Programmieren I. Strings und Wrapperklassen Heusch 7.3 Ratz Institut für Angewandte Informatik

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1 Programmieren I Strings und Wrapperklassen Heusch 7.3 Ratz KIT Die Forschungsuniversität in der Helmholtz-Gemeinschaft

2 Die Klasse String Für Zeichenketten gibt es in Java die Klasse String String ist kein primitiver Datentyp sondern eine Klasse. Die Klasse String besitzt Methoden zum Arbeiten mit Zeichenketten. Die Klasse String ist final; keine Unterklassen ableitbar. Sonderform für die Erzeugung von Objekten: Objekte müssen nicht mit new erzeugt werden (können aber). Zeichenketten bestehen aus Unicode-Zeichen. Im Quellprogramm werden Zeichenketten (Literale) in doppelte Anführungszeichen " eingeschlossen. Die leere Zeichenkette "" hat die Länge 0. Inhalt und Länge eines Strings sind immer konstant. Es gibt keine Setter-Methoden zum Ändern der gespeicherten Zeichenkette. Daher werden String-Objekte auch immutable (unveränderbar) bezeichnet. Bei Zuweisung einer neuen Zeichenkette an eine String-Variable wird ein neues String-Objekt erzeugt und das alte freigegeben, falls keine weitere Referenz auf das String-Objekt existiert. 2 W. Geiger, W. Süß, T. Schlachter, C. Schmitt

3 String-Objekte, Beispiele Deklaration von String-Variablen und Erzeugung von Strings: String identifier; identifier = "Text"; String identifier = "Text"; String identifier = new String("Text"); Zuweisung einer neuen Zeichenkette: String s = "Good bye";... s = "Auf Wiedersehen"; s Good bye s Good bye Auf Wiedersehen 3 W. Geiger, W. Süß, T. Schlachter, C. Schmitt

4 Ausgabe von Strings, Zeilenumbrüche Ausgabe von Zeilenumbruch: Wenn in einem String die Zeichenfolge (Escape-Sequenz) "\n" vorkommt, wird bei der Ausgabe des Strings ein Zeilenumbruch erzeugt. Strings können außer mit System.out.print und System.out.println auch formatiert mit Hilfe von System.out.printf ausgegeben werden. Formatspezifizierer für die format. Ausgabe von Strings: %s Beispiel für die formatierte Ausgabe mit printf: String text = "rectangle"; int i = 4; System.out.printf("A %s has %d corners.\n", text, i); // statt \n auch %n möglich Ausgabe A rectangle has 4 corners. 4 W. Geiger, W. Süß, T. Schlachter, C. Schmitt

5 Eingabe von Strings Für das Einlesen von Strings mit der Klasse java.util.scanner (vgl. Kapitel Primitive Datentypen ) hat diese Klasse die Methoden: String next() Liest die Zeichenfolge bis zum nächsten Trennzeichen (Leerzeichen, Tabulator, Zeilentrenner) ein (ein Token). String nextline() Liest die Zeichenfolge bis zum nächsten Zeilentrenner ein. Beispiel für das Einlesen eines Token von der Standardeingabe: java.util.scanner scan = new java.util.scanner(system.in); String s = scan.next(); // Einlesen des nächsten String-Tokens 5 W. Geiger, W. Süß, T. Schlachter, C. Schmitt

6 Strings verketten String s1 = "Develop"; String s2 = "ment"; String s = s1 + s2; s1 s2 Develop ment s1 s2 Develop Inhalte kopieren ment s Development String s1 = "Develop"; String s2 = "ment"; s1 = s1 + s2; // oder: s1 += s2; s1 s2 Develop ment s1 s2 Develop Inhalte kopieren ment Development Develop wird vom GarbageCollector eingesammelt, sofern keine andere Referenz darauf besteht. 6 W. Geiger, W. Süß, T. Schlachter, C. Schmitt

7 Strings vergleichen: Interne Verwaltung von Strings Man muss unterscheiden: Strings, deren Inhalt bereits beim Compilieren feststeht (d.h. String-Literale im Quellprogramm, wie z.b. das String- Literal in String s="hallo";): werden nur einmal erzeugt und in einem String-Pool abgelegt; existieren während des Compilierens weitere Strings mit dem gleichen Inhalt, verweisen alle auf dasselbe String-Objekt, d.h. im Beispiel alle auf dieselbe interne Zeichenkette "Hallo". Strings, die dynamisch, d.h. erst zur Laufzeit eines Programms, gebildet werden: Für diese erzeugt Java immer ein neues, separates String- Objekt. 7 W. Geiger, W. Süß, T. Schlachter, C. Schmitt

8 Strings inhaltlich vergleichen Für den inhaltlichen Vergleich von Strings gibt es in der Klasse String die Instanzmethoden: boolean equals(object o) Vergleicht den Inhalt des betreffenden String-Objekts mit dem Objekt o. Die Zeichenketten selbst werden verglichen, und als Ergebnis wird true oder false geliefert. boolean equalsignorecase(string s) Überprüft diesen String auf inhaltliche Gleichheit mit dem String s im Parameter, ignoriert dabei aber die Groß-/Kleinschreibung. Beispiel: String s1 = "text"; String s2 = new String("Text"); System.out.println(s1.equals(s2)); System.out.println(s1.equalsIgnoreCase(s2)); Ausgabe false true 8 W. Geiger, W. Süß, T. Schlachter, C. Schmitt

9 Strings lexikografisch vergleichen int compareto(string s) Vergleicht Strings lexikografisch. Der Rückgabewerte ist 0 (bei Gleichheit) oder entsprechend der alphabetischen Ordnung im Unicode kleiner 0 (wenn betr. Objekt < s) oder größer 0 (sonst). Beispiel: String s1 = "text"; String s2 = new String("Text"); System.out.println(s2.compareTo(s1)); System.out.println(s1.compareTo(s2)); Ausgabe 9 W. Geiger, W. Süß, T. Schlachter, C. Schmitt

10 Strings mit Operator == vergleichen Vorsicht: Beim String-Vergleich mit dem Operator == werden Referenzen verglichen. Dabei kann es auch bei inhaltlicher Gleichheit der Objekte unterschiedliche Ergebnisse geben: Beim Vergleich von zwei gleichen String-Literalen liefert == das Ergebnis true, da es sich um Referenzen auf dasselbe String- Objekt im String-Pool handelt. Wurden ein oder beide Strings im Programm dynamisch erzeugt, liefert der Vergleich auch bei gleichem Inhalt der Objekte den Wert false, da es sich um verschiedene String-Objekte handelt. Beispiel: String s1 = "Text"; String s2 = "Text"; String s3 = new String("Text"); String s4 = new String("Text"); System.out.println(s1==s2); System.out.println(s2==s3); System.out.println(s3==s4); Ausgabe true false false 10 W. Geiger, W. Süß, T. Schlachter, C. Schmitt

11 Teile von Strings vergleichen boolean contains(charsequence s) Überprüft, ob die Zeichenfolge s im beteffenden String enthalten ist. (CharSequence: String, StringBuffer, StringBuilder). Beispiel: String s1 = "text"; String s2 = new String("Text"); String s3 = new String("Context"); System.out.println(s3.contains(s1)); System.out.println(s3.contains(s2)); Ausgabe true false 11 W. Geiger, W. Süß, T. Schlachter, C. Schmitt

12 Weitere Methoden der Klasse String (1) char charat(int index) Liefert das Zeichen an der Position index. (index: 0... Stringlänge-1). char c = "abc".charat(1); // 'b' boolean endswith(string value) Überprüft, ob der String mit value endet. String s1 = "Text"; if ( s1.endswith("xt") ) {... } // true int indexof(string value) Liefert den (ersten) Index innerhalb des Strings, an dem die Zeichenkette value beginnt. Liefert -1, falls value nicht enthalten ist. String s = "Application"; int i = s.indexof("atio"); // liefert 6 12 W. Geiger, W. Süß, T. Schlachter, C. Schmitt

13 Weitere Methoden der Klasse String (2) int length() Liefert die Länge der Zeichenkette int len = s.length(); // 11 char[] tochararray() Wandelt diesen String um in ein neues char-array String substring(int i) String substring(int i, int i1) Liefert den Teil-String beginnend beim Index i bis zum Ende bzw. bis zu i1-1 String s2 = s.substring(2, 4); // nun ist s2="pl" String replace(char oldc, char newc) Ersetzt alle vorkommenden Zeichen oldc durch newc String s3 = s.replace('c', 'k'); // nun sind s="application" bzw. s3="applikation" String s = "Application"; 13 W. Geiger, W. Süß, T. Schlachter, C. Schmitt

14 Weitere Methoden der Klasse String (3) String replaceall(string regex, String replacement) Ersetzt alle Vorkommen von regex im String durch replacement. regex ist ein regulärer Ausdruck. Ein regulären Ausdruck beschreibt ein Muster; kann auch einfacher String sein. boolean matches(string regex) Ermittelt, ob d. String einem regulären Ausdruck regex entspricht. static String valueof(type var) Liefert die String-Darstellung des primitiven Datentyps bzw. Objekts static String format(string format, Object... args) Gibt einen formatierten String zurück, entsprechend dem Formatstring format und den Argumenten args. Für jeden Formatspezifizierer im Formatstring gibt es ein Argument args. 14 W. Geiger, W. Süß, T. Schlachter, C. Schmitt

15 Strings formatieren mit format Die Formatspezifizierer (Parameter für die Formatierung inkl. Umwandlungszeichen) sind dieselben wie bei printf (siehe Folien zu "Operatoren"). Beispiel: Aktuelles Datum formatieren und ausgeben GregorianCalendar date = new GregorianCalendar(); String s = String.format("Date: %04d,%02d,%02d", date.get(calendar.year), date.get(calendar.month) + 1, // month: 0 based date.get(calendar.day_of_month)); System.out.println(s); Ausgabe (für Silvester 2015) Date: 2016,12,31 15 W. Geiger, W. Süß, T. Schlachter, C. Schmitt

16 Strings formatieren mit Formatter-Klassen Datumsformatierungen sind noch einfacher mit der Klasse java.text.simpledateformat Angabe eines Musters ( Pattern ) für die Ausgabe des Datums SimpleDateFormat sdf = new SimpleDateFormat("YYYY,MM,dd"); Date date = new Date(); System.out.println("Date: " + sdf.format(date)); Ausgabe (für Silvester 2016) Date: 2016,12,31 YYYY MM dd Jahr, 4-stellig Monat, 2-stellig Tag im Monat, 2-stellig Dokumentation der möglichen Pattern-Bestandteile: Weitere Formatter-Klasse: java.text.decimalformat für die formatierte Ausgabe von Zahlen, bspw. um Tausender-Stellen mit. oder Leerzeichen abzuseparieren. 16 W. Geiger, W. Süß, T. Schlachter, C. Schmitt

17 Kleine Zwischenaufgabe Schreiben Sie eine Applikation StartParameterProcessor. Das Programm soll eine beliebige Anzahl von beim Start der Applikation angegebenen Parametern einlesen und in den Zeichenketten der Parameter die Umlaute sowie ß durch deren Ersatzdarstellung ersetzen ( ß durch ss, ä ae etc.). Anschließend soll es die Zeichenketten der Parameter in alphabetisch (lexikografisch) sortierter Reihenfolge ausgeben. Hinweise: Zur Parameterübergabe: Siehe Folien 29ff. in Klassen und Objekte, Die statische Methode main und ihr Parameter. Zum Sortieren: Der Vergleich soll mit der Methode compareto() vorgenommen werden. Implementieren Sie die Aufgabe ausschließlich mit in der Vorlesung bereits behandeltem Java-Stoff bzw. Klassen (keine Collections- Klassen / Klasse Arrays verwenden). 17 W. Geiger, W. Süß, T. Schlachter, C. Schmitt

18 Die Klasse StringBuffer Die Klasse String bietet keine Möglichkeit, die gespeicherte Zeichenkette nachträglich zu ändern. Ersetzt man z.b. Zeichen eines Strings, wird immer ein neues String-Objekt erzeugt. Die Klasse StringBuffer stellt einen Datentyp bereit, bei dem Zeichenketten verändert werden können. Die Speichergröße passt sich dabei dynamisch der zu speichernden Zeichenkette an. Eigenschaften der Klasse StringBuffer: Dient zur Verwaltung und Bearbeitung von veränderlichen Zeichenketten. Schnelligkeit: Faktor schneller als String aufgrund der Veränderbarkeit der Zeichenketten. Speicherplatz für das Objekt (Kapazität): mit Reserve, d.h. i.d.r. größer als für die aktuell gespeicherte Zeichenkette notwendig. 18 W. Geiger, W. Süß, T. Schlachter, C. Schmitt

19 Konstruktoren der Klasse StringBuffer, inkl. Konvertierung von/in Strings StringBuffer(); Erzeugt ein StringBuffer-Objekt mit einer leeren Zeichenkette und einer Kapazität von 16 Zeichen. StringBuffer(int length); Erzeugt einen StringBuffer-Objekt mit einer Anfangskapazität von length Zeichen. StringBuffer(String str); Erzeugt ein StringBuffer-Objekt, das die Zeichenkette von str enthält (und somit das String- in ein StringBuffer-Objekt konvertiert). Kapazität: (Länge von str) // Konvertierung String-Objekt -> StringBuffer-Objekt StringBuffer sb = new StringBuffer("Text"); // Konvertierung StringBuffer-Objekt -> String-Objekt String s = new String(sb); // "Text" String s = sb.tostring(); // "Text" (äquivalent) 19 W. Geiger, W. Süß, T. Schlachter, C. Schmitt

20 Methoden der Klasse StringBuffer (1) StringBuffer append(type value) value wird in eine Zeichenfolge gewandelt und an das bestehende StringBuffer-Objekt angehängt. StringBuffer s; s = new StringBuffer(); s.append("1 + 2 = "); s.append(1 + 2); System.out.println("s: " + s); // Ausgabe: s: = 3 StringBuffer insert(int index, type value) Fügt vor der Position index die String-Repräsentation des Parameters value ein. StringBuffer s = new StringBuffer(); s.append("1 + 2 = 3"); s.insert(0, "("); s.insert(6, ")"); // im Puffer: "(1 + 2) = 3" 20 W. Geiger, W. Süß, T. Schlachter, C. Schmitt

21 Methoden der Klasse StringBuffer (2) int length() Liefert die Länge der gespeicherten Zeichenkette. int capacity() Liefert aktuelle Kapazität d. Puffers (Länge d. Zeichenkette + Reserve) char charat(int index) Liefert das Zeichen mit dem betreffenden Index. void setcharat(int index, char c) Ändert das Zeichen mit dem betreffenden Index. String tostring() Liefert die String-Repräsentation des StringBuffer-Objekts StringBuffer replace(int start, int end, String str) Ersetzt die Teilzeichenkette des StringBuffer-Objekts von start bis end-1 durch die Zeichen von str. StringBuffer reverse() Bewirkt Ersetzung d. Zeichenfolge durch umgekehrte Zeichenfolge 21 W. Geiger, W. Süß, T. Schlachter, C. Schmitt

22 Die Klasse StringBuilder Im JDK 5 wurde die Klasse StringBuilder ergänzt. Diese Klasse entspricht in der Funktionsweise der Klasse StringBuffer. StringBuilder sind allerdings nicht synchronisiert. Das bedeutet, dass sie nicht für den gleichzeitigen Zugriff von mehreren Threads (gleichzeitig ausgeführte Programmmodule) geeignet sind. StringBuilder ist noch schneller als StringBuffer. Da gleichzeitig ablaufende Programmmodule nicht überwacht werden, ergeben sich in vielen Anwendungsfällen durch den Einsatz der Klasse StringBuilder nochmals Reduktionen der Ausführungszeit. 22 W. Geiger, W. Süß, T. Schlachter, C. Schmitt

23 Wrapper-Klassen Java stellt für jeden primitiven Datentyp eine so genannte Wrapper-Klasse (Hüll-Klasse) zur Verfügung. Grund: Viele Methoden in Java erfordern als Parameter einen Object-Typ. Primitive Datentypen sind aber keine Objekte. Die Wrapper-Klassen haben ein gekapseltes Attribut, das den Wert speichert. Sie besitzen Methoden, um den entsprechenden primitiven Datentyp in den jeweiligen Wrapper-Datentyp (oder in die String- Darstellung) zu konvertieren und umgekehrt. Wrapper-Klassen im package java.lang: Void Byte Short Integer Long Float Double Boolean Character Heusch 7.4 Ratz W. Geiger, W. Süß, T. Schlachter, C. Schmitt

24 Wrapper-Klassen Beispiel Integer Am Beispiel der Wrapper-Klasse Integer werden im Folgenden einige Konstruktoren und Methoden der Klassen vorgestellt. Für die Wrapper-Klassen der anderen primitiven Datentypen existieren ähnliche Methoden. Informationen hierzu findet man in der Java-Dokumentation (java.oracle.com). Konstruktoren der Wrapper-Klasse Integer: Mit new kann ein Objekt der Wrapper-Klasse erzeugt werden. Dazu stehen zwei Konstruktoren zur Verfügung. Integer(int value) Integer(String s) Der Wert des Integer-Objektes kann im Konstruktor als int oder als String angegeben werden. Der Konstruktor versucht, den String s in einen int-wert zu konvertieren. Ist dies nicht möglich tritt ein Laufzeitfehler ein (NumberFormatException). 24 W. Geiger, W. Süß, T. Schlachter, C. Schmitt

25 Methoden der Wrapper-Klasse Integer Methode int intvalue() String tostring() static int parseint(string s) static String tostring(int value) static Integer valueof(int value) static Integer valueof(string s) Beschreibung Diese Methode liefert den in der Instanz gespeicherten int-wert zurück. Liefert einen String zurück, der den gespeicherten Wert repräsentiert. Versucht den String s in einen int-wert zu konvertieren. Falls eine Konvertierung nicht möglich ist, wird eine NumberFormatException ausgelöst. Liefert einen String zurück, der den Wert von value repräsentiert. Erzeugt mit dem Wert von value ein Integer- Objekt und liefert dieses zurück. Versucht den String s in einen int-wert zu konvertieren, erzeugt mit diesem Wert ein Integer-Objekt und liefert dieses zurück. Falls eine Konvertierung nicht möglich ist, wird eine NumberFormatException ausgelöst. 25 W. Geiger, W. Süß, T. Schlachter, C. Schmitt

26 Beispiele Integer i1 = new Integer(10); // neues Integer-Objekt mit Wert 10 Integer i2 = new Integer("12"); // neues Integer-Objekt mit Wert 12 Integer i3 = Integer.valueOf("24"); // neues Integer-Objekt mit Wert 24 int i = i1.intvalue(); // liefert gespeicherten int-wert v. i1 int j = Integer.parseInt("35"); // konvertiet String nach int String s1 = i2.tostring(); // wandelt Wert von i2 in einen String String s2 = Integer.toString(74); // wandelt int-zahl in einen String Wrapperklassen-Objekte sind immutable (unveränderbar). Die Wrapper-Klassen bieten keine Methoden zum Ändern des gespeicherten Wertes (keine Setter-Methoden). 26 W. Geiger, W. Süß, T. Schlachter, C. Schmitt

27 Übersicht: Konvertierung zwischen verschiedenen Datentypen, am Beispiel von int / Integer / String int Integer.valueOf(int) Objektreferenz.intValue() Integer String Konstruktoren mit Typumwandlungen sind hier nicht aufgeführt. Bei Klassen-Methoden ist die Klasse angegeben. Bei Instanzmethoden wird über eine entspr. Objektreferenz aufgerufen. 27 W. Geiger, W. Süß, T. Schlachter, C. Schmitt

28 Beispiel: Einlesen von Zahlen als String und Konvertierung mit Wrapperklassen-Methoden public class InputWrapper { public static void main(string[] args) { // Erst String einlesen und diesen dann konvertieren java.util.scanner scan = new java.util.scanner(system.in); String input; System.out.print("Please enter an integer number: "); input = scan.next(); // Einlesen als String int i = Integer.parseInt(input); // Konvertierung in int System.out.print("Please enter a floating point number: "); input = scan.next(); // Einlesen als String double d = Double.parseDouble(input); // Konvertierung in double } } System.out.println("int: " + i); System.out.println("double: " + d); Bei der Konvertierung gibt es hier keine Lokalisierung (im Gegensatz zur Konvertierung mit Scanner-Methoden) Eingabe mit Dezimalpunkt 28 W. Geiger, W. Süß, T. Schlachter, C. Schmitt

29 Boxing / Unboxing / Autoboxing Die Konvertierung eines primitiven Datentyps in ein Objekt der entsprechenden Wrapper-Klasse wird Boxing genannt. Die Rückumwandlung in einen primitiven Datentyp heißt Unboxing. Ab Java 5 gibt es eine automatische Umwandlung (Autoboxing). Ab Java 1.5 Ausführliche Schreibweise Vereinfachte Schreibweise mit Autoboxing int i = 10; int i = 10; Boxing Integer j = Integer.valueOf(i); Integer j = i; Unboxing int k = j.intvalue(); int k = j; 29 W. Geiger, W. Süß, T. Schlachter, C. Schmitt