Strukturierung von Programmen. Strukturierung von Programmen. Parameterlose Methoden. Blöcke

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1 Strukturierung von Programmen Programme sind im Allgemeinen viel zu groß um in einem einzigen Stück geschrieben zu Damit mehrere Programmierer gleichzeitig an einem Programm arbeiten können ist die Zerlegung eines Programms notwendig Zerlegung in kleinere Anweisungsfolgen, die logisch zusammengehören und Teilaufgaben erledigen Aufteilung in logische Einheiten erleichtert die Programm-Entwicklung und Wartung Einzelne Anweisungsfolgen erhalten Namen und können dann beliebig oft unter diesem Namen (evtl. sogar in anderen Programmen) verwendet Strukturierung von Programmen Ein gutes Programm teilt ein Problem in die richtigen Teile (Teilprobleme) auf Richtige Aufteilung erfordert Erfahrung Es gibt kein Kochrezept dafür!!! Java bietet verschiedene Möglichkeiten um ein Programm in kleinere Teile aufzuteilen Blöcke Klassen Methoden Pakete Im Folgenden wir Blöcke und Methoden näher betrachten Pakete und Klassen später (Programmieren 2) FH-Wiesbaden --- Medieninformatik --- WS 08/ Prof. Dr. Ulrich Schwanecke FH-Wiesbaden --- Medieninformatik --- WS 08/ Prof. Dr. Ulrich Schwanecke 2 Blöcke Parameterlose Methoden Eine Folge von Anweisungen kann zu einem Block zusammengefasst Dazu die Anweisungen in geschweiften Klammern eingeschlossen Alle Anweisungen eines Blocks zusammen gelten als eine Anweisung Ein Block kann Variablendeklararationen enthalten Variablen die in einem Block deklariert wurden sind nur innerhalb gültig und sichtbar (Lokale) Variablen dürfen sich nicht gegenseitig verdecken Schon existierende Variablen dürfen nicht neu deklariert // Variablen in Bloecken int n = 10; int x = 1, y = 2; if(x<y) int n =20; int m = x; x = y; y = m; m = 3; // O.K. //leerer Block // Fehler Dublicate local variable n // Fehler m cannot be resolved int m=10; System.out.println(m); Einfachste Form einer Methode (Funktion) Ein Block der mehrfach verwendet soll Ein Block (Anweisungsfolge) erhält einen Namen Er wird als Methode deklariert Anschließend kann er beliebig oft unter seinem Namen aufgerufen Aufruf des Namens anstatt Copy and Paste Logische Einheiten bekommen einen Namen Der Block (die Methode) kann einen Ergebnis-Wert liefern static void printinfo() String i = Kalender.\n ; i += Berechnet zu einem Datum ; i += den Wochentag. ; System.out.println(i); static int eingabe() String s = ""; try s = new java.io.bufferedreader( new java.io.inputstreamreader( System.in)).readLine(); catch (java.io.ioexception e) return java.lang.integer.parseint(s); printinfo(); int i= eingabe(); FH-Wiesbaden --- Medieninformatik --- WS 08/ Prof. Dr. Ulrich Schwanecke FH-Wiesbaden --- Medieninformatik --- WS 08/ Prof. Dr. Ulrich Schwanecke 4

2 Deklaration einer Methode Namenskonvention für Methoden Deklaration einer Methode besteht aus Methoden-Kopf (header) Methoden-Rumpf (body) Kopf (header) Name der Methode und aller vorhandenen Parameter Schlüsselwort bestimmen Eigenschaften der Methode void besagt, dass die Methode keinen Wert zurückliefert static gibt an, dass die Methode statisch aufgerufen wird Rumpf (body) Block mit Deklarationen und Anweisungen Methoden-Kopf static void printinfo() String i = Kalender.\n ; i += Berechnet zu einem Datum ; i += den Wochentag. ; System.out.println(i); Methoden-Rumpf Methoden können beliebige Namen haben Gleiche Einschränkungen wie bei Variablen-Namen Empfehlungen Der Name einer Methode sollte ausdrücken, was die Methode macht Methodenname sollte mit einem Verb beginnen Methodenname sollten klein geschrieben Besteht ein Methodenname aus mehreren Worten, sollten die Folgeworte mit einem Großbuchstaben anfangen Besser als static int X(); static int Eingabe(); static int funktionzureingabe(); static int inputinteger() String s = ""; try s = new java.io.bufferedreader( new java.io.inputstreamreader( System.in)).readLine(); catch (java.io.ioexception e) return java.lang.integer.parseint(s); FH-Wiesbaden --- Medieninformatik --- WS 08/ Prof. Dr. Ulrich Schwanecke FH-Wiesbaden --- Medieninformatik --- WS 08/ Prof. Dr. Ulrich Schwanecke 6 Einbinden von Methoden Methoden mit Parametern Methoden-Deklaration An beliebiger Stelle Innerhalb des Blocks class Ausserhalb der Methode main() Ein Programm kann beliebig viele Methoden haben Methoden können in anderen Methoden aufgerufen Aufgerufene Methoden können wiederum Methoden aufrufen, usw. static void m1() m2(); class Program printname(); // calls method printname(); // calls again static void printname() static void m2() m3(); String name = Anna ; System.out.println(name); static void m3() Parameter sind Werte die an eine Methode übergeben Parameter wie Variablendeklarationen zwischen die Parameterklammern des Methodenkopfes geschrieben Typendeklaration analog zu den Variablendeklarationen Parameterdeklarationen mittels Kommata getrennt (nicht mittels Semikolon) static void printmin(int x, int y) if(x<y) else printmin hat die beiden Parameter x und y Der Parameter x hat den Typ int y hat den Typ int FH-Wiesbaden --- Medieninformatik --- WS 08/ Prof. Dr. Ulrich Schwanecke FH-Wiesbaden --- Medieninformatik --- WS 08/ Prof. Dr. Ulrich Schwanecke 8

3 Schnittstelle (Methodenkopf) Formale Parametern Der Methodenkopf mit der Parameterliste definiert die Schnittstelle der Methode Bestimmt, wie die Methode benutzt wird Der Methodenkopf bestimmt, wieviele Parameter der Methode mitgegeben müssen von welchem Typ die Parameter sein müssen Durch Verwendung von Parametern kann ein und derselbe Programmcode einer Methode in verschiedenem Kontext benutzt class Program static void printmin(int x, int y) if(x<y) else Der Parameter x bekommt Wert 47 y bekommt Wert 11 printmin(47,11); int n=inputinteger(); printmin(17,4*n); Der Parameter x bekommt Wert 17 y bekommt Wert 4*n Werden bei Deklaration einer Methode angegeben Werden wie Variablen behandelt Sind also benannte Speicherzellen Sind lokal zur Methode, in der sie deklariert sind Sind nur in dieser Methode bekannt Können gleichen Namen haben wie außerhalb der Methode deklarierte Variablen Zugehörige Speicherstelle existiert nur solange die Methode ausgeführt wird Formale Parameter static void printmin( int x, int y ) if(x<y) else FH-Wiesbaden --- Medieninformatik --- WS 08/ Prof. Dr. Ulrich Schwanecke FH-Wiesbaden --- Medieninformatik --- WS 08/ Prof. Dr. Ulrich Schwanecke 10 Aktuelle Parametern Übergabe von Parametern Werden beim Aufruf der Methode übergeben Können beliebige Ausdrücke sein nicht nur einfache Variablen, sondern auch Arithmetische Ausdrücke Boolesche Ausdrücke Beim Aufruf einer Methode erfolgt die Übergabe der aktuellen an die formalen Parameter Von links nach rechts die Ausdrücke der aktuellen Parameter berechnet Die Werte der Ausdrücke den formalen Parametern zugewiesen Formale Parameter static void printmin( int x, int y ) if(x<y) else Aktuelle Parameter printmin( 47, 11 ); printmin( 17, 4*n ); Es gelten die gleichen Kompatibilitätsregeln wie bei der Zuweisung Zuweisung erzeugt im formalen Parameter eine Kopie des aktuellen Parameters Ändert eine Methode den Wert des formalen Parameters wird nur die Kopie geändert, nicht aber der aktuelle Parameter Was gibt nebenstehendes Beispiel aus? Innen: (4,3) Aussen: (3,4) printmin( 3.14, 314 ); static void swap(int a, int b) int t = a; a = b; b = t; String result = Innen: ( ; result += a +, + b + ) ; System.out.println(result); int a=3, b=4; swap(a,b); Typ- Fehler!!! String result = Aussen: ( ; result += a +, + b + ) ; System.out.println(result); FH-Wiesbaden --- Medieninformatik --- WS 08/ Prof. Dr. Ulrich Schwanecke FH-Wiesbaden --- Medieninformatik --- WS 08/ Prof. Dr. Ulrich Schwanecke 12

4 Variable Parameterlisten (Array) Variable Parameterlisten (Varargs) Anzahl der formalen Parameter legt die Anzahl der aktuellen Parameter fest Eine Funktion muss also immer mit der durch die formalen Parameter festgelegten Parameterzahl aufgerufen Eine Funktion, die unterschiedlich viele Parameter haben kann, lässt sich realisieren mit dem Mechanismus des Überladens von Methoden Aufwändig und erlaubt nicht wirklich beliebig viele Parameter mit Hilfe eines Arrays Unschön, da immer explizit ein Array aufgebaut muss ab Java 5.0 mit Hilfe der neuen Varargs-Syntax () class Rechner /* Variable Parameteranzahl mittels Array */ public static int sum(int[] v) int sum = 0; for (int e: v) sum+=e; return sum; /* Beim Aufruf von sum() muss explizit ein int-array aufgebaut. */ int s = sum(new int [] 1,2,3); System.out.print( Summe: ); System.out.println(s); Ab Version 5.0 kennt Java folgende neue Form der Syntax eines formalen Parameters methode(typ variable) Der Complier schreibt obige Zeile um in methode(typ[] variable) Jede Funktion kann nur einen Varags-Parameter enthalten Der Varargs-Parameter muss der letzte Parameter in der Liste der formalen Parameter sein class Rechner /* Variable Parameteranzahl mittels Varargs */ public static int sum(int v) int sum = 0; for (int e: v) sum+=e; return sum; // Natuerlicher Aufruf von sum() int s = sum(1,2,3); System.out.print( Summe: ); System.out.println(s); FH-Wiesbaden --- Medieninformatik --- WS 08/ Prof. Dr. Ulrich Schwanecke FH-Wiesbaden --- Medieninformatik --- WS 08/ Prof. Dr. Ulrich Schwanecke 14 Mehrere Methoden mit gleichem Namen Alle in einem Block deklarierten Variablen-Namen müssen verschieden sein Zwei verschiedene Methoden dürfen den gleichen Namen haben, wenn sich ihre Parameterlisten unterscheiden Unterschiedliche Anzahl von Parametern Gleiche Anzahl von Parametern, aber unterschiedliche Typen Kombination aus 1. und 2. Methoden mit gleichem Namen können sich also unterschiedlich Verhalten Methoden-Namen sollten immer den Zweck der Methode ausdrücken Mehrere Ausgabemethoden mit dem Namen print static void print(int i) FH-Wiesbaden --- Medieninformatik --- WS 08/ Prof. Dr. Ulrich Schwanecke 15 System.out.println( int: +i); static void print(float i) System.out.println( float: +i); static void print(int i, int w) System.out.println( int: +i); System.out.println( int: +w); Überladen von Methoden Ein Methoden-Name ist also mit mehreren Bedeutungen belegt Beim Aufruf der Methode wird die Methode gewählt, die zur aktuellen Parameterliste passt Wenn notwendig und möglich, implizite Typcasts Man sagt Der Methoden-Name ist überladen Die Methode ist überladen Methoden mit unterschiedlichen Parameterlisten, dürfen verschiedene Rückgabewerte haben Methoden mit gleichem Namen und Parametern dürfen keine unterschiedlichen Rückgabetypen haben Beispiele: print(3.14f); // calls print(float f) Ausgabe: float: 3.14 print(47); // calls print(int i) Ausgabe: int: 47 Beim Aufruf von print mit einer Variablen vom Typ short würde print(int i) gewählt (impliziter Typcast) static int print(int i) Nicht zulässig, da sich die Parameterliste nicht von static void print(int i) unterscheidet FH-Wiesbaden --- Medieninformatik --- WS 08/ Prof. Dr. Ulrich Schwanecke 16

5 Prozeduren und Funktionen Funktionen Methoden, die keinen Wert zurückliefern nennt man auch Prozeduren static void printmin(int x, int y) if(x<y) else Methoden, die einen Wert zurückliefern nennt man auch Funktionen static int min(int x, int y) if(x<y) return x; // Rueckgabewert nicht klammern. else return y; Bei Funktionen muss man den Typ des Ergebniswertes vor den Methodennamen schreiben Beispiele: Eine Funktion muss immer mit einer return-anweisung beendet Funktionen kommen oft als Operanden in einem Ausdruck vor void // Prozedur, kein Ergebnistyp boolean, int, // Funktion int res = 10+min(6,1); System.out.println( 10+min(6,1): +res); static int min(int x, int y, int z) return (int) Math.min(Math.min(x,y,),z); System.out.println( In min ); /* Nicht erreichbarer Code Compiler meldet Fehler!*/ FH-Wiesbaden --- Medieninformatik --- WS 08/ Prof. Dr. Ulrich Schwanecke 17 Eigenständiger Aufruf einer Funktion verwirft das Ergebnis min(6,1); // correct but no result Funktionen können nur einen einzigen Ergebniswert zurückliefern FH-Wiesbaden --- Medieninformatik --- WS 08/ Prof. Dr. Ulrich Schwanecke 18 Funktionen (Beispiel) Prozeduren mit return beenden Schreiben Sie eine Funktion, die den größten gemeinsamen Teiler (ggt) zweier ganzer Zahlen zurückgibt Ein Programm, das mit ihrer Funktion den ggt von 21 und 56 ausgibt class Program static int ggt(int x, int y) int r; do r = x%y; x = y; y = r; while (y!=0); return x; public static void main(string[] args) int x = 21, y=56; System.out.print( ggt( +x+, +y+ )= +ggt(x,y)); Prozeduren liefern keinen Wert zurück Prozeduren können mittels return beendet Prozedur wird dann vorzeitig beendet Da Prozeduren keinen Wert zurückgeben, muss return ohne Rückgabewert geschrieben /* check wether a number ist prime or not */ static void printifprime(int n) // not prime if(n>2 && n%2==0) return; for(int i=3; i*i<=n; i+=2) // not prime if(n%i==0) return; String res = n + is prime ; System.out.println(res); FH-Wiesbaden --- Medieninformatik --- WS 08/ Prof. Dr. Ulrich Schwanecke FH-Wiesbaden --- Medieninformatik --- WS 08/ Prof. Dr. Ulrich Schwanecke 20

6 Prozeduren (übersichtlich) beenden Prozeduren durch Funktionen ersetzen Prozeduren können (fast) immer so geschrieben, dass sie kein return benötigen Dies ist meist übersichtlicher /* check wether a number is prime or not (without return)*/ static void printifprime(int n) if(n<2 n%2!=0) // foor loop with empty body for(i=3; i*i<n && n%i!=0; i+=2); Die meisten Prozeduren lassen sich sinnvoll durch Funktionen ersetzen und sind dadurch universeller einsetzbar Beispiel static boolean isprime(int n) if(n>2 && n%2==0) return false; for(int i=3; i*i<=n, i+=2) if(n%i==0) return false; if(i*i>n) String res = n+ is prime. System.out.println(res); Aufruf return true; if(isprime(n)) System.out.println(n+ is prime ); FH-Wiesbaden --- Medieninformatik --- WS 08/ Prof. Dr. Ulrich Schwanecke FH-Wiesbaden --- Medieninformatik --- WS 08/ Prof. Dr. Ulrich Schwanecke 22 Einlesen von Daten im Programmfluss Kommandozeilenparameter Ein Java Programm kann von jeder Shell aus gestartet Die Endung java nicht mit angeben java ProgrammName Der Aufruf des Programms bewirkt, dass die Anweisungen der Methode main ausgeführt Wie können Programme Daten verarbeiten, die nicht direkt im Programmcode stehen? Es gibt zwei Möglichkeiten, Daten zu verarbeiten, die nicht direkt im Programmcode stehen 1. Daten mit Hilfe von Methoden eingelesen Zum Eingabe() import java.util.scanner; public class EingabeBeispiel int zahl=1, sum=0, max; max = inteingabe(); // read data while(zahl<=max) sum += zahl; zahl++; System.out.println("Sum: "+sum); static int inteingabe() Scanner input = new Scanner(System.in); System.out.print( Bitte geben Sie eine ); System.out.print( Integerzahl ein: ); return input.nextint(); 2. Daten beim Aufruf des Programms übergeben > java Summe 10 Wie kann in dem Programm auf die übergebenen Parameter zugegriffen? Nicht mit Hilfe von Eingabe() oder ähnlichem Die Übergabe der Kommandozeilenparameter erfolgt automatisch an die Methode public static void main(string[] args) Der Parameter args der Methode main ist ein Feld von Strings, in das alle Komandozeilenparameter eingetragen FH-Wiesbaden --- Medieninformatik --- WS 08/ Prof. Dr. Ulrich Schwanecke FH-Wiesbaden --- Medieninformatik --- WS 08/ Prof. Dr. Ulrich Schwanecke 24

7 Die Methode main Falsche Anzahl an Kommadozeilenparameter Die Parameter (Argumente) in einem String-Array gespeichert Alle Parameter sind vom Typ String Einzelne Parameter durch Leerzeichen getrennt Soll ein Parameter Leerzeichen enthalten, so muss er in doppelte Hochkommata gesetzt Die Eingabe: java Example "Java is" 2 easy erzeugt die Ausgabe: // Command line Paramters class Example for(int i=0; i<a.length; ++i) System.out.print( a[ +i+ ] ); System.out.print( = +a[i]); System.out.println(); Aufruf: java StringEingabe Prog.1 WS08/09 Ausgabe: Prog.1 WS08/09 hat 14 Zeichen Problem Benutzer gibt keinen Parameter an java StringEingabe Ausgabe (Beispiel): Exception in thread "main java.lang.arrayindexoutofboundsexception 0 at StringEingabe.main(StringEingabe.java:9) // Check number of parameters public class StringEingabe int l = a[0].length(); System.out.print(a[0]+ hat ); System.out.println(l+ Zeichen ); // Eingabe! java StringEingabe Prog.1 WS08/09 // Ausgabe! Prog.1 WS08/09 hat 14 Zeichen a[0] = "Java is a[1] = "2 a[2] = "easy" Lösung Im Programm prüfen, ob Parameter vorhanden sind // Eingabe! java StringEingabe Prog.1 WS08/09 // Ausgabe! Prog.1 hat 6 Zeichen FH-Wiesbaden --- Medieninformatik --- WS 08/ Prof. Dr. Ulrich Schwanecke FH-Wiesbaden --- Medieninformatik --- WS 08/ Prof. Dr. Ulrich Schwanecke 26 Umwandlung von Strings Problem: Falsche Typen Alle beim Programmaufruf übergebenen Werte sind vom Typ String Manche Programme erwarten aber int, float, Lösung Umwandeln in gewünschte Datentypen mittels Integer.parseInt() Short.parseShort() Long.parseLong() public class Frac public static void main(string[] args) float z = Float.parseFloat(args[0]); float n = Float.parseFloat(args[1]); System.out.print(z+"/"+n+ = "); System.out.println(z/n); Problem: Es Argumente angegeben, die sich nicht in den benötigten Datentyp umwandeln lassen public class Frac public static void main(string[] args) float z = Float.parseFloat(args[0]); float n = Float.parseFloat(args[1]); System.out.print(z+"/"+n+" = "); System.out.println(z/n); Aufruf: java Frac abc def Ausgabe: Exception in thread "main" java.lang.numberformatexception: For input string: "abc at java.lang.numberformatexception.forinputstring(numberformatexception.java:48) at java.lang.floatingdecimal.readjavaformatstring(floatingdecimal.java:1213) at java.lang.float.parsefloat(float.java:204) at arguments.main(arguments.java:17) Lösung: Exception abfangen (später) FH-Wiesbaden --- Medieninformatik --- WS 08/ Prof. Dr. Ulrich Schwanecke FH-Wiesbaden --- Medieninformatik --- WS 08/ Prof. Dr. Ulrich Schwanecke 28