examen.press ist eine Reihe, die Theorie und Praxis aus allen Bereichen der Informatik für die Hochschulausbildung vermittelt.

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1 examen.press

2 examen.press ist eine Reihe, die Theorie und Praxis aus allen Bereichen der Informatik für die Hochschulausbildung vermittelt.

3 Matthias Hölzl Allaithy Raed Martin Wirsing Java kompakt Eine Einführung in die Software-Entwicklung mit Java

4 Matthias Hölzl Allaithy Raed Martin Wirsing Institut für Informatik Ludwig-Maximilians-Universität München München, Deutschland ISSN ISBN DOI / ISBN (ebook) Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über abrufbar. Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2013 Dieses Werk einschließlich aller seiner Teile ist urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung, die nicht ausdrücklich vom Urheberrechtsgesetz zugelassen ist, bedarf der vorherigen Zustimmung des Verlags. Das gilt insbesondere für Vervielfältigungen, Bearbeitungen, Übersetzungen, Mikroverfilmungen und die Einspeicherung und Verarbeitung in elektronischen Systemen. Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, dass solche Namen im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher von jedermann benutzt werden dürften. Gedruckt auf säurefreiem und chlorfrei gebleichtem Papier. Springer ist Teil der Fachverlagsgruppe Springer Science+BusinessMedia

5 Vorwort Wenn man in eine gut sortierte technische Buchhandlung geht, findet man im Regal mehrere Meter Bücher über Java. Welchen Grund gibt es, dieser Flut an Literatur noch ein weiteres Buch hinzuzufügen? Java kompakt ist aus unserer Erfahrung mit verschiedenen Lehrveranstaltungen an der Ludwig-Maximilians-Universität München hervorgegangen so- wohl Vorlesungen für Studenten mit Haupt- und Nebenfach Informatik als auch Ergänzungskurse zur Programmierung in Java. Zahlreiche exzellente Bücher zur Einführung in die Informatik decken den Stoff der Einführungsvorlesungen ab, legen aber ihren Schwerpunkt eher auf die theoretischen Fundamente, Datenstrukturen und Algorithmen, wie es für eine Vorlesung auch angebracht ist. Durch diese Ausrichtung werden die Grundkenntnisse der Programmierung typischerweise sehr knapp abgehandelt und teilweise auf Übungen verlagert. Für Studenten, die Vorkenntnisse in einer anderen Programmiersprache haben, ist das meistens ausreichend, um die Besonderheiten von Java zu verstehen. Für andere Studenten ist es oft erheblich einfacher, dem Vorlesungsstoff zu folgen, wenn sie zusätzlich eine praxisorientierte Einführung in die Programmierung haben. Dafür das richtige Buch zu finden, ist aber gar nicht so einfach: Die meisten Java- Bücher sind für Leser gedacht, die schon eine andere Programmiersprache beherrschen und die Grundlagen der Objektorientierung kennen; außerdem haben viele Bücher einen enzyklopädischen Anspruch und sind daher zu umfangreich, um von Studenten neben der Vorlesung verwendet zu werden. An der LMU München werden seit einigen Jahren Ergänzungskurse zur Programmierung mit Java angeboten; obwohl diese Kurse nicht als reguläre Studienleistungen angerechnet werden können, sind sie bei den Studenten sehr beliebt und werden in den Evaluierungen als äußerst sinnvoll bewertet. Studenten haben uns oft erzählt, dass sie Themen aus der Vorlesung erst richtig verstanden hatten, nachdem sie ihre praktische Umsetzung im Ergänzungskurs gesehen hatten. Die Idee zu Java kompakt entstand aufgrund der zahlreichen Nachfragen von Studenten nach einem Buch, das den Stoff dieses Kurses in ähnlich praxisnaher und kompakter Form wie die Vorlesungen darstellt. v

6 vi Vorwort Java kompakt wendet sich an Leser, die keine oder nur geringe Vorkenntnisse in der Programmierung haben und die einen leicht verständlichen Einstieg in Java suchen. Für Studenten im Grundstudium bietet es sich als begleitendes Material neben den Einführungsvorlesungen an. Es ist aber auch für Auszubildende, Berufseinsteiger und jeden, der in Java programmieren lernen will, gedacht. Wir haben versucht, genug Stoff in den Kurs aufzunehmen, damit der Leser sinnvolle Programme schreiben kann, und uns dabei trotzdem knapp zu fassen. Im Gegensatz zu manchen anderen Kursen, die Java viele Kapitel lang als prozedurale Programmiersprache behandeln, legen wir von Anfang an den Schwerpunkt auf objektorientierte Programmierung. Die ersten beiden Kapitel führen das Vorgehen beim Programmieren mit Java ein und bieten einen Schnelldurchlauf durch einen Großteil der im Rest des Buchs behandelten Konzepte. Die weiteren Kapitel besprechen einzelne Themen genauer: Klassen und Objekte (Kapitel 3 und 4), Typen (Kapitel 5 und 6), Anweisungen und Kontrollfluss (Kapitel 7), Vererbung und Polymorphie (Kapitel 8) sowie generische Typen und Interfaces (Kapitel 9). Diese Kapitel sind so weit wie möglich unabhängig voneinander; allerdings empfehlen wir Ihnen, beim ersten Durchlesen trotzdem der Reihe nach vorzugehen. Kapitel 10 führt in das Java Collections Framework ein und baut auf dem Stoff aller vorhergehenden Kapitel auf; das letzte Kapitel bespricht die Themen Ausnahmebehandlung und Testen. Jedes Kapitel endet mit einem Abschnitt Was haben wir gelernt, in dem wir den Stoff des Kapitels kurz zusammenfassen und anhand einer Mindmap strukturiert darstellen. Die Mindmaps, Lösungsvorschläge zu ausgewählten Aufgaben und weitere Materialien können von der Web-Site zum Buch heruntergeladen werden, die unter der Adresse zu finden ist. Wir bedanken uns bei unseren Studenten, die uns durch ihren Enthusiasmus dazu angespornt haben, dieses Buch zu schreiben. Unser Dank gilt auch Herrn Engesser und Frau Glaunsinger vom Springer-Verlag, die uns bei der Erstellung des Buchs tatkräftig unterstützt haben. Wir bedanken uns sehr herzlich bei unseren Familien, die während der Erstellung des Buchs viele Stunden auf uns verzichten mussten. München, November 2012 Matthias Hölzl Allaithy Raed Martin Wirsing

7 Inhaltsverzeichnis 1 Die Java-Umgebung Die Entwicklungsgeschichte von Java Java-Varianten Die Funktionsweise von Java Wie programmiert man mit Java? Der Java-Compiler JVM Die virtuelle Maschine fürjava Die Grundstruktur eines Java-Programms Was haben wir gelernt? Ein Schnelleinstieg in Java Ein weiteres, einfaches Programm Wenn Fehler auftreten Und wo sind die Objekte? Variablen Listen Die for-schleife Benutzerdefinierte Klassen Konstruktoren Und jetzt alles zusammen Mehr Objektorientierung Bedingungen Einlesen von Daten Vererbung Was haben wir gelernt? Klassen und Objekte Klassen Anatomie von Klassen Modifikatoren und Zugriffsrechte Typen vii

8 viii Inhaltsverzeichnis 3.2 Variablen Methoden Deklaration und Syntax von Methoden Überladen von Methoden Methoden mit beliebig vielen Argumenten Modifikatoren Methoden ohne Rückgabewert Methoden mit Rückgabewert Das Schlüsselwort this Objekte Die drei wichtigsten Eigenschaften eines Objekts Konstruktoren Deklaration und Syntax von Konstruktoren Der Standardkonstruktor Konstruktoren: was passiert im Hintergrund? Regeln zum Klassendesign Was haben wir gelernt? Mehr zu Klassen und Objekten Statische Variablen und Methoden Statische Variablen Statische Methoden Rekursive Methoden Direkte Rekursion Indirekte Rekursion Software-Design Klassen identifizieren und deklarieren Objekteigenschaften durch Instanzvariablen abbilden Konstruktoren zum Erzeugen von Objekten deklarieren Objektverhalten durch Methoden realisieren Was haben wir gelernt? Primitive Typen Wahrheitswerte Numerische Typen Typumwandlung (Cast, Boxing und Unboxing) Arithmetische Operationen Vergleichsoperationen Bitweise Operationen Zeichen Prioritäten der Operatoren Was haben wir gelernt?...111

9 Inhaltsverzeichnis ix 6 Referenztypen Eindimensionale Arrays Deklaration und Initialisierung Zugriff auf Arrays Mehrdimensionale Arrays Definition von mehrdimensionalen Arrays Rechteckige Arrays Mehrdimensionale Arrays variabler Größe Durchlaufen mehrdimensionaler Arrays Regeln für mehrdimensionale Arrays Aufzählungstypen (Enumerations) Die String-Klasse Was haben wir gelernt? Kontrollfluss Blöcke Fallunterscheidungen Die if/then/else-anweisung Geschachtelte if/then/else-anweisung Die Switch/Case-Anweisung Schleifen while-schleife For-Schleifen Die for-each-schleife Die do/while-schleife Steueranweisungen: break, continue Was haben wir gelernt? Vererbung und Polymorphie Das Vererbungsprinzip Die Grundidee der Vererbung in Java Das Schlüsselwort super Vererbungsregeln Polymorphie und Dynamisches Binden Die Klasse Object Die equals-methode Die hashcode-methode Die tostring-methode Was haben wir gelernt? Generische Typen, abstrakte Klassen und Interfaces Generische Klassen Abstrakte Klassen Interfaces Einige wichtige Interfaces

10 x Inhaltsverzeichnis Die Interfaces Comparable und Comparator Das Interface Cloneable Geschachtelte und anonyme Klassen Geschachtelte Klassen Lokale und anonyme Klassen Was haben wir gelernt? Das Java Collections Framework Die Struktur des Collection Frameworks Die Interfaces Iterator und Iterable Collection und AbstractCollection Das Interface Map Überblick über das Collections Framework Subklassen und -interfaces von Collection Subklassen und -interfaces von Map Programmiertipps für Collections Was haben wir gelernt? Ausnahmebehandlung und Testen Fehlerarten Ausnahmebehandlung in Java Unchecked Exceptions Regeln für Unchecked Exception Checked Exceptions Werfen von Exceptions Behandeln von Exceptions Benutzerdefinierte Exception-Klassen Programmiertipps für Ausnahmebehandlung Assertions JUnit-Tests Was haben wir gelernt? Zum Abschluss Literaturverzeichnis Sachverzeichnis...247