Werkzeuge zur Programmentwicklung

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1 Werkzeuge zur Programmentwicklung B-15 Bibliothek Modulschnittstellen vorübersetzte Module Eingabe Editor Übersetzer (Compiler) Binder (Linker) Rechner mit Systemsoftware Quellmodul (Source) Zielmodul (Code) ausführbares Programm Ausgabe Eingabe Testhilfe (Debugger) integrierte Entwicklungsumgebung Ausgabe Vorlesung Informatik B SS 98 / Folie 15! " # ' ( ) * +, ( - ) ) 3 # 4 # 5 # 3 6!! 7

2 Ausführung von Java-Programmen B-16 Editor Java- Übersetzer Quellmodul m1.java m2.class Zielmodule in Java-Bytecode m1.class m3.class Java Modulbibliotheken auf Rechnern am Internet Internet Eingabe Browser Java-Bytecode Interpretierer Ausgabe Java-Bytecode ist maschinenunabhängig und wird von einem Interpretierer-Programm ausgeführt " 3 3 # 9 : # 4 # # 3 Vorlesung Informatik B SS 98 / Folie 16 ' 6 ; < # 9, # # 8 9 3, =!! : # #! " # ' ( ) * )! 9 > 9 #, 3 # ' 6 3 = 9 # < 4! " # 7! 3 9 A 3 3 # A 3 ; - ) B * ; * C D D *

3 Variable und Zuweisung B-17 Eine Variable ist ein Name im Programm für eine Stelle im Speicher, die einen Wert enthält. Eine Zuweisung bestimmt oder ändert den Wert einer Variablen. Variablendeklarationen binden Namen an neue Variable. Sie legen den Gültigkeitsbereich der Bindung und den Typ der Variablen statisch fest und bestimmen die Lebensdauer. (zu Gültigkeit und Lebensdauer siehe Vorlesung Nr. 4) Formen von Variablendeklarationen: Typ Name; Typ Name1, Name2,...; Typ Name = Initialwert; int year; double cdegree, fdegree; int msgno = 1; Zuweisungen: Informatik A Notation: Variable = Ausdruck; setze Variable = Ausdruck cdegree = 10.0; fdegree = cdegree * 9 / ; cdegree = cdegree + 10; Grundprinzip imperativer Sprachen: Der Programmzustand wird bestimmt durch eine Menge von Variablen mit ihren Werten. Zuweisungen im Programmablauf verändern den Zustand. 3! E F 3! 3 4 # 3 6 ( G 3! H! # 3! " # G =!! 6 3! 3 E F 3 ( - I J, ' ( + * J ;! # # ), + Vorlesung Informatik B SS 98 / Folie 17 G ( A 3 3 K! 6 E F 3, 3 E F 3 # 3 9, 3 ( # F 3 " *! 9 ; 3 L! # 7 G! 9 =!! 3 3 # 3! 3 3 # 3!, # F 3 F 7

4 Grundtypen B-18 ganze Zahlen: byte short int long Speicherumfang: bits Literale, z. B.: L (für long) Operatoren: + - (unär) + - (binär) * / % (modulo) Gleitpunktzahlen: float double Speicherumfang: bits Literale, z. B.: 14.5F 1.23E6 Operatoren: + - (unär) + - (binär) * / logische Werte: boolean Literale: true false Operatoren: & (and) ^ (xor) (or) && (Kurzauswertung) Zeichenwerte: char Literale, z. B.: '?' 'A' '\n' (weitere Typen später: Arrays, Objektreferenzen) Konversion: Wert eines Typs in einen entsprechenden Wert eines anderen Typs wandeln. Ausweitung (implizit): byte => short => int => long => float => double Verengung (explizit) durch Type-Cast, z. B.: float x = 1.1F; int i = (int) x; // Rundung Vorlesung Informatik B SS 98 / Folie # 3? 3 9 # ( # < 4! # 3 9, M 3 #!, N 4 # O 6 3 ; 3 4 3!! " # ' ( I * +, ( - J P ;! # # ), ) G ( A 3!! O 6 3, ; - ) P 3 4! 3 3 # 6 F * G! N 4 # < 4 N 4 # 3 9 ; - ) P 7

5 Syntax B-19 Kontext-freie Grammatik (KFG): formaler Kalkül zur präzisen Definition der - Menge syntaktisch korrekter Sätze einer Sprache, - Struktur dieser Sätze. Eine KFG besteht aus Beispiel: - Menge der Nichtterminale N Zuweisung, Variable, Ausdruck, Faktor, Term - Menge der Terminale T Bezeichner, Zahl, =, +, *, (, ), ; - Startsymbol S N Zuweisung - Menge der Produktionen P 1 Zuweisung ::= Variable = Ausdruck ; 2 Variable ::= Bezeichner 3 Ausdruck ::= Ausdruck + Faktor 4 Ausdruck ::= Faktor 5 Faktor ::= Faktor * Term 6 Faktor ::= Term 7 Term ::= ( Ausdruck ) 8 Term ::= Variable 9 Term ::= Zahl Anwendung der Produktionen erzeugt Ableitungsbäume: Das Startsymbol ist die Wurzel, die Blätter sind Terminale. Die Folge der Blätter von links nach rechts ist ein Satz der Sprache. Alle so erzeugbaren Sätze bilden die Sprachmenge der KFG. O K ( 3 A # 3! Q G! 3 # " 3 G F 3 # O K ( ; 3 4 3! ( - ) P, ) R, ) S Vorlesung Informatik B SS 98 / Folie 19 G 8 3 # 3 # 3 O K ( 3 # 3 * 3 > 3 9 # # 3!, T 3! A # # <! 3 # #! 7 G F 3 ; 3 4 3! U ; 3 9 U U E! U! T 3! # # 3 # 3 7

6 Beispiel für einen Ableitungsbaum B-20 Zuweisung Variable = Ausdruck ; Bezeichner a Ausdruck + Faktor Faktor Term Faktor Term * Term Variable Zahl 3 Variable Bezeichner c Bezeichner b Satz der Sprache: a = b * c + 3 ; Vorlesung Informatik B SS 98 / Folie 20! 3 # " # 3! G O # # G " 6 N 4 # F 3 ; - + V K A O K ( # 3 3 F 3 # N 4 # 3, Q "! W # *

7 KFG für Anweisungsformen aus Informatik A B-21 Algorithmus ::= Anweisung Anweisung ::= setze Variable = Ausdruck Anweisung ::= falls Bedingung : Anweisung sonst : Anweisung Anweisung ::= falls Bedingung : Anweisung Anweisung ::= wiederhole Anweisung bis Bedingung Anweisung ::= solange Bedingung wiederhole Anweisung Anweisung ::= Algorithmenname ( Parameter ) Anweisung ::= Anweisungen Anweisungen ::= Anweisungen Anweisung Anweisungen ::= Anweisung Die Grammatik beschreibt die Konventionen zu Zeilenwechseln und Einrückungen aus der informellen Notation nicht. Sie bestimmen aber in manchen Sätzen die Struktur! Die Grammatik ist deshalb mehrdeutig. Eine KFG ist mehrdeutig, wenn es zu mindestens einem Satz verschiedene Ableitungsbäume gibt. Beispiel: falls x < 0: setze x = -x falls x < 0: setze x = -x setze s = -1 setze s = -1? 3! 3 # # # 3 : # 3 G?! " # ( # 3 G 8 # 3 3 # 3 O K ( A 3 4 # : # 3 A ) S S P X S R, 9 3 # # + * +? " A 3 3 ( # 3 K # * Vorlesung Informatik B SS 98 / Folie 21

8 KFG für Anweisungsformen aus Informatik A in Java-Notation Algorithmus ::= Anweisung Anweisung ::= Variable = Ausdruck ; Anweisung ::= if ( Bedingung ) Anweisung else Anweisung Anweisung ::= if ( Bedingung ) Anweisung die beiden if-produktionen sind mehrdeutig! Anweisung ::= do Anweisung while ( Bedingung ) ; iterieren solange Bedingung erfüllt ist! Anweisung ::= while ( Bedingung ) Anweisung Anweisung ::= Algorithmenname ( Parameter ) Anweisung ::= { Anweisungen } Anweisungen ::= Anweisungen Anweisung Anweisungen ::= Anweisung Die Grammatik ist stark vereinfacht gegenüber der Java-Grammatik. Beispiel: while (a!= b) { if (a > b) a = a - b; else b = b - a; } B-22 Vorlesung Informatik B SS 98 / Folie 22 : # 3 > # # 3 ' 6 # G Y # 9 3 G ; 3 4 3! ' ( I * I, J * J, B * ), B * +! 3 # : # 3 3 ' Z ;! # # +, + [

9 Ausschnitt aus der Java-Grammatik B-23 \ ] ^ _ ` a b ^ c d e f g h ` _ b i g a ` j k l l c l m n o l _ \ p \ q \ e f ] \ f l j r l s d t s \ k d b e g u v v d ^ b e w x l ^ c l i g y z z { g j l d k l } Vorlesung Informatik B SS 98 / Folie 23? ' 6 - ( # 3 Z ) B A 3 # [?! " # ' * (! 3, ; * ' <, ( * A #! ~ T ' 6 M A # 3, 3 -! <, ) S S A 3 # J I I - J B J ;! # # +, )