Einführung in die Java- Programmierung

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1 Einführung in die Java- Programmierung Dr. Volker Riediger Der hat die früher handschriftlichen Folien lesbar gemacht. Tassilo Horn riediger WiSe 2012/13 1

2 Heutige Themen Hello World! Unser erstes Programm Datentypen Zahlen, Wahrheitswerte, Zeichenketten Variablen Deklarationen, Zuweisungen Ausdrücke & Operationen Ein- und Ausgabe Verzweigungen Häufige Fehler 2

3 Demo: HelloWorld.java Ein Java-Projekt in Eclipse anlegen 1.File > New > Java Project 2.Projektname angeben 3.Finish drücken Eine Programm im Projekt anlegen 1.New > Class 2.Klassenname angeben 3.[x] bei public static void main(string[] args) 4.Finish 3

4 Anatomie eines Java-Programms Java-Programme bestehen aus Klassen Klassen- und Dateinamen korrespondieren: Klasse HelloWorld ==> HelloWorld.java Klassen enthalten Methoden (Funktionen, Prozeduren) Methoden enthalten die eigentlichen Anweisungen Die Programmausführung beginnt bei der Methode main() Fürs erste, ignoriert die Schlüsselworte public, static, void 4

5 Die drei Schritte der Java- Programmierung 5

6 Zahlen Aus der Mathematik kennt ihr die natürliche Zahlen: N ganze Zahlen: Z rationale Zahlen: Q reelle Zahlen: R Problem: Diese Mengen sind unendlich und Zahlen beliebig groß Extremfall: Irrationale Zahlen (z.b. PI) können mit endlichem Speicherplatz nicht repräsentiert werden 6

7 Datentypen in Java int long Typ Wertebereich Standardwert Beispiele double boolean ganze Zahlen, 32bit, von -2^31 bis 2^31-1 ganze Zahlen, 64bit, von -2^63 bis 2^63-1 Fließkommazahlen, 64bit, ~16 Dezimalstellen genau Wahrheitswerte: true oder false 0-100, 17, l, -13l , , false false, true String Zeichenketten Hallo Welt! 7

8 Variablen in der Mathematik In der Mathematik haben Variablen einen Namen eine Grundmenge einen evtl. unbekannten, aber nicht veränderbaren Wert 8

9 Variablen in der Mathematik Mathematische Variablen sind nicht änderbar, sondern sie sind Namen für eine Zahl 9

10 Variablen in Java Variablen in Programmen haben einen Namen einen während der Lebensdauer festen Datentyp einen über die Zeit veränderbaren Wert Wichtig: Vor der Benutzung muss eine Variable deklariert werden! 10

11 Variablendeklaration Eine Variablendeklaration besteht aus dem Datentyp (z.b. int, long, oder double) dem Namen optional einer initialen Wertzuweisung int x; // x hat Standardwert 0 long y = 17; Durch eine Deklaration wird Speicherplatz für genau einen Wert dieses Typs reserviert In Programmen sind Variablen Namen für einen Speicherplatz 11

12 Zuweisungen Der Wert einer Variable kann durch eine Zuweisung (=) verändert werden Erst wird der Wert der rechten Seite berechnet und dann der Variablen auf der linken Seite zugewiesen int x = 17; // Deklaration & Zuweisung x = 18; // Erneute Zuweisung int x = 19: // Fehler, Typ darf nicht // erneut angegeben werden! 12

13 Datentypen 13

14 Ausdrücke Ein Ausdruck ist ein Literal, eine Variable oder eine Folge von Operationen auf Literalen/Ausdrücken, die ein Ergebnis liefern int x = 11; // Deklaration 17 // Ausdruck: Literal x // Ausdruck: Variable x + 19 // Ausdruck: Operation 14

15 Einfache Ausgabe Zur Ausgabe beliebiger Werte auf der Standardausgabe (System.out) gibt es in Java die Methoden: // Wert von <Ausdruck> ausgeben System.out.print(<Ausdruck>) // Wert von <Ausdruck> gefolgt von // einem Zeilenumbruch ausgeben System.out.println(<Ausdruck>) 15

16 Operationen auf Zahlen Auf allen Zahlentypen definiert: Addition, Subtraktion, Multiplikation und Division // 21 (int) l // 21l (long) // -10 (int) 3 * 10 // 30 (int) 10 / 3 // 3 (int, Ganzzahldivision) 10.0 / 3 // (double) 16

17 Operationen auf Zahlen Auf Zahlen (int, long, double) definiert: Rest einer Division (Modulo) 17 % 4 // 1 (int) -4 % 3 // -1 (int) 18 % 4l // 2 (long) -18l % 4 // -2 (long) 18.5 % 4 // 2.5 (double) % 2.5 // -1.5 (double) 17

18 Automatische Konvertierung Der größte Zahlentyp in einem Ausdruck bestimmt den Typ des Wertes Regel: double > long > int // int + int => int 1 + 1l // int + long => long // double + int => double 3 / 2 // int / int => int 3.0 / 2 // double / int => double 18

19 Demo: ZahlOps.java Aufgabe: Lasst uns ein Programm schreiben, das jeweils 2 Variablen der Typen int, long und double definiert für verschiedene Kombinationen der Variablen die Zahlenoperationen benutzt die Werte der Ausdrücke auf der Konsole ausgibt 19

20 Operationen auf Zeichenketten Auf Zeichenketten (String) definiert: Verkettung (Konkatenation) "Hallo" + " Welt" // "Hallo Welt" Werte anderer Typen werden automatisch in String konvertiert "Bitte " " Bier!" // "Bitte 3 Bier" 20

21 Operationen auf Wahrheitswerten Für Wahrheitswerte (boolean) definiert: NOT (!), AND (&&) und OR ( ) // NOT:!true // false!false // true 21

22 Vergleichsoperationen Für alle Zahlen definiert, liefern einen Wahrheitswert (boolean): 22

23 Vergleichsoperationen für Strings Vergleich zweier Zeichenketten: Hallo.equals( Hallo ) ==> true hallo.equals( Hallo ) ==> false Vergleich ohne Berücksichtigung der Groß-/Kleinschreibung Hallo.equalsIgnoreCase( Hallo ) ==> true hallo.equalsignorecase( Hallo ) ==> true hi!.equalsignorecase( Hallo ) ==> false 23

24 Nochmal Zuweisungen & Ausdrücke Der Ausdruck auf der rechten Seite einer Zuweisung darf die Variable der linken Seite enthalten Der Ausdruck wird dann mit dem aktuellen (alten) Wert berechnet und danach als neuer Wert zugewiesen x = 2; x = x * x; // x = 2 * 2 24

25 Zuweisungskurzformen int x = 10; x += 5; // x = x + 5:? x -= 7; // x = x 7:? x *= 2; // x = x * 2:? x /= 2; // x = x / 2:? x++; // x = x + 1:? x--; // x = x 1:? 25

26 Demo: ZahlOps.java Aufgabe: Lasst uns ZahlOps.java erweitern, um Operationen auf Zeichenketten Operationen auf Wahrheitswerten Vergleichsoperationen Zuweisungskurzformen 26

27 Operatorpräzedenzen Java kennt die üblichen Rechenregeln wie Punkt- vor Strichrechnung Die Auswertung von binären Operatoren ist linksassoziativ (von links nach rechts) Ratschlag: Macht trotzdem durch Klammerung die Reihenfolge deutlich * 3 // 1 + (2 * 3) ==> 7 2 * 2 9 / 3 // (2 * 2) (9 / 3) // ==> 7 27

28 Ein- und Ausgabe mit JConsole JConsole ermöglich die einfache Ein- und Ausgabe von Zahlen und Strings: // JConsole starten JConsole.start(); // Eingabe (Benutzer fragen) int i = JConsole.readInt( Ein int: ); long l = JConsole.readLong( Ein long: ); double d = JConsole.readDouble( Ein double: ); String s = JConsole.readString( Ein String: ); // Ausgabe System.out.println( i = + i +, l = + l, d = + d +, s = + s); 28

29 Demo: Greeting.java Aufgabe: Lasst uns ein Programm schreiben, welches den Benutzer nach seinem Namen fragt und ihn dann persönlich begrüßt Vorüberlegung: EVA Was ist die Eingabe? Wie erfolgt die Verarbeitung? Was ist die gewünschte Ausgabe? 29

30 Mathematische Funktionen Die in Java enthaltene Klasse Math enthält mathematische Konstanten und viele Funktionen Math.PI Math.E // Approx. PI // Approx. e (Basis des nat. Log.) Math.sqrt(9) // Wurzel: 3.0 Math.round(1.5) // Runden: 2 Math.round(1.49) // Runden: 1 Math.pow(2, 3) // Exponent: 8 Math.abs(-18) // Absolutwert: 18 30

31 Methoden-Signaturen lesen Eine Methoden-Signatur legt den Datentyp des Ausgabewerts (A), den Methodennamen (N) und die Datentypen der Eingabewerte (E) fest: // A: double, N: sqrt, E: double double sqrt(double a) // A: double, N: pow, E: double, double double pow(double a, double b) 31

32 Demo: Pythagoras.java Aufgabe: Lasst uns ein Programm schreiben, welches die Länge der Katheten a und b vom Benutzer abfragt und dann die Länge der Hypotenuse berechnet und ausgibt a 2 + b 2 =c 2 c= a 2 + b 2 32

33 Demo: QuadGleichung.java Aufgabe: Lasst uns ein Programm schreiben, welches eine quadratische Gleichung löst. (Nullstellenbestimmung der Parabel) ax 2 + bx+ c=0, (a 0) Lösung mit p q Formel : x 2 + px+ q=0, p= b a, q= c a x= p 2 ± D, D=( p 2 ) 2 q 33

34 Demo: QuadGleichung.java Eine quadratische Gleichung kann zwei, eine, oder gar keine reelle Lösung haben, je nach Wert der Diskriminante D. Statt tue dies tue das tue jenes brauchen wir: 2 Lsg.... berechne D eine Lsg. keine Lsg. 34

35 Verzweigungen Für Fallunterscheidungen gibt es die if- Anweisung: if (<Test-Ausdruck>) { // Anweisungen für true } else { // Anweisungen für false // (der else-teil ist optional) } 35

36 Verzweigungen Beispiel: Was wird ausgegeben? if (1 < 2) { System.out.println("Math works!"); } else { System.out.println("Math broken!"); } 36

37 Verzweigungen Beispiel: Was wird ausgegeben? if ((1 >= 2) (7 % 4 == 3)) { System.out.println("Ja!"); } else { System.out.println("Nein!"); } 37

38 Verzweigungen Beispiel: Was wird ausgegeben? if (!((9 <= 10) && (8 > 4))) { System.out.println("Ja!"); } System.out.println("Fertig"); 38

39 Blöcke Eine von { } eingeschlossene Sequenz von Anweisungen bezeichnet man als einen Block Variablen, die in einen Block deklariert wurden, sind nur in diesem Block sichtbar int x = 10; int y = 5; if (x > y) { int z = x + y; } System.out.println(z); // Fehler! 39

40 Demo: QuadGleichung.java Aufgabe: Lasst uns ein Programm schreiben, welches eine quadratische Gleichung löst. (Nullstellenbestimmung der Parabel) ax 2 + bx+ c=0, (a 0) Lösung mit p q Formel : x 2 + px+ q=0, p= b a, q= c a x= p 2 ± D, D=( p 2 ) 2 q 40

41 Fehler & Fallstricke Viele Fehler im Programm werden schon beim Kompilieren gefunden und in Eclipse rot unterkringelt Syntaxfehler, Datentypfehler, etc. Wenn man mit der Maus auf die Unterkringelung zeigt, dann wird eine genaue Fehlermeldung angezeigt 41

42 Syntaxfehler <something> cannot be resolved Ihr versucht auf eine nicht deklarierte Variable, Klasse oder Methode zuzugreifen int x1 = 10, x2 = 20; x = x1 + x2; 42

43 Syntaxfehler Duplicate variable <something> Ihr versucht eine schon existierende Variable nochmal zu deklarieren int x1 = 10, x2 = 20; int x1 = x1 + x2; 43

44 Typfehler The operator <x> is undefned for the argument type(s) boolean, int Ihr wendet einen Operator auf falsche Typen an int a = 10, b = 20, c = 30; if (a < b < c) { // irgendwas } 44

45 Typfehler Type mismatch: cannot convert from <x> to <y> In einer Zuweisung ist der Typ der Variable (x) kleiner als der des Werts des zugewiesenen Ausdrucks Ihr verwendet eine Zuweisung (=) und wollt eigentlich einen Vergleich (==) machen long a = 1; int b = a + 1; if (a = 2) { } ;; irgendwas 45

46 Böse Fehler Manche Fehler werden nicht vom Compiler erkannt, sondern sie drücken sich nur in (aus Sicht des Programmierers) falschen Ergebnissen aus Ohne Erfahrung schwer zu finden Z.B. Typkonvertierungen, Überläufe, Rundungsfehler 46

47 Demo: BoeseFehler.java Bei Zuweisungen wird zuerst der Wert des Ausdrucks auf der rechten Seite berechnet und erst danach der Variable auf der linken Seite zugewiesen und ggf. konvertiert Zahlen können nicht beliebig groß sein: siehe auch BigInteger, BigDecimal Gleitkommazahlen sind nicht immer genau 47

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