Technische Informatik für Ingenieure

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1 Kapitel 15 Zusammenfassung Wintersemester 2001 / 2002 Zusammenfassung Struktur von Streams in Java Zugriff auf Character Reader FileReader BufferedReader InputStream SequenceInputStream Objekt Abstrakte Klasse zum Lesen gefilterter Streams OutputStream Stream mit eigenem Speicher für effizienten Zugriff ermöglicht serielle Verbindung mehrerer Input-Streams Writer 9-2 1

2 Zusammenfassung Java Klasse: StreamTokenizer? Vereinfachung des Datenzugriffs? Zum einfachen Auffinden von Basis-Datentypen StreamTokenizer(Reader reader) StreamTokenizer(InputStream inputstream)? Member Variablen nexttoken: nächsten Wert aus dem InputStream type: Typ von eingelesenem Zeichen - TT_WORD: String - TT_NUMBER: Zahl - TT_EOL: End of Line - TT_EOF: End of File 9-3 Zusammenfassung Beispiel inputfile = new FileReader( input.data ); reader = new BufferedReader(inputFile); tokens = new StreamTokenizer(reader); while ((next = tokens.nexttoken())!= tokens.tt_eof) { switch (next) { case tokens.tt_number: anumber = [int] tokens.nval; default : astring = tokens.sval; inputfile.close(); 9-4 2

3 Konzepte der Ausnahmebehandlung Was erwartet man von einer guten Fehlerbehandlung?? Wenn ein Fehler auftritt, soll eine beliebige Methode in der Ruferkette darauf reagieren können.? Die Meldung des Fehlers soll nicht über Rückgabewerte erfolgen. Der Rufer soll also nicht gezwungen sein, jedesmal einen Fehlercode anzuprüfen. Die Fehlerbehandlung soll vom fehlerfreien Programmablauf möglichst getrennt sein.? Es soll sichergestellt sein, dass jeder mögliche Fehler von irgendeiner Methode in der Ruferkette behandelt wird. Ein gemeldeter Fehler darf nicht ignoriert werden. Konzepte zur Fehlerbehandlung? geschützter Block Ausnahmebehandler - Ausnahme 9-5 Ausnahmebehandlung Geschützter Block:? Anweisungsfolge, die gegen das Auftreten von Fehlern geschützt ist.? Wenn in der Anweisungsfolge oder in einer von ihr aufgerufenen Methode ein Fehler auftritt, wird sichergestellt, dass der Fehler behandelt wird. Ausnahmebehandler (exception handler):? Anweisungsfolge, die auf einen Fehler reagiert? Ein geschützter Block kann eine oder mehrere Ausnahmebehandler zugeordnet sein. Ausnahme (exception):? Fehler, der automatisch erkannt wird? Zugeordneter Ausnahmehanler wird gesucht und aufgerufen? Rückkehr hinter den geschützten Block 9-6 3

4 Ausnahmefall Tritt im geschützten Block eine Ausnahme auf? Ausführung des Blocks wird abgebrochen? Ausnahmebehandler wird aufgerufen? Ausnahme wird als Parameter übergeben? Ausnahmebehandlung wird durchgeführt? Programm wird nach dem geschützten Block fortgesetzt Arten von Ausnahmen in Java? Systemausnahmen: illegaler Instruktion ArithmetikExeption: Division durch 0 NullPointerException: Zugriff auf Objekt und Pointer ist NULL ArrayIndexOutOfBoundException: Indexverletzung? Benutzerausnahmen 9-7 Ablauf-Konzept geschützter Block Statement; Statement; X Statement; Statement; Ausnahme Ausnahmebehandler Statement; Statement; Statement; Statement; 9-8 4

5 Klasse Exception RuntimExeption ArithmetikException NullPointerException ArrayIndexOutOfBoundsException Exception IOException Systemausnahmen vordefinierte Ausnahmen MyException selbst definierte Ausnahmen 9-9 Klasse Exception class Exception { String tostring(); void printstacktrace(); Ausnahme auf unterer Ebene ist Spezialisierung der Ausnahme auf höherer Ebene Hierarchie wird durch Vererbung aufgebaut Ausnahmebehandler auf höherer Ebene kann auch Ausnahmen der unteren Ebenen behandeln tostring(): gibt Namen der Ausnahmeklasse zurück printstacktrace(): Methodenaufrufkette beim Fehler

6 Eigene Ausnahmeklassen class OverflowException extends Exception { int overflowelement; OverflowException(int x) { overflowelement = x; Beispiel: Stack Behandlung des möglichen Stacküberlaufs OverflowException ist Unterklasse von Exception zusätzliches Element zur Speicherung des auslösenden Elements Ausnahme auslösen:? Erzeugen einer OverflowException-Instanz? Übergabe an Ausnahmebehandler 9-11 Ausnahmebehandler try { stack.push(i); stack.push(i); stack.push(stack.pop() + stack.pop() ); catch (OverflowException e) { System.out.println(e.toString()); catch (UnderflowException e) { catch (NullPointerException (e) { catch (Exception e) {

7 Ausnahmebehandler try: Java Schlüsselwort? umschließt den geschützten Block? innerhalb dieses Blocks können prinzipiell verschiedene Fehler auftreten? alle zu behandelnde Fehler können nach dem Try-Block explizit programmiert werden? Unterscheidung der Fehler durch den Parametertyp? Abarbeitung gemäß der sequentiellen Reihenfolge im Programmcode Daher immer die spezielleren Fehler zuerst abfangen. Sonst wird bei jedem Fehler dieselbe Behandlung durchgeführt. Solche Fehler werden vom Java-Compiler bemerkt Warum?? 9-13 Auslösen einer Ausnahme Benutzerausnahme wird durch die throw-anweisung ausgelöst. Syntax:? throw exceptioninstanz; Beispiel: dem Ausnahmebehandler wird eine Instanz einer Ausnahmeklasse zugeworfen.? throw new OverflowException(x); Es wird in allen umgebenden try-anweisungen nach einer catch- Klausel gesucht, die zum Typ der ausgelösten Ausnahme passt. Die laufende Anweisungsfolge wird abgebrochen, die passende catch-klausel wird angesprungen und eine Instanz der Ausnahme als Parameter übergeben. Programmfortsetzung hinter der try-anweisung

8 Beispiel void m1() { try { m2(); catch (E1 e){ catch (E2 e) { void m2() { m3(); void m3() { try { if () throw new E1(); else throw new E2(); catch (E2 e) { E1: Fortsetzung nach try von m1() E2: Fortsetzung nach try von m3() 9-15 Zusammenfassung Wintersemester 2001 /

9 Rechnerarchitektur Bus Prozessor (CPU) Hauptspeicher Steuereinheit Steuereinheit Drucker Gerät Gerät Performanz Kosten Schnittstelle Beispiele Gerät seriell RS 232C, V.24 Maus, ext. Modem parallel Centronics Drucker Netzwerkadapter Ethernet Lokales Netz Bus SCSI, IDE Platte 9-17 Scanner Wie arbeitet der Prozessor? In jedem Zyklus wird durch das Steuerwerk der nächste auszuführende Befehl aus dem Hauptspeicher beschafft. Befehle Steuerwerk Hole nächsten Befehl Befehle Rechenwerk Führe Befehl aus Prozessor Daten Prozessorzyklus Hauptspeicher

10 Eingebettete Systeme Relevante Größen? Verzögerungszeit (Delay, d object ): Zeit zwischen Einstellung neuer Stellgrößen und Beginn der Reaktion des gesteuerten Objekts? Antwortszeit (Response Time): Zeit, die gesteuertes Objekt benötigt, auf Zielwert zu kommen? Abtastrate (Sampling period, d sample ) Istwerterfassung? Rechnerverzögerung d computer d computer < d sample? Totzeit = d object + d computer Sensor ES Aktor Entwurf Eingebetteter Systeme Entwurfsstrukturierung? Wiederspiegelung der Anforderungen? Basis für Automatisierung des Entwurfsprozesses Entwurfspartitionierung? Chip - Chip? Board - Board? Hardware - Software Objekte / Kriterien Algorithmen Entwurfsschritte? Ablaufplanung? Allokation? Bindung sowohl für HW als auch für SW 10

11 Übersetzung höherer Programmiersprachen Ein Übersetzer (Compiler) transformiert korrekte Sätze einer Quellsprache (z.b. höhere Programmiersprache) in gleichbedeutende Sätze einer Zielsprache (z.b. Maschinensprache). Quellprogramm Übersetzer (ausführbares Programm) Zielprogramm 9-21 Ausführung von Java-Programmen Java-Programme werden üblicherweise nicht direkt in Maschinensprache übersetzt Übersetzung Java Compiler Quellsprache Sprachtyp Zielsprache Sprachtyp C++ höh. Programmiersprache Sparc-Code Maschinensprache Pascal höh. Programmiersprache Pentium-Code Maschinensprache Java höh. Programmiersprache Java-Byte- Code abstr. Maschinenspr. C++ höh. Programmiersprache C höh. Progr.sprache LaTeX Dokumenten- HTML Dokumentenbeschreibungssprache beschreibungssprache SQL DB-Anfragesprache DB-Operationen Java- Quellprogramm Java- Byte-Code Java-Byte-code ist maschinenunabhängig und kann überall ausgeführt werden, wo eine JVM vorhanden ist, z.b. in einem Web- Browser Java Ausführung Virtual Machine Ergebnisse

12 Grundelemente Datentyp? byte, short, int, long, float, double, boolean, char? Array, Liste, Baum Operatoren? + - * / % -? Achtung: Klassen Ergebnis kann neuen Typ erfordern. Rückgabewerte? Member-Variablen? Member-Methoden? Konstruktoren 9-23 IF - THEN - ELSE Anweisungen Syntax der IF-THEN-ELSE Bedingung:? if (bedingung) anweisungsblock else anweisungsblock? Der else-teil wird nur ausgeführt, wenn die Bedingung falsch ist. Zusammenhang: Ablaufdiagramm - Programmcode Beispiel? if ( val_a ) System.out.println( BEST! ); if ( val_b ) System.out.println( MIDDLE! ); if ( val_c ) System.out.println( LEAST! ); IF THEN IF THEN IF THEN

13 Switch - Anweisung Kontrollfluss / Programmcode der Switch-Anweisung int note;. switch Label 1 Label 2 Default switch ( note ) { case 1 : System.out.println( ); break; case 2 : System.out.println( ); break; case 3 : System.out.println( ); break; case 4 : System.out.println( ); break; default: System.out.println( ) 9-25 Schleifen Typ: For-Schleife, While-Schleife, Do-While Schleife For-Schleife erfordert feste Grenze, Initialisierung for (int i=0; i<=10; i++) System.out.println(i); Bedingung Initialisierung: Deklaration und Zuweisung für die Schleifenvariable Bedingung: Logischer Ausdruck. Wird vor jeder Ausführung des Schleifenrumpfs getestet. Schleifenrumpf Fortschaltung Fortschaltung: Anweisungen, die den Wert der Schleifenvariablen ändern. Schleifenrumpf: Anweisungen, die wiederholt ausgeführt werden, solange die Bedingung den Wert true ergibt

14 Schachtelung von Schleifen Kontrollfluss der For-Schleife? einen Eingang und einen Ausgang? Schleifenrumpf Anweisungen Verzweigungen Schleifen Initialisierung Bedingung Schleifenrumpf Fortschaltung Initialisierung Bedingung Initialisierung Bedingung Schleifenrumpf Fortschaltung Fortschaltung 9-27 While-Schleife Beispiel 3:? int a, b, ggt; while (a!= b) // Schleife berechnet // den GGT von a und b { if (a > b) a = a - b; else b = b - a; ggt = a; Konvertierung int a = 1; int b = 12; int c = 0; while (a <= b) { c = c + b; a++; System.out.println(c); 9-28 Bedingung Schleifenrumpf for (int a = 1; a <= 12; a++) { c = c + b; System.out.println(c); 14