Grundlagen der Programmierung I

Transkript

1 Grundlagen der Programmierung I wehrheim@upb.de WS 08/09 1

2 Herzlich Willkommen! zur Vorlesung Grundlagen der Programmierung I zum Studium der Informatik zur 2

3 Heute Einführung in die Vorlesung H. Wehrheim Morgen Einführung in die Programmierumgebung B. Cramer 3

4 Was ist Informatik? Tipps und Tricks für Webseiten? 4

5 Was ist Informatik? Windows/Vista in- und auswendig? 5

6 Was ist Informatik? Ein Wegweiser durch s Wirrwarr der Abkürzungen? XMI, UML, HTML, XML, CSS, MC, MDA, QVT, ATL, CTL, LTL, BDD, RAM, ROM, PROM, CAD, UDDI, AJAX, DCOM, SAX, DOM, BPEL4WS, DME, SOA, EMF, GMF, ECORE, 6

7 7

8 Was denn? Software-Technik: Modellierung, Software-Entwicklung, Software-Entwurf, Entwurf von Informationssystemen (Datenbanken), Projektmanagement, Softwaretechnikpraktikum, Eingebettete Systeme und Systemsoftware: Konzepte und Methoden der Systemsoftware, Rechnerarchitektur, Eingebettete Systeme, Rechnernetze, Software/Hardware-Codesign, Theoretische Informatik, Wissenschaftliche Grundlagen und Methoden: Methoden der Informatik, Modellierung, Praxis der Systemgestaltung, Möglichkeiten und Grenzen der Informatik Algorithmen Berechenbarkeit, Komplexität, formale Sprachen, viel Mathematik Schlüsselqualifikationen: Arbeiten im Team, Moderation von Diskussionen, Präsentation von Ergebnissen, Studieren und Arbeiten im Ausland (Auslandsstudium) 8

9 Informatik in Paderborn 9

10 Bachelorstudiengang Bachelorstudiengang Informatik - Tabellarische Übersicht (S = Semester) S1 Programmiertechnik: Grundlagen der Programmierung 1 (8) Modellierung (10) Studium Generale (4) Mathematik Grundlagen: Mathematik 1 (8) S2 Grundlagen der Programmierung 2 (4) Grundlagen der Programmiersprachen (4) Datenstrukturen und Algorithmen (8) Technische Informatik: Grundlagen der TI (5) Mathematik 2 (8) S3 Softwaretechnik: Softwareentwurf (4) Einführung in Berechenbarkeit, formale Sprachen und Komplexität (8) Grundlagen der Rechnerarchitektur (5) Stochastik (4) Mathematik 3 Nebenfach (8) S4 Softwaretechnikpraktikum (10) Datenbanken Grundlagen (4) Konzepte und Methoden der Systemsoftware (8) Studium Generale (2) Nebenfach (8) Auslandssemester oder Tätigkeit (8 Wochen) S5 Softwaretechnik und Informationssysteme: Wahl 1 (3) Modelle und Algorithmen: Wahl 1 (3) Eingebettete Systeme und Systemsoftware: Wahl 1 (3) Mensch-Maschine Wechselwirkung: Wahl 1 (3) Informatik im Kontext (5) Nebenfach (8) S6 Softwaretechnik und Informationssysteme: Wahl 2 (3) Modelle und Algorithmen: Wahl 2 (3) Eingebettete Systeme und Systemsoftware: Wahl 2 (3) Mensch-Maschine Wechselwirkung: Wahl 2 (3) Nebenfach (8) Abschlussarbeit Arbeitsplanung (3) Bachelorarbeit (12) 10

11 Modul I.1.1 Vorlesung GP1 gehört zu Modul Programmiertechnik Pflichtmodul im Gebiet Softwaretechnik und Informationssysteme Ziel des Moduls Programmiertechnik : Das Modul vermittelt einführende und grundlegende Kenntnisse und Fähigkeiten in der Programmierung Modul I.1.1 besteht aus Grundlagen der Programmierung 1 (GP1) Grundlagen der Programmierung 2 (GP2) Grundlagen der Programmiersprachen (GPS) Prüfungsmodalitäten Endnote für Modul I.1.1: 4 : 2 : 3 11

12 Diese Vorlesung Vorlesungen mit Folienpräsentation (Vorversion vorab im Netz) Folien und Übungsblätter im Internet abrufbar Präsenzübungen in Kleingruppen Übungen unter Anleitung an Rechnern (ab 2. Woche) Zentralübungen zur allg. Besprechung der Hausübungen (Musterlösungen) (ab 3. Woche) Korrekturen von abgegebenen Hausübungen 12

13 Material Informationen auf unserer Webseite Literatur: Unzählige Bücher Christian Ullenboom: Java ist auch eine Insel, Galileo Computing Reinhard Schiedermeier: Programmieren mit Java, Pearson Studium Java Tutorial: 13

14 Und Sie?? Anwesenheit in Vorlesung Nacharbeit der Vorlesung!!! Anwesenheit bei Übung Mitarbeit bei Präsenzübungen Durchführung und Abgabe von Hausaufgaben Teilnahme an 2 Klausuren für GP1 Üben, üben, üben, Programmieren lernt man nur durch Programmieren! 14

15 Klausuren Achtung!! Zwischenklausur nach circa 6-7 Wochen Endklausur: 1. Termin: Februar 2. Termin: März Zwischenklausur 30% für Endnote Endklausur 70% für Endnote Zwischenklausur wird nicht wiederholt, zählt für beide Termine der Endklausur, verfällt danach 15

16 Vorlesung und Zentralübung Vorlesung: Di, (c.t.) Audimax (evtl. HS G) Mi, (c.t.) Audimax Zentralübung: Di, (c.t.) Audimax (evtl. HS G) 16

17 Übungsbetrieb Drei vier Hausaufgaben pro Woche Ausgabe: montags (freitags), Abgabe: montags, darauffolgender Woche, Besprechung in Zentralübung Hilfe dazu in den wöchentlichen Übungen Bearbeitung in Gruppe bis max. 4 Abgabe als Zettel in die Kästen auf Ebene D3, Programmieraufgaben online 2 Übungsgruppen für Anfänger (je 2 Termine pro Woche!) Mi, 9-11 und Do, 9-11, Björn Metzler Mi, und Do, 14 16, Frederic Beister 2 Übungsgruppen für Fortgeschrittene/Experten Mo, 14 16, Florian Rittmeier Di, 9 11, Nils Hachmeister Und weitere normale Gruppen Fr, Uhr, D3.301, Tutor Anwesenheit für Fragen 17

18 Diese Woche!! Login beim IMT besorgen Freischalten für Informatik (wie: siehe Webseiten) Seitenkontingent zum Drucken erwerben (Fachschaft) Anmelden in StudInfo und für Übung eintragen Ab heute Nachmittag, aber erst nach VL Alles erklärt auf: 18

19 Bonussystem 50% der Punkte (der Übungsaufgaben) Verbesserung um einen Notenschritt 80% der Punkte Verbesserung um zwei Notenschritte (Voraussetzung: Klausuren insgesamt bestanden) Abschreiben: 0 Punkte für Abschreiber sowie Abschreibenlasser 19

20 Team GP1 Christian Lucas, Florian Rittmeier, Dennis Bokermann, Steffen Henning, Nils Hachmeister, Hannes Riechmann, Alexander Setzer, Benjamin Bulk, Björn Metzler, Benedict Blomen, Sebastian Micus, Frederic Beister, Yannick Martin, Simon Titz, Bastian Cramer, Simon Waloschek, Michael Knopf, Heike Wehrheim Fragen zu StudInfo: Björn Metzler 20

21 Vorlesungsinhalt GP1: Einführung in die Entwicklung von Java Programmen Grundlegende imperative Programmiertechniken -- Zwischenklausur -- Klassen und Grundlagen objektorientierter Programmierung Einführung in dynamische (rekursive) Datenstrukturen Objektorientierte Programmierung - Vertiefung -- Endklausur GP2 im SS 09 (voraussichtlich): Graphische Benutzungsschnittstellen Ereignisbehandlung und Applets Parallele Prozesse, Synchronisation, Monitore -- Klausur -- 21

22 Ziele der Vorlesung Die Studierenden sollen die Programmentwicklung von Grund auf erlernen; lernen, Sprachkonstrukte sinnvoll und mit Verständnis anzuwenden; grundlegende Konzepte der objektorientierten Programmierung verstehen und anzuwenden lernen; lernen, Software aus objektorientierten Bibliotheken wieder zu verwenden. 22

23 Programmiersprachen g g g p Fortran Cobol Algol 60 Lisp PL/1 Pascal Ada Algol 68 C Simula Smalltalk ML Prolog 990 imperative Sprachen C++ Eiffel Java objektorientierte Sprachen Miranda Haskell funktionale Sprachen logische Sprache ach D. A. Watt: Programmiersprachen, Hanser, 1996; Seite 5 23

24 Klassifikation imperativ (prozedural): Variable, Zuweisungen, Ablaufstrukturen z. B. Pascal, C (vor 80), Ada (um 80), Modula, FORTRAN (vor 50), BASIC, COBOL ( 60) objektorientiert: abstrakte Datentypen (ADTn), Klassen, Objekte, Vererbung z. B. Simula (um 70), Smalltalk (um 70), C++ (nach 80), Java (nach 90) funktional: rekursive Funktionen (höherer Ordnung) z. B. LISP (vor 60), Scheme, ML, Miranda, Haskell logisch (prädikativ): Prädikate, Regeln, Termersetzung z. B. Prolog (um 70) 24

25 Hello world! Lisp (defun helloworld () (print Hello world! ) )(helloworld) Cobol IDENTIFICATION DIVISION. PROGRAM-ID. HELLO. ENVIRONMENT DIVISION. MAIN SECTION. DISPLAY Hello world!. STOP RUN. Prolog? write( Hello world! ), nl. 25

26 Alle lernen? Nein. Aber: in der Lage sein, schnell eine neue Sprache zu lernen Modul I

27 Was ist Java? Eine Insel? 27

28 Warum Java? konsequent objektorientiert, klassenbasiert statisch typisiert: Übersetzer prüft typkorrekte Benutzung der Sprachkonstrukte (wie z. B. in Pascal, C++) Java ist weit verbreitet und leicht verfügbar; Java- Programme sind portabel Übersetzung in die Zwischensprache (Java Bytecode) einer abstrakten Maschine (JVM: Java Virtual Machine). Sie interpretiert das Programm (wie in Smalltalk). Das ist portabel aber weniger effizient als die Ausführung von Maschinen-Code. Umfangreiche Klassenbibliotheken (Graphik, Mathematik, Benutzungsschnittstellen, Datenbanken, WWW, ). Programmierung für das WWW 28

29 Warum OO? Objektorientierter Programmentwurf ist nahe an der Problemanalyse und der Modellierung Professionelle Software wird heute und in absehbarer Zukunft objektorientiert entwickelt. Objektorientierte Programmiersprachen haben mächtige Konzepte zur Abstraktion und Strukturierung: Klassen als abstrakte Datentypen, Vererbung zur Typspezialisierung und zur Schnittstellendefinition. Objektorientierte Bibliotheken mit wiederverwendbaren Komponenten Gut geplante Wiederverwendung steigert Produktivität bei der Software-Entwicklung verbessert die Software-Qualität vereinfacht die Wartung 29

30 Java Hello world! class HelloWorld { /* Mein erstes Java-Programm */ public static void main (String [] args){ System.out.println( Hello world! ); } } 30

31 Bestandteile Rahmen: HelloWorld.java class HelloWorld {... } Kommentar /* Mein erstes Java-Programm */ Aufruf einer Ausgabefunktion System.out.println( Hello World! ); Hauptprogramm public static void main (String [] args) {... } 31

32 Ausführung von Java Programmen Quellmodul m1.java Compiler m3.class Zielmodul Java Bytecode m1.class m2.class Eingabe Java-Bytecode Interpreter Ausgabe 32

33 Weiteres Java Programm Name der Klasse class Java2 { public static void main (String [] args) { int zahl1; int zahl2; Variablendeklaration int summe; zahl1 = 12; zahl2 = 3; Zuweisung summe = zahl1 + zahl2; System.out.println(summe); Ausgabe } } (Bedeutung des blau Markierten kommt später) 33

34 Was passiert hier? int zahl1; int zahl2; int summe; zahl1 = 12; zahl2 = 3; summe = zahl1 + zahl2; zahl1 zahl2 summe 34

35 Variable und Zuweisung 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. Name: seitenzahl Wert: 17 Zuweisung: seitenzahl = 17; Eine Deklaration bindet Namen an neue Variable. Sie können nur Werte des angegebenen Typs aufnehmen. Die Bindung gilt nur in einem bestimmten Bereich des Programms (Gültigkeitsbereich). Typ: ganze Zahl (int, von integer ) Deklaration: int seitenzahl; 35

36 Variablen Wichtig: Sprechende Namen wählen! Gut: summe, zinssatz, esregnet, istleer, person Nicht gut: a,b,c, x23, aufgabe1 Gültige Namen: kleine und große Buchstaben, Dezimalziffern, Unterstrich _ erstes Zeichen keine Ziffer (z.b. nicht: 12Kartoffeln) Reservierte Wörter schon besetzt (z.b. class, public ) Formen von Variablendeklarationen: Typ name; Typ name1, name2; Typ name = initialwert; int zahl; int summe, produkt; int zins = 5; 36

37 Zuweisungen Variable = Ausdruck; cdegree = 10.0; fdegree = cdegree * 9 / ; cdegree = cdegree + 10; Variable und Zuweisungen sind das Grundprinzip imperativer Sprachen: Der Programmzustand wird bestimmt durch eine Menge von Variablen mit ihren Werten. Zuweisungen im Programmablauf verändern den Zustand. 37

38 Beispiel int zahl1 = 5; int zahl2; zahl1 = zahl1 + zahl1; zahl2 = 7; zahl1 = zahl1 + zahl2; zahl1 = 42; zahl2 = zahl1 + 10; Welchen Wert haben zahl1 und zahl2 am Ende? 38

39 Ausgabe System.out.println( ) Name einer Java-Systemklasse Name einer Methode In Klammern stehen Variablennamen z.b. System.out.println(zahl); Zeichenketten z.b. System.out.println( Hallo ); Kombinationen davon System.out.println( Der Wert ist + zahl); 39

40 Typische Fehler Variablen werden nicht deklariert Variablen werden zwar deklariert, aber schon vorher benutzt die gleiche Variable wird zweimal deklariert Gross- und Kleinschreibung wird verwechselt public vs. Public vs. PUBLIC Name der Datei ist anderer als Klassenname Die öffnenden und schließenden Klammern passen nicht zueinander Klammern fehlen Semikolon zwischen Anweisungen fehlt 40

41 Und nun Viel Spass und Erfolg beim Informatikstudium! (und bei der Bearbeitung des ersten Übungszettels) 41