Character.isUpperCase(symbol1) &&
(symbol2 == Character.toLowerCase(symbol1))){
System.out.println("Symbol "+symbol1+" ["+
i+"] und Symbol "+symbol2+" ["+
j+"] sind ein Paar.");
continue Aussen;
}
}
}
Wir erhalten:
Symbol A [65] und Symbol a [97] sind ein Paar.
Symbol B [66] und Symbol b [98] sind ein Paar.
...
Symbol Z [90] und Symbol z [122] sind ein Paar.
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Ausgelagerte Programmabschnitte in Java
Programme bestehen aus Ketten von Anweisungen, das wissen wir bereits. Oft
kommt es dabei vor, dass sich Folgen von Anweisungen wiederholen.
Eine Sequenz von Anweisungen, bei der sich B und C wiederholt.
Wir erstellen eine neue Anweisung mit dem Namen BC, die B und C nacheinander
ausführt. Die neue Anweisung BC wird entsprechend eingesetzt:
In diesen Fällen können wir das Programm übersichtlicher gestalten, indem wir
diese Anweisungsblöcke zu einer neuen Anweisung, deren Bezeichnung wir fast frei
wählen können, zusammenfassen.
Der große Vorteil besteht darin, dass wir den Anweisungsblock nur noch einmal
schreiben müssen. Das vermindert die Fehleranfälligkeit.
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Proinformatik: Objektorientierte Programmierung
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Motivation zu Funktionen
public class Ausgabe{
public static void main(String[] args){
int a=4;
System.out.println();
System.out.println("*******************************************");
System.out.println("*** Wert der Variable ist "+a);
System.out.println("*******************************************");
System.out.println();
a=(a*13)%12;
System.out.println();
System.out.println("*******************************************");
System.out.println("*** Wert der Variable ist "+a);
System.out.println("*******************************************");
System.out.println();
a+=1000;
System.out.println();
System.out.println("*******************************************");
System.out.println("*** Wert der Variable ist "+a);
System.out.println("*******************************************");
System.out.println();
}
}
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Funktionen in Java
Funktionen repräsentieren einen Programmabschnitt, der einmal formuliert beliebig
oft aufgerufen und verwendet werden kann. Eine Funktion erhält dabei einen
eindeutigen Namen (beginnend mit einem Kleinbuchstaben).
Diese Variablen gelten zunächst nur innerhalb der Methode (daher werden sie auch
lokale Variablen genannt) auch wenn in der main-Methode eine Variable mit dem
gleichen Namen existiert, haben diese beiden nichts miteinander zu tun.
Die Syntax unserer Funktionen sieht zunächst erstmal so aus:
public static <Datentyp> <Funktionsname>(
<Datentyp> Parameter1,
<Datentyp> Parameter2,
...) {
// Funktionskörper
}
Aus der Mathematik wissen wir, dass Funktionen auch ein Ergebnis liefern - genau
ein Ergebnis. Auch für unsere Funktionen gilt das. Falls, wie in unserem Fall, kein
Rückgabewert existiert, schreiben wir als Rückgabewert das Schlüsselwort void.
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Ausgabe in Funktion auslagern
Jetzt wollen wir versuchen, mit Hilfe einer Funktion, die Ausgabe ein wenig zu
erleichtern. In unserem Ausgabebeispiel ist a ein Eingabeparameter für die neue
Funktion.
Die Funktion schreiben wir laut Konvention oberhalb der main-Funktion. Für die
Lesbarkeit des Programms sind sprechende Namen, in unserem Beispiel gibAus,
unerlässlich:
public class AusgabeFunktion{
public static void gibAus(int a){
// neue Funktion
System.out.println();
System.out.println("*******************************************");
System.out.println("*** Wert der Variable ist "+a);
System.out.println("*******************************************");
System.out.println();
}
// main-Funktion
public static void main(String[] args){
int a=4;
gibAus(a);
a=(a*13)%12;
gibAus(a);
a+=1000;
gibAus(a);
}
}
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Funktionen mit Rückgabewert
Schauen wir uns noch ein weiteres Beispiel an. Dazu berechnen wir in einer
Funktion für die Eingabe x den Wert f(x)=x*13-1024\%(34+12):
public class Funktion{
public static int funktion(int x){
int wert=(x*13)-1024%(34+12);
return wert;
}
public static void main(String[] args){
for (int i=0; i<10; i++)
System.out.println("x="+i+" und f(x)="+funktion(i));
}
}
In diesem Beispiel gibt die Funktion einen int-Wert mit der Anweisung return
zurück und wird beendet. Sollten noch Zeilen nach einem return stehen, so gibt
Java einen Fehler aus, denn diese Zeilen können nie ausgeführt werden.
Als Ausgabe erhalten wir:
C:\Java>java Funktion
x=0 und f(x)=-12
x=1 und f(x)=1
x=2 und f(x)=14
x=3 und f(x)=27
...
x=9 und f(x)=105
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Wichtiges Konzept
Die Auslagerung von Programmabschnitten in Funktionen ist eines der wichtigsten
Programmierkonzepte.
Aus Gründen der Übersichtlichkeit und besseren Fehlersuche werden wir dieses
Konzept so oft es geht einsetzen ...
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