Algorithmen und Datenstrukturen II

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1 Algorithmen und Datenstrukturen II AG Praktische Informatik Technische Fakultät Vorlesung Sommer 2009

2 Teil I Imperative Programmierung in Java

3 Mini-Java Ein Mini-Java Programm besteht aus genau einer Klasse. In dieser Klasse gibt es genau eine main-methode. Folgende Konstrukte sind Anweisungen (statements gemäß Mini-Java-Syntax)

4 Mini-Java Ein Mini-Java Programm besteht aus genau einer Klasse. In dieser Klasse gibt es genau eine main-methode. Folgende Konstrukte sind Anweisungen (statements gemäß Mini-Java-Syntax) Die Deklaration einer Variablen vom Typ int mit sofortiger Initialisierung: int ident = expression; Jeder Bezeichner (ident) darf in höchstens einer Variablendeklaration vorkommen. Diese kontextsensitive Bedingung lässt sich nicht in der EBNF-Definition formulieren.

5 Zuweisung Die Zuweisung eines Wertes an eine Variable: ident = expression; Diese Variable muss vorher deklariert worden sein und den gleichen Typ wie der Ausdruck haben. Diese Nebenbedingung ist ebenfalls nicht in der EBNF-Definition ausgedrückt.

6 if-then Anweisung Eine bedingte Anweisung (if-then Anweisung): if(condition) statement Der Bool sche Ausdruck (condition) wird ausgewertet; ist er true, so wird die Anweisung (statement) ausgeführt. Ist er false, so wird die Anweisung nicht ausgeführt und die Programmausführung mit der nächsten Anweisung hinter der if-then Anweisung fortgesetzt.

7 while-schleife Eine abweisende Schleife (while-schleife): while(condition) statement Der Bool sche Ausdruck wird ausgewertet; ist er true, so wird die Anweisung so lange ausgeführt, bis der Bool sche Ausdruck false wird.

8 Block Ein Block. { statement1; statement2;... Die Statements in der geschweiften Klammer werden von links nach rechts nacheinander abgearbeitet.

9 Ausgabe Eine Anweisung zum Schreiben auf der Standardausgabe: System.out.println(...); System ist eine Klasse, die klassenbezogene Methoden zur Darstellung des Zustandes des Systems bereitstellt. out ist eine Klassenvariable der Klasse System, ihr Inhalt ist der Standardausgabestrom. Die Methode println wird also auf das klassenbezogene Datenfeld out angewendet es wird ein String mit abschließendem Zeilenvorschub auf dem Standardausgabestrom ausgegeben.

10 leere Anweisung Die leere Anweisung. ; Es geschieht nichts.

11 Arrays Die Deklaration eines eindimensionalen Feldes (Arrays) mit sofortiger Initialisierung: int[] array = new int[3]; deklariert ein Feld namens array, erzeugt ein Feld mit drei int-komponenten und weist dieses der Feldvariablen array zu. Beachte, dass die Dimension (3) einer Feldvariablen nicht bei der Deklaration (int[] array) angegeben wird, sondern nur bei der Erzeugung (new int[3]). Die erste Komponente eines Feldes hat den Index 0. Die Länge des Feldes kann aus dessen Datenfeld length ausgelesen werden (array.length).

12 Array: Zuweisung Die Zuweisung eines Wertes an die i-te Komponente eines Feldes, wobei 0 i array.length 1: array[i] = expression;

13 Programmargumente Alle weiteren Konstrukte haben eine offensichtliche Bedeutung, bis auf Integer.parseInt(argsIdent[expression])

14 Programmargumente Betrachten wir hierfür noch einmal die main-methode: Sie hat als Parameter ein Feld von Zeichenketten. Diese Zeichenketten sind die Programmargumente und werden normalerweise vom Anwender beim Programmaufruf eingegeben. class Echo { public static void main(string[] args) { int i = 0; while(i < args.length) { System.out.println(args[i]); i = i+1;

15 Programmargumente Betrachten wir hierfür noch einmal die main-methode: Sie hat als Parameter ein Feld von Zeichenketten. Diese Zeichenketten sind die Programmargumente und werden normalerweise vom Anwender beim Programmaufruf eingegeben. class Echo { public static void main(string[] args) { int i = 0; while(i < args.length) { System.out.println(args[i]); i = i+1; > java Echo

16 Typkonvertierung Um eine Zeichenkette in eine ganze Zahl zu konvertieren, wird die Klassenmethode parseint der Klasse Integer mit dieser Zeichenkette als Argument aufgerufen. Sie liefert die entsprechende ganze Zahl als Ergebnis zurück bzw. meldet einen Fehler, falls die Zeichenkette keine ganze Zahl dargestellt hat. class BadAddOne { public static void main(string[] args) { int i = 0; while(i < args.length) { int wert = args[i]; wert = wert+1; System.out.println(wert); i = i+1;

17 Typkonvertierung Um eine Zeichenkette in eine ganze Zahl zu konvertieren, wird die Klassenmethode parseint der Klasse Integer mit dieser Zeichenkette als Argument aufgerufen. Sie liefert die entsprechende ganze Zahl als Ergebnis zurück bzw. meldet einen Fehler, falls die Zeichenkette keine ganze Zahl dargestellt hat. class BadAddOne { public static void main(string[] args) { int i = 0; while(i < args.length) { int wert = args[i]; wert = wert+1; System.out.println(wert); i = i+1; > javac BadAddOne.java BadAddOne.java:6: Incompatible type for declaration. Can t convert java.lang.string to int. int wert = args[i];

18 Typkonvertierung Stattdessen muss eine explizite Typkonvertierung stattfinden: class AddOne { public static void main(string[] args) { int i = 0; while(i < args.length) { int wert = Integer.parseInt(args[i]); wert = wert+1; System.out.println(wert); i = i+1;

19 Typkonvertierung Stattdessen muss eine explizite Typkonvertierung stattfinden: class AddOne { public static void main(string[] args) { int i = 0; while(i < args.length) { int wert = Integer.parseInt(args[i]); wert = wert+1; System.out.println(wert); i = i+1; > java AddOne

20 Von Mini-Java zu Java Jedes Mini-Java Programm ist ein Java Programm. In diesem Abschnitt werden die Datentypen und imperativen Konstrukte von Java erläutert, die nicht bereits in Mini-Java vorhanden sind.

21 Unicode Java, als Sprache für das World Wide Web, benutzt einen 16-Bit Zeichensatz, genannt Unicode. Die ersten 256 Zeichen von Unicode sind identisch mit dem 8-Bit Zeichensatz Latin-1, wobei wiederum die ersten 128 Zeichen von Latin-1 mit dem 7-Bit ASCII Zeichensatz übereinstimmen.

22 Elementare Datentypen und deren Literale 0x1D (Hexadezimaldarstellung wegen führendem 0x) ode Typ boolean true und false Typ int 29 (Dezimalzahl) oder 035 (Oktaldarstellung wegen führender 0) oder 0X1d (Hexadezimaldarstellung wegen führendem 0X) Typ long 29L (wegen angehängtem l oder L) Typ short short i = 29; (Zuweisung, es gibt kein short-literal) Typ byte byte i = 29; (Zuweisung, es gibt kein byte-literal) Typ double 18.0 oder 18. oder 1.8e1 oder.18e2 Typ float 18.0f (wegen angehängtem f oder F) Typ char Q, \u0022, \u0b87 Typ String "Hallo (String ist kein elementarer Datentyp)

23 Initialbelegungen Während ihrer Deklaration kann eine Variable wie in Mini-Java initialisiert werden. final double PI = ; float radius = 1.0f;

24 Initialbelegungen Sind für Datenfelder einer Klasse keine Anfangswerte angegeben, so belegt Java sie mit voreingestellten Anfangswerten, abhängig vom Typ des Datenfeldes: Feld-Typ Anfangswert boolean false char \u0000 Ganzzahl (byte, short, int, long) 0 Gleitkommazahl +0.0f oder +0.0d andere Referenzen null

25 Lokale Variablen Lokale Variablen in einer Methode (oder einem Konstruktor oder einem klassenbezogenen Initialisierungsblock) werden von Java nicht mit einem Anfangswert initialisiert. Vor ihrer ersten Benutzung muss einer lokalen Variablen ein Wert zugewiesen werden (ein fehlender Anfangswert ist ein Fehler).

26 Kommentare // Kommentar bis zum Ende der Zeile /* Kommentar zwischen */

27 Kommentare // Kommentar bis zum Ende der Zeile /* Kommentar zwischen */ Achtung: /* */ können nicht geschachtelt werden! /* falsch /* geschachtelter Kommentar */ */

28 Bool sche Operatoren && logisches und logisches oder! logisches nicht

29 Bool sche Operatoren && logisches und logisches oder! logisches nicht Die Auswertung eines Bool schen Ausdrucks erfolgt von links nach rechts, bis der Wert eindeutig feststeht. Folgender Ausdruck ist deshalb robust: if(index>=0 && index<array.length && array[index]!=0)...

30 Bitoperatoren Die Bitoperatoren & (und) und (oder) sind definiert durch: & int-zahlen werden durch diese Operatoren bitweise behandelt.

31 Bitoperatoren Die Bitoperatoren & (und) und (oder) sind definiert durch: & int-zahlen werden durch diese Operatoren bitweise behandelt. Es seien x und y folgendermaßen gewählt: x = 60 (in Binärdarstellung ) und y = 15 (binär: ). In diesem Fall ist x&y = 12 und x y = 63: x & y (60) & (15) (12) x y (60) (15) (63)

32 Inkrement und Dekrement Man kann den Wert einer Variablen x (nicht den eines Ausdrucks) durch den Operator ++ um 1 erhöhen bzw. durch -- um 1 erniedrigen. Es gibt Präfix- und Postfixschreibweisen, die unterschiedliche Wirkungen haben: Präfixschreibweise: der Wert wird zuerst modifiziert und danach der veränderte Wert zurückgeliefert Postfixschreibweise: der Wert der Variablen wird zuerst zurückgeliefert, dann wird sie modifiziert

33 int i = 10; int j = i++; System.out.println(j); > 10 int i = 10; int j = ++i; System.out.println(j); > 11 Der Ausdruck i++ ist gleichbedeutend mit i = i+1, jedoch wird i nur einmal ausgewertet!

34 (A) arr[where()]++; Die Methode where() wird einmal aufgerufen.

35 (A) arr[where()]++; Die Methode where() wird einmal aufgerufen. (B) arr[where()] = arr[where()]+1; Hierbei wird die Methode where() jedoch zweimal aufgerufen.

36 Seiteneffekte Seiteneffekte können hier sogar das Ergebnis beeinflussen: In dem Kontext arr[0] = 0; arr[1] = 1; arr[2] = 2; und private static int zaehler = 0; private static int where() { zaehler = zaehler+1; return zaehler;

37 Seiteneffekte Seiteneffekte können hier sogar das Ergebnis beeinflussen: In dem Kontext arr[0] = 0; arr[1] = 1; arr[2] = 2; und private static int zaehler = 0; private static int where() { zaehler = zaehler+1; return zaehler; (A) arr[where()]++;

38 Seiteneffekte Seiteneffekte können hier sogar das Ergebnis beeinflussen: In dem Kontext arr[0] = 0; arr[1] = 1; arr[2] = 2; und private static int zaehler = 0; private static int where() { zaehler = zaehler+1; return zaehler; (A) arr[where()]++; liefert arr[1] = 2

39 Seiteneffekte Seiteneffekte können hier sogar das Ergebnis beeinflussen: In dem Kontext arr[0] = 0; arr[1] = 1; arr[2] = 2; und private static int zaehler = 0; private static int where() { zaehler = zaehler+1; return zaehler; (A) arr[where()]++; liefert arr[1] = 2 (B) arr[where()] = arr[where()]+1;

40 Seiteneffekte Seiteneffekte können hier sogar das Ergebnis beeinflussen: In dem Kontext arr[0] = 0; arr[1] = 1; arr[2] = 2; und private static int zaehler = 0; private static int where() { zaehler = zaehler+1; return zaehler; (A) arr[where()]++; liefert arr[1] = 2 (B) arr[where()] = arr[where()]+1; liefert arr[1] = 3

41 Zuweisungsoperatoren i += 2; ist gleichbedeutend mit i = i+2; außer, dass der Ausdruck auf der linken Seite von i += 2; nur einmal ausgewertet wird (vgl. Inkrement und Dekrement). Entsprechend sind -=, *=, /=, &= und = definiert.

42 Die nichtabweisende Schleife Zusätzlich zur abweisenden Schleife gibt es eine nichtabweisende Schleife in Java: do statement while(condition); Die condition wird erst nach der Ausführung von statement ausgewertet. Solange sie true ist, wird statement wiederholt.

43 for-schleife for(init-statement; condition; increment-statement) statement

44 for-schleife for(init-statement; condition; increment-statement) statement ist gleichbedeutend mit: { init-statement while(condition) { statement increment-statement

45 Übliche Verwendung der for-schleife: for(int i=0; i<=10; i++) { System.out.println(i); Der Gültigkeitsbereich der (Lauf-)Variablen i beschränkt sich auf die for-schleife!

46 Übliche Verwendung der for-schleife: for(int i=0; i<=10; i++) { System.out.println(i); Der Gültigkeitsbereich der (Lauf-)Variablen i beschränkt sich auf die for-schleife! (So nicht!) int i = 0; for(int i=0; i<=10; i++) { System.out.println(i); ist jedoch nicht möglich, da die Variable i vorher schon deklariert wurde.

47 Die Initialisierungs- bzw. Inkrementanweisung einer for-schleife kann eine durch Kommata getrennte Liste von Ausdrücken sein. Diese werden von links nach rechts ausgewertet. (Arnold & Gosling [1], S. 144) public static int zehnerpotenz(int wert) { int exp, v; for(exp=0,v=wert; v>0; exp++, v/=10) ; // leere Anweisung return exp-1;

48 Alle Ausdrücke dürfen auch leer sein; dies ergibt eine Endlosschleife: for(;;) { System.out.println("Hallo");

49 if-then-else Anweisung if(condition) statement1 else statement2

50 If-else-Zuordnung (Arnold & Gosling [1], S. 139) public double positivesumme(double[] werte) { double sum = 0.0; if(werte.length > 1) for(int i=0; i<werte.length; i++) if(werte[i] > 0) sum += werte[i]; else // hoppla! sum = werte[0]; return sum;

51 public double positivesumme(double[] werte) { double sum = 0.0; if(werte.length > 1) for(int i=0; i<werte.length; i++) if(werte[i] > 0) sum += werte[i]; else // hoppla! sum = werte[0]; return sum;

52 public double positivesumme(double[] werte) { double sum = 0.0; if(werte.length > 1) { for(int i=0; i<werte.length; i++) if(werte[i] > 0) sum += werte[i]; else { sum = werte[0]; return sum;

53 Mehrdimensionale Felder public class Array2Dim { public static void main(string[] args) { int[][] feld = new int[3][3]; //Weise feld[i][j] den Wert (i+1)*10+j zu for(int i=0; i<feld.length; i++) { for(int j=0; j<feld[i].length; j++) { feld[i][j] = (i+1)*10+j; System.out.print(feld[i][j]+" "); System.out.println();

54 Mehrdimensionale Felder public class Array2Dim { public static void main(string[] args) { int[][] feld = new int[3][3]; //Weise feld[i][j] den Wert (i+1)*10+j zu for(int i=0; i<feld.length; i++) { for(int j=0; j<feld[i].length; j++) { feld[i][j] = (i+1)*10+j; System.out.print(feld[i][j]+" "); System.out.println(); > java Array2Dim

55 Größe mehrdimensionaler Felder Da Felder in Java dynamisch sind, kann bei mehrdimensionalen Feldern jedes verschachtelte Feld eine andere Größe aufweisen. public class DemoArray { public static void main(string[] args) { int[][] feld = new int[3][]; for(int i=0; i<feld.length; i++) { feld[i] = new int[i+1]; for(int j=0; j<feld[i].length; j++) { feld[i][j] = (i+1)*10+j; System.out.print(feld[i][j]+" "); System.out.println();

56 Größe mehrdimensionaler Felder Da Felder in Java dynamisch sind, kann bei mehrdimensionalen Feldern jedes verschachtelte Feld eine andere Größe aufweisen. public class DemoArray { public static void main(string[] args) { int[][] feld = new int[3][]; for(int i=0; i<feld.length; i++) { feld[i] = new int[i+1]; for(int j=0; j<feld[i].length; j++) { feld[i][j] = (i+1)*10+j; System.out.print(feld[i][j]+" "); System.out.println(); > java DemoArray

57 Intitialisierung von Feldern Felder können bei ihrer Deklaration sofort initialisiert werden: public class DemoFeldInitial { public static void main(string[] args) { int[][] feld = {{1,2,3,{4,5,{7,8,9,10; //Ausgabe des Feldes for(int i=0; i<feld.length; i++) { for(int j=0; j<feld[i].length; j++) System.out.print(feld[i][j]+" "); System.out.println();

58 Intitialisierung von Feldern Felder können bei ihrer Deklaration sofort initialisiert werden: public class DemoFeldInitial { public static void main(string[] args) { int[][] feld = {{1,2,3,{4,5,{7,8,9,10; //Ausgabe des Feldes for(int i=0; i<feld.length; i++) { for(int j=0; j<feld[i].length; j++) System.out.print(feld[i][j]+" "); System.out.println(); > java DemoFeldInitial

59 switch-anweisung switch(expression) { case const1: statement1 break; case const2: statement2 break;... default: statement

60 switch-anweisung: break public class DemoFuerSwitch { public static void main (String[] args) { for(int i=0; i<=10; i++) switch(i) { case 1: case 2: System.out.println(i+" Fall 1,2"); // -> c3 case 3: System.out.println(i+" Fall 3"); // -> c7 case 7: System.out.println(i+" Fall 7"); break; default: System.out.println(i+" sonst");

61 switch-anweisung: break public class DemoFuerSwitch { public static void main (String[] args) { for(int i=0; i<=10; i++) switch(i) { case 1: case 2: System.out.println(i+" Fall 1,2"); // -> c3 case 3: System.out.println(i+" Fall 3"); // -> c7 case 7: System.out.println(i+" Fall 7"); break; default: System.out.println(i+" sonst"); > java DemoFuerSwitch 0 sonst 1 Fall 1,2 1 Fall 3 1 Fall 7 2 Fall 1,2 2 Fall 3 2 Fall 7 3 Fall 3 3 Fall 7 4 sonst 5 sonst 6 sonst 7 Fall 7 8 sonst 9 sonst 10 sonst >

62 K. Arnold, J. Gosling: Java TM - Die Programmiersprache. Addison-Wesley, T.H. Cormen, C.E. Leierson, R.L. Rivest: Introduction to Algorithms. MIT Press, D. Flanagan: Java in a Nutshell. O Reilly & Associates Inc., F. Jobst: Programmieren in Java. Hanser Verlag, H. Klaeren: Vom Problem zum Programm. 2.Auflage, B.G. Teubner Verlag, K. Echtle, M. Goedicke: Lehrbuch der Programmierung mit Java. dpunkt-verlag, 2000.