Fehler die bei der Programmerstellung passieren können teilweise vom Compiler erkannt werden

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1 Exceptions Fehler die bei der Programmerstellung passieren können teilweise vom Compiler erkannt werden int a; double b=10; a = 10 * b; System.out.println(a); Fehler die während der Programmausführung auftreten können in Java mit Hilfe von Ausnahmen (Exceptions) systematisch behandelt werden Bezeichnungen Exception Ausnahme, die durch das Programm zur Laufzeit verursacht wird Throwing Das Auslösen einer Ausnahme Catching Das Behandeln einer Ausnahme Error: possible loss of precision found : double required: int a = 10*b; ^ Eine Exception ist ein Ereignis, dass während der Programmausführung auftritt und den normalen Programmfluss stört Mit Hilfe von Exceptions kann Programmcode zur Fehlerbehandlung von normalem Programmcode getrennt werden 1 Grundprinzip des Exception-Mechanismus 1. Ein Laufzeitfehler oder eine vom Entwickler gewollte Bedingung löst eine Ausnahme aus 2. Diese kann von dem Programmteil, in dem sie ausgelöst wurde, bearbeitet werden, oder weiter gegeben werden 3. Wird die Ausnahme weiter gegeben, hat der Empfänger der Ausnahme erneut die Möglichkeit, sie entweder zu behandeln oder aber weiter zu geben 4. Wird die Ausnahme von keinem Programmteil behandelt, führt sie zum Abbruch des Programms & zur Ausgabe einer Fehlermeldung main(...) method1(...) Fehler weitergeben method2(...) method3(...) Fehler weitergeben Fehler weitergeben Fehler weitergeben (Programmabbruch) Weitergabe von Ausnahmen in Programmieren 2 2 Exception in Java Die Behandlung von Exceptions erfolgt in Java mit Hilfe der try-catch Anweisung Schematisch: public class baseconvert public static void main(string[] args) int i, base=0; try{ Anweisung;... catch (Ausnahmetyp x) { Anweisung;... Anweisungen, bei deren Ausführung ein Fehler des Typs Ausnahmetyp auftreten kann Bei Fehler wird die normale Programmausführung unterbrochen und erste Anweisung nach catch-klausel mit passendem Ausnahmetyp ausgeführt for (base=10; base>=2; --base) { i = Integer.parseInt( 40,base); System.out.println( 40 base +base+ = +i); Ausgabe: 40 base 10 = base 9 = base 8 = base 7 = base 6 = base 5 = 20 Exception in thread main java.lang.numberformatexception: 40 at java.lang.integer.parseint(compiled Code) at baseconvert.main(compiled Code) 3 4

2 (korrigierte Version) public class BaseConvertExcept public static void main(string[] args) int i, base=0; try { for (base=10; base>=2; --base) { i = Integer.parseInt( 40,base); System.out.println( 40 base +base+ = +i); catch (NumberFormatException e) { System.out.println( 40 ist keine Zahl zur Basis +base); Programmsequenz, die Fehler verursacht wird in try-catch Anweisung eingeschlossen Ausgabe: 40 base 10 = base 9 = base 8 = base 7 = base 6 = base 5 = ist keine Zahl zur Basis 4 5 Das Fehlerobjekt In der catch-klausel wird Die Art des abzufangenden Fehlers definiert Ein Parameter übergeben, der beim Auftreten der Ausnahme ein Fehlerobjekt übernimmt Der Parameter ist ein Fehlerobjekt, dass beim Auftreten der Ausnahme vom Aufrufer der Ausnahme erzeugt wird an die catch-klausel übergeben wird Der Parameter hat die folgenden Methoden String getmessage()» Gibt den ausführlichen Fehlertext zurück void printstacktrace()» Druckt einen Auszug aus dem Laufzeit-Stack String tostring()» Gibt den Fehlertext zurück try {... catch (Exception e) {... String s = Fehler aufgetreten ; System.out.println(s); System.out.println( Ursache: ); System.out.println( Lang: ); System.out.println(e.getMessage()); System.out.println( Kurz: ); System.out.println(e.toString()); System.out.println( Laufzeit-Stack: ); System.out.println(e.printStackTrace()) ;... Fehlerobjekt 6 public class BaseConvertExcept2 public static void main(string[] args) { int i, base=0; try { for (base=10; base>=2; --base) { i = Integer.parseInt( 40,base); System.out.println( 40 base +base+ = +i); catch (NumberFormatException e) { System.out.println( Fehler aufgetreten ); System.out.println( Ursache: +e.getmessage()); e.printstacktrace(); Ausgabe: 40 base 10 = base 9 = base 8 = base 7 = base 6 = base 5 = 20 Fehler aufgetreten Ursache: For input string: 40 java.lang.numberformatexception: For input string: 40 at.java.lang.numberformatexception.forinputstring(numberformatexception.java:48) at java.lang.integer.parseint(integer.java:447) at baseconvertexcept2.main(baseconvertexcept2.java:8) 7 Fortfahren nach Fehlern Die Reaktion auf eine Ausnahme muss nicht zwangsweise im Beenden des Programms bestehen: public class BaseConvertExcept3 public static void main(string[] args) int i, base=0; for (base=10; base>=2; --base) { try { i = Integer.parseInt( 40,base); System.out.println( 40 base +base+ = +i); catch (NumberFormatException e) { System.out.println( 40 ist keine Zahl zur Basis +base); Ausgabe:40 base 10 = base 9 = base 8 = base 7 = base 6 = base 5 = ist keine Zahl zur Basis 4 40 ist keine Zahl zur Basis 3 40 ist keine Zahl zur Basis 2 8

3 Mehr als eine catch-klausel Innerhalb eines try-blocks können mehrere unterschiedliche Ausnahmen auftreten Ein Programm kann auf verschiedene Fehler reagieren, indem es mehr als eine catch-klausel verwendet Jede catch-klausel fängt die Fehler ab, die zum Typ des angegebenen Fehlerobjekts zuweisungskompatibel sind Die einzelnen catch-klauseln werden in der Reihenfolge ihres Auftretens abgearbeitet public class BaseConvertExcept4 public static void main(string[] args) { int i, j, base=0; String[] numbers = new String[3]; numbers[0]= 10 ; numbers[1]= 20 ; numbers[2]= 30 ; try { for (base=10; base>=2; --base) { for (j=0; j<=3; ++j) { i = Integer.parseInt(numbers[j],base); System.out.println(numbers[j]+ base + = +i); catch (IndexOutOfBoundsException e1) { System.out.println( ->IndexOutOfBoundsException: +e1.tostring()); catch (NumberFormatException e2) { System.out.println( ->NumberFormatException: +e2.tostring()); Ausgabe: 10 base 10 = base 10 = base 10 = 30 ->IndexOutOfBoundsException: java.lang.arrayindexoutofboundsexception: Die finally-klausel Als letzter Bestandteil einer try-catch Anweisung kann der Befehl finally stehen finally markiert einen Bereich, der nach Betreten einer try- Anweisung immer ausgeführt wird, insbesondere Wenn das normale Ende des try-blocks erreicht wurde Wenn eine Ausnahme aufgetreten ist, die durch eine catch-klausel behandelt wurde Wenn eine Ausnahmen aufgetreten ist, die nicht durch eine catch-klausel behandelt wurde Wenn der try-block durch eine Sprunganweisung break, continue, return verlassen werden soll Die finally-klausel ist der ideale Ort für Aufräumarbeiten Dateien schließen Ressourcen (Speicher) freigeben public class BaseConvertExcept5 public static void main(string[] args) int i, base=0; try { for (base=10; base>=2; --base) { i = Integer.parseInt( 40,base); System.out.println( 40 base + = + i); catch (NumberFormatException e) { System.out.println( 40 ist keine Zahl zur Basis +base); finally { System.out.println( Jetzt ist der Versuch vorbei ); Ausgabe: 40 base 10 = base 9 = base 8 = base 7 = base 6 = base 5 = ist keine Zahl zur Basis 4 Jetzt ist der Versuch vorbei 12

4 Assertion (Zusicherung) Eine Assertion (Zusicherung) ist eine Aussage über den Zustand eines Algorithmus oder eines Programms an einer bestimmten Stelle Assertions dienen dazu, bestimmte Annahmen über den Zustand eines Algorithmus (Programms) zu verifizieren (und sicherzustellen, daß diese eingehalten werden) ja min<-x x<y? nein min<-y x"y min=minimum von x und y if(x<y) { // x<y min = x; else { // (x<y) d.h. x>=y min = y; 13 Assertions in Java Seit JDK 1.4 gibt es in Java die assert-anweisung Mit assert kann an bestimmten Stellen im Programm ein logischer Ausdruck plaziert werden, von dem man annimmt, dass er immer wahr ist Ist der logische Ausdruck (wie angenommen) wahr, läuft das Programm weiter falsch, wird ein Ausnahme vom Typ AssertionError ausgelöst Syntax: assert ausdruck1 [: ausdruck2]; ausdruck1 muß vom Typ boolean sein (sonst Compilerfehler) ausdruck2 darf von beliebigem Typ sein Fehlt ausdruck2 wird bei Nichterfülltsein von ausdruck1 ein AssertionError mit leerer Fehlermeldung erzeugt Existiert ausdruck2 dient er als Meldungstext für das Fehlerobjekt 14 Assertion in Java Da der logische Ausdruck einer Assertion immer wahr ist, solange das Programm korrekt läuft, wird er auch Invariante genannt Eine assert-anweisung dient dazu, bestimmte Annahmen über den Programmzustand zu verifizieren und sicherzustellen, dass diese eingehalten werden : Überprüfen, ob eine Variable nicht-negativ ist assert x>=0; Programm überprüft die Bedingung x>=0 und fährt fort, wenn sie erfüllt ist Ist die Bedingung nicht erfüllt, d.h. gilt x<0, wird eine Ausnahme ausgelöst Vorteile von assert-anweisungen assert-anweisungen haben gegenüber if-anweisungen die folgenden Vorteile Der Programmcode ist kürzer Man erkennt sofort, dass es sich um einen Korrektheits-Check handelt und nicht um eine Verzweigung zur Steuerung des Programmablaufs Assertions lassen sich zur Laufzeit wahlweise an- oder ausschalten Im Gegensatz zu einfachen if-anweisungen verursachen Assertions damit praktisch keine Verschlechterung des Laufzeitverhaltens wenn sie abgeschaltet sind 15 16

5 An- und Abschalten von Assertion Aus Kompatibilitätsgründen (ältere JDKs) sind Assertions sowohl im Compiler als auch im Interpreter standarmäßig deaktiviert Assertions mit Eclipse Setzen der Compiler Optionen in Eclipse Um Assertions mit Eclipse zu nutzen muss mindestens JDK 1.4 eingestellt sein Um Quellcode zu übersetzen, der assert-anweisugen enthält, muß dem Compiler (ab V. 1.4) die Option -source 1.4 (oder höher) übergeben werden Ohne Option -source 1.4 gibt es eine Fehlermeldung: Bis 1.4: Syntaxfehler Ab 1.4: assert ist Schlüsselwort und darf nicht als Bezeichner verwendet werden mindestens JDK 1.4 ausgewählt Standard Compiler-Einstellungen Um ein Programm laufen zu lassen, kennt der Java-Interpreter ab Version 1.4 die Kommandozeilenoptionen -enableassertions (-ea) -disableassertions (-da) Assertion in Eclipse Setzen der Interpreter Optionen in Eclipse Die Interpreter-Options werden im Run-Menü eingetragen Zwei Assertions um sicherzustellen, dass mindestens zwei Kommandozeilenargumente übergeben wurden das zweite von ihnen nicht Null ist Enable Assertions public class AssertionExample public static void main(string[] args) assert args.length >=2; int i1 = Integer.parseInt(args[0]); int i2 = Integer.parseInt(args[1]); assert i2 = 0 : Division by O not allowed ; System.out.println(i1 + / + i2 + = + (i1/i2)); 19 Mit einem Java-Compiler der Version >=1.4 kann obiges übersetzt werden mit javac -source 1.4 AssertionExample.java Mit aktivierten Assertions ausgeführt werden mit java -ea AssertionExample 20

6 Aufruf des s Aufruf von java -ea AssertionExample liefert Exception in thread "main" java.lang.assertionerror at AssertionExample.main(AssertionExample.java:6) Aufruf von java -ea AssertionExample 17 0 liefert Exception in thread "main" java.lang.assertionerror: Division by O not allowed at AssertionExample.main(AssertionExample.java:9) Aufruf von java -ea AssertionExample 12 6 liefert Anwendung von Assertions Es ist nicht sinnvoll die Überprüfung der Anzahl der Kommandozeilenparameter zur Laufzeit abzuschalten Ein Programm kann keinerlei (sinnvolle) Annahmen darüber machen, ob die Anzahl korrekt ist Die Überprüfung der Anzahl der übergebenen Kommandozeilenparameter sollte daher nicht mittels Assertions geschehen 12/6=2 Aufruf von java -da AssertionExample 17 0 liefert Exception in thread "main" java.lang.arithmeticexception: / by zero at AssertionExample.main(AssertionExample.java:10) Der Einsatz von Assertions ist immer dann sinnvoll, wenn das Nichterfülltsein einer Assertion einen Programmierfehler aufzeigt und nicht etwa fehlerhafte Eingabe(-Daten) Anwendungsbeispiele Verwendung von Pre- und Post-Conditions Preconditions Z.B. Bedingungen an die Parameter einer Methode, die vor dem Methodenaufruf erfüllt sein müssen Postconditions Bedingungen, die am Ende einer Methode erfüllt sein müssen Mit Hilfe von Pre- und Post-Conditions kann man sicherstellen, dass eine Methode bei korrekten Eingabewerten (durch Preconditions abgesichert) auch korrekte Ergebnisse (durch Postconditions abgesichert) liefert können Schleifeninvarianten (Bedingungen, die am Anfang oder Ende bei jedem Schleifendurchlauf erfüllt sein müssen) überprüft werden Markierung der toten Zweige in if- oder case-anweisungen, die normalerweise niemals erreicht werden sollten Anstatt eines Kommentars der Art // Kann niemals erreicht werden kann eine Assertion mit dem Argument false gesetzt werden Wird der Programmzweig später doch einmal aufgrund eines Programmfehlers durchlaufen, geschieht dies nicht unerkannt, sondern das Programm liefert eine Fehlermeldung und zeigt den Ort des Problems an 23 (I) public class BubbleAssert { static int[] data = new int [100]; static int len=0; static void add(int value) { // Precondition assert full(); // Implementation data[len++]=value; //Postcondition assert empty(); static boolean empty() { return len<=0; static boolean full() { return len>=data.length; 24

7 (II) static boolean sorttwoelements(int pos1, int pos2) //Preconditions assert (pos1 >= 0 && pos1 < len); assert (pos2 >= 0 && pos2 < len); // Implementation boolean ret = false; if(data[pos1]>data[pos2]) { int tmp = data[pos1]; data[pos1] = data[pos2]; data[pos2] = tmp; ret = true; // Postcondition assert data[pos1] <= data[pos2] : "Sorting error"; return ret; (III) static void bubblesort() { if(empty()) { int cnt = 0; while (true) { cnt++; // loop invariant assert cnt <len: "To many iterations"; // Implementation boolean sorted = true; for(int i=1; i<len; ++i) if(sorttwoelements(i-1,i)) sorted = false; if(sorted) break; public static void main(string[] args) { for (int i=9; i>=0; i--) add(i); bubblesort(); for(int i=0; i<10; i++) Out.print(data[i]+" "); Nebeneffekte und Kompatibilität Ausdrücke in Assertions sollten keinen Code enthalten, der Variablen verändert (um Nebeneffekte zu vermeiden) Werden die Variablen nur innerhalb einer Assertion verwendet, kann es sinnvoll sein, dass Assertions Variablen auch verändern : Schleifeninvarianten Assertions funktionieren nur auf Systemen die mindestens JDK 1.4 unterstützen 27