Einführung in die Programmierung Blockkurs Java

Transkript

1 Michael Bader Februar 2003

2 Dienstag Inhaltsübersicht Variablen: Membervariablen und lokale Variablen Referenzvariablen: Arrays und Objekte anlegen Definition von Funktionen: Methoden Konstruktoren Parameterübergabe

3 Membervariablen und lokale Variablen Java-Variablen gibt es in zwei Varianten: lokale Variablen gehören zu Funktionen Membervariablen gehören zu Objekten bzw. Klassen Beispiel: Membervariable eingabe, lokale Variable i public class HelloString extends Applet { String eingabe = "Hello World!"; public void paint(graphics g) { for(int i=0;i<5;i++) g.drawstring(eingabe,50,50+20*i);

4 Referenzvariablen Neben den einfachen Datentypen (int, float, etc.) kennt Java noch die sog. Referenztypen. Zu diesen gehören: alle Arten von Feldern (int[], float[][],... ) alle Objekttypen (String, Graphics,... ) Aus Effiziengründen enthalten diese Variablen nicht das Feld/Objekt selbst, sondern nur einen Verweis (Referenz) auf das Objekt. Sonderfall: null hat eine Referenz den Wert null, verweist sie auf kein Objekt

5 Objekte als Variablen Jede Java-Klasse definiert einen Objekttyp, von dem Variablen angelegt werden können. Beispiele: String eingabe; Graphics g; Applet app; HelloApplet world; Diese Definitionen erzeugen noch kein Objekt der entsprechenden Klasse! Objekte müssen explizit vom Programmierer erzeugt werden.

6 Objekte erzeugen und vernichten Objekte werden mit dem Befehl new erzeugt: String leer = new String(); Double pi = new Double( ); Die Parameter richten sich nach den definierten Konstruktoren Wie werden Objekte wieder gelöscht? vom Programierer gar nicht nicht mehr benötigte (zugreifbare) Objekte werden von Java automatisch gelöscht ( Garbage Collection )

7 Objekte erzeugen im Applet-Beispiel Beispiel: Applet mit Eingabefeld (TextField) public class EingabeApplet extends Applet { TextField einfeld; String eingabe; public void init() { einfeld = new TextField(10); eingabe = new String(); /* weitere Methoden, z.b. paint(...) */ Bemerkung: init() wird beim Starten des Applets aufgerufen

8 Feldvariablen Felder (analog zu Maple-Arrays) können von jedem Datentyp angelegt werden. Beispiele: char[] alphabet; String[] physikstudenten; Feldvariablen kann man bei der Definition mit einem Feld vorbelegen. Beispiele: int[] primes = {2,3,5,7,11,13,17,19,23,29,31; int[][] matrix = { {1,0,0, {0,1,0, {0,0,1 ;

9 Felder anlegen Dynamisch werden Felder mittels new angelegt: char[] alphabet = new char[26]; double[][] matrix = new double[10][10]; String[] physikstudenten = new String[200]; als Feldgröße darf ein beliebiger Ausdruck (Variable) eingesetzt werden zwei- oder mehrdimensionale Felder sind Felder von Feldern (von Feldern... ) die Feldgröße läßt sich über die Membervariable.length ermitteln, z.b. alphabet.length, matrix.length, insbes. matrix[2].length

10 Wie wird auf Felder zugegriffen Wie in Maple: alphabet[5], primes[3],... Beispielprogramm: public void paint(graphics g) { int[] primes = {2,3,5,7,11,13,17,19,23,29,31; for(int i=0;i<primes.length;i++) g.drawstring(i+"-te Primzahl ist "+primes[i],50,50+20*i); Nicht vergessen: Feldindizes beginnen bei 0 Feldgröße liefert Zahl der Elemente Java liefert Exception bei falschen Indizes

11 Felder sind Referenzvariablen Beispiel: int[] a = {1,2,3,4,5; int[] b = a; b[3] = 0; Welchen Wert enthält b[2]? Antwort: 3 (!!!) Welchen Wert enthält a[3]? Antwort: 0 (!!!) a und b sind Referenzen auf das selbe Feld Änderungen der Elemente von a wirken sich genauso auf b aus (und umgekehrt) gilt analog für alle Objektvariablen!

12 Methoden in Java Jede Java-Klasse besteht aus den Membervariablen und aus den Methoden, die auf diesen arbeiten. Jede Java-Methode ist Teil einer Klasse: Methoden modifizieren den Zustand (= die Variablen) eines Objekts Methoden geben Auskunft über den Zustand (= die Variablen) eines Objekts (private) Hilfsmethoden führen bestimmte Teilaufgaben aus es gibt keine lokalen Methoden wie in Maple

13 Methoden definieren Methodendefinitionen haben wir schon bei init() und paint() gesehen: public void paint(graphics g) { g.drawstring("hello World!"); Allgemeine Syntax: <public private...> typ <name>([parameterliste]) { <methodenrumpf>

14 Öffentliche und private Methoden/Variablen Java erlaubt verschiedene Einschränkungen bzgl. des Zugriffs auf die Variablen und Methoden eines Objekts, v.a.: public: auf öffentliche Variablen/Methoden darf von allen Klassen aus zugegriffen werden. private: auf private Variablen/Methoden darf nur innerhalb der eigene Klasse zugegriffen werden. protected: auf geschützte Variablen/Methoden darf nur von unterklassen aus zugegriffen werden (s. Vererbung). Kapselung von Daten, information hiding

15 Rückgabewerte von Funktionen wie Mapleprozeduren können auch Java-Methoden Werte liefern Typ des Rückgabewerts steht vor dem Funktionsnamen Funktionen ohne Rückgabewert: void Rückgabebefehl: return <expression>; (vgl. Maple) Beispiel: Matrixklasse public class Matrix { private double[][] elems; public double getelem(int i, int j) { return elems[i][j];

16 Objekte erzeugen mit Konstruktoren Konstruktoren sind Methoden die beim Anlegen von Objekten (mittels new) aufgerufen werden: sie haben keinen Rückgabewert und heißen wie ihre Klasse sie initialisieren Membervariablen sie legen dabei ggf. Unterobjekte oder Felder an Beispiel: Aufruf Matrix a = new Matrix(10); public class Matrix { private double[][] elems; public Matrix(int size) { elems = new double[size][size];

17 Automatisch angelegte Konstruktoren In den Applet-Beispielen haben wir keinen Konstruktor definiert. In diesem Fall gilt: Java erzeugt einen Default-Konstruktor Default-Konstruktor hat keine Parameter bei abgeleiteten Konstruktoren ruft der Default-Konstruktor den Konstruktor der Oberklasse auf Konstruktor der Oberklasse auch explizit aufrufbar: HelloApplet() { super(); // Aufruf immer zu Beginn des Konstruktors

18 Methoden überladen Definition: eine Methode heißt überladen, wenn in der selben Klasse gleichnamige Methoden mit unterschiedlicher Signatur existieren. unterschiedliche Implementierung Auswahl gemäß Art und Zahl der aktuellen Parameter Anwendung: Methoden, die gleiches oder sehr ähnliches Verhalten haben, aber unterschiedliche Parameter erfordern: z.b. java.io.printstream.println(...) Konstruktoren

19 Aufruf von (Objekt-)Methoden Syntax: <objekt>.<methode>(<parameter>); Beispiel: in HelloApplet public void paint(graphics g) { g.drawstring("hello World!",50,50); Beobachtungen: Aufruf immer objektbezogen: <objekt>.<methode>(...) in jeder Objektmethode definiert: this (referenziert Objekt, von dem der Aufruf ausgeht) Fall <objekt> = this: this. kann entfallen

20 Parameterübergabe call-by-value Bei jedem Methodenaufruf werden die Werte der aktuellen Parameter in die formalen Parameter übernommem. Die in Java verwendete Art der Parameterübergabe heißt call-by-value: zuerst werden die Ausdrücke (aktuellen Parameter) im Methodenaufruf ausgewertet die entsprechenden Werte werden den formalen Parametern zugewiesen mit Beendigung der Methode werden die formalen Parameter verworfen ändert man die formalen Parameter innerhalb einer Methode hat dies keinen Einfluss auf die aktuellen Parameter im Funktionsaufruf (auch wenn diese Variablen sind)

21 Parameterübergabe call-by-value Beispiel: int binom(int n, int k) { int nenner=1,zaehler=1; while (k>0) { zaehler *= n; n--; nenner *= k; k--; return zaehler/nenner; int foo() { int n=10,k=5; binom(n,k);

22 Parameterübergabe bei Referenztypen Bei Referenztypen (Felder und Objekte) enthalten Variablen lediglich eine Referenz auf das Objekt/Feld. Das Prinzip call-by-value gilt in diesem Fall für die Referenzen: zuerst werden die aktuellen Parameter im Aufruf ausgewertet (liefert Referenzen als Werte) die entsprechenden Werte werden den formalen Parametern zugewiesen formale und aktuelle Parameter verweisen auf das selbe Objekt ändert man das bezeichnete Objekt bleiben die Änderugen nach Ende des Aufrufs erhalten verbiegt man den formalen Parameter auf ein neues Objekt, bleibt die Referenz des aktuellen Parameters unberührt

23 Parameterübergabe bei Referenztypen (2) Beispiel: // Feld des aktuellen Parameters auf 0 setzen: void setzero1(double[] x) { for(int i=0;i<x.length;i++) x[i] = 0.0; // nur Feld des formalen Parameters auf 0 setzen: void setzero2(double[] x) { // Referenz "verbiegen": x = new double[x.length]; for(int i=0;i<x.length;i++) x[i] = 0.0;

24 Lokale Variablen Definition: Jede innerhalb einer Methode oder einer Blockanweisung deklarierte Variable heißt lokale Variable. Eigenschaften: eine lokal Variable ist nur innerhalb des Blocks definiert, in dem sie deklariert wurde (ebenso in allen Unterblöcken ) eine lokale Variable überschattet eine gleichnamige Variable (ebenso Parameter oder Membervariable) eines äußeren Blocks eine lokale Variable verliert ihre Gültigkeit sobald ihr Block beendet wird in rekursiven Methoden hat jeder Funktionsaufruf einen separaten Satz lokaler Variablen (ebenso Parameter)

25 Lokale Variablen Beispiel Einsatz in Konstruktoren: public class Complex { double real; double imag; public Complex(double real, double imag) { this.real = real; this.imag = imag; Die Membervariablen real und imag werden von den gleichnamigen Parametern überschattet Umweg über this Ziel: sprechende Parameternamen

26 Globale Variablen Java kennt keine globalen Variablen: Jede Variable ist entweder lokal oder Teil einer Klassendefinition. Ersatzkonstruktion: Klassen-Variablen (static) einer Klasse zugeordnet existiert während der gesammten Programmlaufzeit sofern public deklariert, global zugreifbar Beachte: Änderung des Wertes möglich bzw. erwünscht? read-only für andere Klassen private Klassenvariable mit öffentlicher Zugriffsmethode

27 Projekt: Ein einfacher Funktionsplotter Die Funktion f(x) := x 4 ( x + 5 ) ( x 5 ) 2 2 soll im Intervall [ 3, 3] gezeichnet werden. Benötigte Komponenten der Applet-Klasse: eine Funktion, die f(x) berechnet die Intitialisierungsmethode init, die einen Polygonzug vorbereitet, d.h.: alle x- und y-koordinaten der zu zeichnenden Punkte berechnet und in einem Feld speichert. die Zeichenmethode paint, die das resultierende Polygon mit Hilfe der Methode drawpolygon zeichnet.