JAVA PROGRAMMIEREN IN JAVA7. EXTRA: Mit kostenlosem E-Book. fritz JOBST. 6. Auflage

Transkript

1 6. Auflage PROGRAMMIEREN IN JAVA fritz JOBST JAVA7 EXTRA: Mit kostenlosem E-Book»Ungemein präzise und didaktisch klug aufgebaut...«wolfgang Treß, Online-Redakteur Im Internet: Alle Beispielprogramme und alle Lösungen zu den Aufgaben

2 Jobst Programmieren in Java vbleiben Sie einfach auf dem Laufenden: Sofort anmelden und Monat für Monat die neuesten Infos und Updates erhalten.

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4 Fritz Jobst Programmieren in Java 6., vollständig überarbeitete Auflage

5 Prof. Dr. Fritz Jobst, Hochschule Regensburg, Fakultät für Informatik und Mathematik Alle in diesem Buch enthaltenen Informationen, Verfahren und Darstellungen wurden nach bestem Wissen zusammengestellt und mit Sorgfalt getestet. Dennoch sind Fehler nicht ganz auszuschließen. Aus diesem Grund sind die im vorliegenden Buch enthaltenen Informationen mit keiner Verpflichtung oder Garantie irgendeiner Art verbunden. Autor und Verlag übernehmen infolgedessen keine juristische Verantwortung und werden keine daraus folgende oder sonstige Haftung übernehmen, die auf irgendeine Art aus der Benutzung dieser Informationen oder Teilen davon entsteht. Ebenso übernehmen Autor und Verlag keine Gewähr dafür, dass beschriebene Verfahren usw. frei von Schutzrechten Dritter sind. Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Buch berechtigt deshalb auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, dass solche Namen im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher von jedermann benutzt werden dürften. Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek: Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über abrufbar. Dieses Werk ist urheberrechtlich geschützt. Alle Rechte, auch die der Übersetzung, des Nachdruckes und der Vervielfältigung des Buches, oder Teilen daraus, vorbehalten. Kein Teil des Werkes darf ohne schriftliche Genehmigung des Verlages in irgendeiner Form (Fotokopie, Mikrofilm oder ein anderes Verfahren) auch nicht für Zwecke der Unterrichtsgestaltung reproduziert oder unter Verwendung elektronischer Systeme verarbeitet, vervielfältigt oder verbreitet werden Carl Hanser Verlag München ( Lektorat: Margarete Metzger Herstellung: Irene Weilhart Copy editing: Manfred Sommer, München Umschlagdesign: Marc Müller-Bremer, München Umschlagrealisation: Stephan Rönigk Datenbelichtung, Druck und Bindung: Kösel, Krugzell Ausstattung patentrechtlich geschützt. Kösel FD 351, Patent-Nr Printed in Germany Print-ISBN: e-book-isbn:

6 Inhalt Vorwort...XI 1 Der Einstieg in Java Erstellung und Ablauf von Programmen in Java Das erste Java Programm Erstellung und Ablauf des ersten Programms Ein erstes Applet Zusammenfassung Aufgaben Elemente der Programmierung Daten erklären und verarbeiten Schreibweisen für Deklarationen und Wertzuweisungen Beispiel: Elementare Ausdrücke Beispiel: Bereichsüberschreitungen Typumwandlungen Deklarationen mit dem static-modifizierer Namen und ihre Gültigkeit Kontrollfluss Verzweigung Mehrfachverzweigung Schleifen mit Vorabprüfung Schleife mit Prüfung am Ende Verlassen von Schleifen Programmausnahmen Methoden Definitionen Beispiele zum Einsatz von Methoden Rekursion Felder Eindimensionale Felder...55 V

7 Inhalt Suche in Feldern Sortieren Mehrdimensionale Felder Operatoren in Java Arithmetische Operatoren Vergleiche und logische Verknüpfungen Reihenfolge der Auswertung bei logischen Ausdrücken Inkrement und Dekrement Bitverarbeitung...71 Bedingter Ausdruck ANSI-Escape-Sequenzen Aufgaben Objektorientierte Programmierung Auf dem Weg zu Klassen Wege zur Objektorientierung Beziehungen zwischen Klassen Oberklassen und Unterklassen Klassen und Objekte Abstrakte Klassen Entwurf der Klassen...81 Klassen in Java Eine Klasse zum Verwalten von Mitarbeitern Konstruktoren Wertzuweisung und Übergabe als Parameter Statische Klassenelemente Eingeschachtelte Klassen, innere Klassen Autoboxing und Unboxing Unterklassen und Polymorphie in Java Definition von Unterklassen in Java Lebenszyklus von Objekten Wie funktioniert die Polymorphie? Wertzuweisung und Cast-Anweisung Klassen und Ausnahmen Abstrakte Klassen: Design für Vererbung Schnittstellenvererbung Beispiel: Geometrische Objekte Beispiel: Sortieren von vergleichbaren Objekten Beispiel: Funktionen als Parameter Beispiel: Kopieren von Objekten Dynamische Erzeugung von Objekten Generische Klassen in Java Aufzählung von Konstanten mit enum-klassen Allgemeine Eigenschaften von und für Klassen in Java Der final-modifizierer Die finalize-methode VI

8 Inhalt Packages mit package, import Sichtbarkeit von Namen in Java Wiederherstellung des Zustands eines Objekts: Serialisierung Zusicherungen Aufgaben Grundlegende Klassen Nützliche Klassen und Packages Übersicht der Aufgaben des Packages java.lang Zeichenketten in Java: String Die Klasse System Die Klasse Math Formatierte Ausgabe in Java Reflexion von Java-Programmen Annotationen Reguläre Ausdrücke Protokollierung von Programmläufen: Logging Verwalten von Objekten mit Sammlungen Prinzip für die Aufbewahrung von Objekten Sequentieller Zugriff: List, Set und SortedSet Assoziativer Zugriff: Map Nützliche Klassen und Methoden für Sammlungen Anwendungsfälle Sortierte Ausgabe aller Einträge in einem Verzeichnis Projektarbeit: Querverweisliste in Java Binäre Bäume Aufgaben Ein-/Ausgabe in Java Prinzip der Ein-/Ausgabe in Java Eingabe in Java Ausgabe in Java Fallstudien zu Ein-/Ausgabe Bearbeiten von Textdateien Daten im plattformneutralen Format verarbeiten Durchlaufen aller Dateien in einem Verzeichnis Zugriff auf die Einträge in einem ZIP-Archiv Aufgaben Nebenläufigkeit in Java: Threads Einstieg in Threads in Java Grundlagen zu Threads Nutzen von Threads Wettrennen Zustände von Threads VII

9 Inhalt Wichtige Methoden für Threads Monitore in Java Grundlagen des Monitor-Konzepts in Java Anwendung der Monitore in Java Anwendungsfälle Erzeuger-Verbraucher-Kopplung Leser-Schreiber-Problem Semaphoren Verklemmungen und die fünf Philosophen Animationen Aufgaben Graphik-Anwendungen in Java Struktur von GUI-Anwendungen Ein erstes Programm für Swing Prinzip der ereignisgesteuerten Programmierung Hierarchie der Swing-Klassen für Steuerelemente Elementare Steuerelemente Das Model-View-Controller-Paradigma und Swing Anordnung der Komponenten Ereignissteuerung Das Delegation Event Model Listener-Schnittstellen und Adapter Layoutmanager BorderLayout FlowLayout GridLayout CardLayout GridBagLayout BoxLayout (nur Swing) Schachtelung der Layouts Steuerelemente in Benutzeroberflächen Schaltflächen: JButton Checkboxen und Radiobutton Statischer Text zur Anzeige von Informationen Listen zur Auswahl Elementare Auswahl mit der Combobox Textfelder Menüs in Java Steuerelemente unter der MVC-Architektur Übersicht: Aufgabenverteilung Swing-Anwender Vertiefung für JList und JComboBox Tabellen und Baumsteuerelemente Kurs: GUI-Anwendungen Erstellung einer grafischen Komponente auf Maus-Klicks VIII

10 Inhalt Reaktion auf Mausbewegungen: ein Malprogramm Turtle-Graphik Dialoge in Java Datei-Dialoge in Java Die Türme von Hanoi Aufgaben Programmierung in Netzwerken Programmierung von Sockets Grundlagen von Netzwerken Sockets in Java Java-Programme für Internet-Protokolle Ein Client für http Ein Client für ftp Ein Client für smtp RMI Prinzip von RMI Praktische Durchführung mit RMI: ein Addierservice Aufgaben Anbindung von Datenbanken mit JDBC Grundlagen von JDBC Grundsätzlicher Ablauf beim Zugriff Einstieg in relationale Datenbanken und SQL Klassen und Schnittstellen im Package java.sql Beispiel: Die Datenbank mit den Speisen in JDBC Programmierung der Verbindung zu den Datenbanken Vorbereitung: Datenbanken einrichten Zugriffe mit JDBC Datentypen in Java und SQL Metadaten Metadaten und die Auskunft über die Datenbank Anwendung Aufgaben Bearbeiten von XML in Java Schreiben von XML und Lesen mittels JAXB Zusammenhänge: Klasse und Objekt bzw. Schema und XML Kochrezept: Anleitung zur Benützung von JAXB SAX-Parser Aufgaben Werkzeuge für die Java-Programmierung Der Compiler javac Der Interpreter java IX

11 Inhalt 11.3 Applet-Viewer Der Generator für die Dokumentation Der Disassembler Literatur Register X

12 Vorwort Die Veröffentlichung der ersten Version der Programmiersprache Java löste im Januar 1996 eine euphorische Stimmung unter den Entwicklern von Software aus. Java galt als einfach, übersichtlich und leicht zu beherrschen. Im Lauf der Zeit wuchs dieses Pflänzchen zu dem gewaltigen Baum der Version 7 mit zig-tausenden von Verzweigungen heran. Für Außenstehende stellt sich jetzt mehr und mehr die Frage: wie kann ich in ein so komplexes System einsteigen? Was sind die wirklich essentiellen Grundlagen? Muss ich wirklich gleich beim Start die komplexesten Konzepte verstehen? Als Antwort auf diese Fragen versteht sich dieses Buch als Gegenentwurf zu den Java- Bibeln. Wir fokussieren auf zentrale Techniken der Programmierung und nutzen dabei den Komfort und die Leistungsfähigkeit der Entwicklungsumgebung Eclipse gleich beim Start ins Java-Land in Kapitel 1 aus. In Kapitel 2 besprechen wir die Grundlagen der Steuerung von Abläufen in Programmen, der sog. prozeduralen Programmierung. Erst wenn wir Verzweigungen, Schleifen und Aufrufe von Funktionen beherrschen, können wir uns in Kapitel 3 den Herausforderungen der Objektorientierung stellen. Ein einzelnes Objekt kommt selten alleine. Zur Verwaltung von Objekten dienen die sog. Collections. Praktiker wissen, dass man mit den sequentiellen und assoziativen Sammlungen 90% aller Probleme der Verwaltung von Daten lösen kann, auf die wir uns im Buch hauptsächlich konzentrieren. Java unterstützt uns bei der alltäglichen Programmierarbeit auch mit anderen Klassen, von denen wir in Kapitel 4 eine kleine, praxisorientierte Auswahl vorstellen. Kapitel 5 führt in die Grundlagen der Verarbeitung von Daten auf externen Speichermedien. Dazu nutzen wir die neuen Möglichkeiten von Java 7 zur vereinfachten Programmierung. Bis einschließlich Kapitel 5 beschäftigen wir uns mit Abläufen mit einem Programmfaden. Dies reicht in vielen Fällen aus, aber zum Verständnis der Programmierung von grafischen Benutzungsoberflächen, die Thema in Kapitel 7 sein wird, machen wir uns in Kapitel 6 mit den Risiken und den Chancen der Programmierung mit mehreren Programmfäden vertraut. Kapitel 7 enthält neben der Einführung in die Basiskonzepte einen problemorientierten Kurs, in dem wir in kleinen Projekten typische Probleme lösen. XI

13 Vorwort Java ist als Programmiersprache für Anwendungen im Internet konzipiert. Deswegen können wir in Kapitel 8 mit relativ geringem Aufwand Programme erstellen, die s versenden, Web-Seiten lesen, auf andere Rechner zugreifen oder auf verschiedenen Rechnern laufen und kommunizieren. In Kapitel 9 lernen wir den Zugriff auf Datenbanken. Damit können wir unsere Objekte in Datenbanken ablegen und daraus wiedergewinnen. Mit den Basis-Techniken zur Speicherung bzw. des Lesens von Daten im XML-Format in Kapitel 10 runden wir unseren Streifzug durch das Java-Land ab. Eclipse erleichtert die Programmierung in Java wesentlich. Hinweise auf die einzelnen Funktionen von Eclipse sind an den relevanten Stellen im Buch angegeben. Wie bei Fremdsprachen gilt auch bei Programmiersprachen: man muss die Sprache sprechen, d.h. selbst programmieren. Deswegen enthält jedes Kapitel kleinere oder größere Aufgaben. Das Spektrum der Aufgaben reicht von elementaren Übungen bis zu kleinen Projektarbeiten. Lösungsvorschläge dazu finden Sie über das Internetportal des Carl Hanser Verlags Von dort können Sie auch alle Programme im Buch in vollständiger Form herunterladen. Mein besonderer Dank gilt Frau Margarete Metzger für die aufmerksame Begleitung bei der Konzeption und Durchführung sowie Frau Irene Weilhart für ihre sorgfältige Herstellung des Buches. Viel Erfolg mit diesem Buch! Regensburg, im Juni 2011 Fritz Jobst XII