5. Ausdrücke und Anweisungen (Expressions und Statements)

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1 5. Ausdrücke und Anweisungen (Expressions und Statements) Formeln und Ausdrücke Evaluation von Ausdrücken Typanpassung Einfache Anweisungen Deklarationen Verzweigungen Schleifen und Algorithmen

2 Primitive Typen und Operatoren Die primitiven Typen sind in der Sprache vordefiniert: Zahlen 1024, , -2e-6 logische Werte true, false Zeichen 'a', 'A', '&', '#' Bytes (als ganze Zahlen interpretiert) Zur Operation auf primitiven Typen gibt es vordefinierte Operatoren: arithmetische Operatoren +, -, *, /, % Vergleichsoperatoren >,<, ==,!= >=,<= logische Operatoren &,, ^,!, &&, Speicheroperatoren >>, << (c) schmiedecke 04 Pr1-6: Statements 2

3 Formeln und Prioritäten Mithilfe der Operatoren kann man Formeln schreiben: (laenge 100)* 0,9 jung & schoen alt & reich gehalt miete <= festekosten Die mathematischen Regeln sind auf Operator-Prioritäten abgebildet Punktrechnung vor Strichrechnung & bindet stärker als Klammern haben Vorrang... (c) schmiedecke 04 Pr1-6: Statements 3

4 Postfix-Operatoren Operator-Prioritäten (in absteigender Folge) []. (params) expr++ expr-- Unäre Operatoren ++expr --expr +expr -expr ~! Objekterzeugung und Typanpassung Punktrechnung * / % Strichrechnung + - new (type)expr Bitoperatoren << >> >>> Vergleichsoperatoren Gleichheit ==!= (bitweises) UND (bitweises) exklusiv-oder (bitweises) ODER logisches UND logisches ODER < > <= >= instanceof Konditional-Operator? : = += -= *= /= %= &= ^= = <<= >>= Zuweisung und kombiniertezuweisung >>>= & ^ && Im Zweifel Klammern setzen!! (c) schmiedecke 04 Pr1-6: Statements 4

5 Ausdrücke (Expressions) Eine Formel ist programmiersprachlich ein Ausdruck (Expression) Ein Ausdruck hat einen Typ Ein Ausdruck wird zur Laufzeit evaluiert (ausgewertet) und liefert einen Wert Ein Ausdruck kann überall stehen, wo ein Wert benötigt wird, z.b: idealgewicht = (laenge 100)* 0.9; (c) schmiedecke 04 Pr1-6: Statements 5

6 Ausdrücke Ein Ausdruck kann sein: ein Literal: 123,56 true -12e-6 eine Variable: alter, annalinks eine Formel aus Operatoren und Operanden (wobei jeder Operand ein Ausdruck ist): (laenge 100)* 0,9 ein Funktionsaufruf (kommt später) (c) schmiedecke 04 Pr1-6: Statements 6

7 Auswertung von Ausdrücken Semantik = Bedeutung: Was bedeutet der Text für den Ausführer? Semantik der Ausdrücke: Auswertung (Evaluation) Die Auswertungsregel für Ausdrücke ist ganz einfach: Die Zuweisung wird von rechts nach links ausgewertet (evaluiert) alle anderen Ausdrücke von links nach rechts (unter Berücksichtigung von Klammern und Prioritäten) Jeder Ausdruck hat einen Typ (Programmtext Syntax). Die Auswertung ergibt einen Wert dieses Typs (Laufzeit Semantik) (c) schmiedecke 04 Pr1-6: Statements 7

8 Typanpassungen Welchen Typ hat die Formel (laenge 100)* 0.9? Die Operatoren und * sind zwischen Operatoren gleichen Typs definiert und liefern dann auch diesen Typ. Zuerst wird die Klammer evaluiert: Typ int * ist zwischen int und double nicht definiert Bei der Evaluation erfolgt eine implizite Typanpassung von int an double (c) schmiedecke 04 Pr1-6: Statements 8

9 Implizite und explizite Typanpassung int double Widening: kein Informationsverlust (200 ist gleichwertig mit 200.0), erfolgt ggf. implizit bei Bedarf double int Narrowing: Informationsverlust (Nachkommastellen und führende Ziffern einer zu großen Zahl werden abgeschnitten!), muss explizit gefordert werden: (int)3,14 3 Generell gilt: Alle Zahlentypen (nicht char!) sind aneinander anpassbar Narrowing geschieht implizit, Widenig muss explizit gefordert werden (c) schmiedecke 04 Pr1-6: Statements 9

10 Beispiele Typanpassung 01 int kundennummer = 144; 02 byte index = (byte) kundennummer; 03 // was ist, wenn an die Kundennummer "000" angehängt wird? float pi = ; // Typfehler! 06 double hight = 14; // erhält viele Kommastellen int pi = (int) ; 10 // Genauigkeitsverlust bei expliziter Typanpassung 11 Console.println((double)pi) // // Genauigkeit nicht wieder herstellbar Objekt objekt = "ABC"; 15 // String-Aspekt wird "ausgeblendet" 16 Console.println((String)objekt.toLowerCase()); // abc 17 // String-Aspekt wird wieder "eingeblendet" 18 // kein Informationsverlust (c) schmiedecke 04 Pr1-6: Statements 10

11 Anweisungen Anweisungen machen die Schritte eines Algorithmus aus. Sie werden vom Ausführer als Befehle verstanden. Anweisungen haben keinen Typ und liefern keinen Wert. Sie werden ausgeführt nicht evaluiert. Anweisungen müssen einen (Seiten-)Effekt haben, sonst sind sie sinnlos. Anweisungen enden mit einem Semikolon: Wertvernichter und Weiterschalter. (c) schmiedecke 04 Pr1-6: Statements 11

12 Einfache Anweisungen Zuweisung auto.wattzahl = 123; // Befehl, etwas zu speichern Methodenaufruf: Console.println("Dies ist ein Befehl!"); Grenzen der Wertvernichtung: Semikolon macht Ausdruck zur Anweisung wenn der Compiler feststellen kann, dass der Ausdruck keinen Seiteneffekt hat, ist die Umwandlung illegal: a = 17; // Seiteneffekt = gewünschter Effekt; // legal x+3; // kein Seiteneffekt; illegal! (c) schmiedecke 04 Pr1-6: Statements 12

13 Anweisungsfolgen: Sequenzen und Blöcke Semikolon bewirkt die Hintereinanderschaltung {TOASTPACKUNG.oeffnen(); toast toast = = TOASTPACKUNG.toastEntnehmen(); MESSER.ausstreichen(butter, } toast); MESSER.ausstreichen(marmelade, {MESSER.ausstreichen(butter, toast); MESSER.durchschneiden(toast); MESSER.ausstreichen(marmelade, toast); MESSER.durchschneiden(toast); } Blöcke bilden Gruppierungen: (c) schmiedecke 04 Pr1-6: Statements 13

14 Deklarationen und Definitionen Deklarationen "erfinden" Namen Syntax: Deklaration:: Typ, Name Name:: Identifier Beispiel: int i; Auto mazda; Sie haben keinen Typ und keinen Wert Anweisungen "Ketten" sind erlaubt: int i,j,k; Auto bmw, smart, mazda, peugeot. Definitionen setzen Initialwerte: int i=0, j=100, k=2; Auto bmw = new Auto(), smart = new Auto(); (c) schmiedecke 04 Pr1-6: Statements 14

15 Erinnerung: Scope Namen sind innerhalb des Blocks bekannt, in dem sie deklariert sind. Bei der Ausführung werden sie bei Verlassen des Blocks entsorgt. { TOASTPACKUNG.oeffnen(); } Toast toast = TOASTPACKUNG.toastEntnehmen(); { MESSER.ausstreichen(butter, toast); // unbekannt!!! } MESSER.ausstreichen(marmelade, toast); MESSER.durchschneiden(toast); Ausnahme: Attribut- und Methodennamen sind außerhalb der Klasse qualifiziert bekannt (sofern sie public deklariert sind). Ihre Lebensdauer ist die der Klasse (gilt für static) public class Auto { public static int wattzahl; } // irgendwo Auto.wattzahl = 20; (c) schmiedecke 04 Pr1-6: Statements 15

16 Kontrollflussanweisungen (Ablaufstrukturen) Bausteine für Algorithmen Grundfrage: Was passiert als nächstes? Grundlegende Ablaufstrukturen: Sequenz Fallunterscheidung, Verzweigung Wiederholung (mit / ohne Endebedingung) (c) schmiedecke 04 Pr1-6: Statements 16

17 Verzweigung: 1. Bedingte Anweisung: "Falls es kalt ist, Jacke mitnehmen." if (Bedingung) { Anweisungsblock } 2. Einfache Fallunterscheidung: "Wenn rechtzeitig, zu Fuß gehen, sonst Fahrrad nehmen." if (Bedingung) { Anweisungsblock1 } else { Anweisungsblock2 } 3. Geschachtelte Fallunterscheidung: "Wenn rechtzeitig, zu Fuß gehen, sonst wenn Fahrer vorhanden, bringen lassen, sonst Fahrrad nehmen." 4. Mehrfachverzweigung: "12 Min. Zeit: laufen; 8 min. Zeit: Fahrrad nehmen; 4 Min. Zeit: bringen lassen; sonst: aufgeben." if (Bedingung1) { Anweisungsblock1 } else if (Bedingung2) { Anweisungsblock2 } else { Anweisungsblock3 } switch (Variable) { case Wert:... case Wert :... case Wert : default: (c) schmiedecke 04 Pr1-6: Statements 17

18 Beispiel Fallunterscheidung if (Kontoverwaltung.pinKorrekt()) { Geldzaehler.geldEinnehmen(); Display.betragAnzeigen(); Kontoverwaltung.betragGutschreiben(); Display.textKarteEntnehmen(); Display.textAufWiedersehen(); } else { Display.textFalschePIN(); Nur 1 } Anweisung: Blockklammern nicht nötig (c) schmiedecke 04 Pr1-6: Statements 18

19 Ausprobieren! Sie wollen ein Auto mieten? Dann zeigen Sie bitte Ihre Mitgleidskarte: die Standardkaution beträgt 10*die Leistung des Autos Wenn Sie unter 25 sind, kommen 500 Euro dazu Wenn Sie Premium-Mitglied sind, entfällt die Kaution Wenn Sie unter 25 sind, erhalten Sie nur Wagen bis 45 kw. Nehmen Sie an, die folgenden Variablen enthalten die richtigen Werte: static int alter, leistung; static boolean premium; Drucken Sie als Ergbnis der Überprüfung z.b: "Tut uns leid, Sie sind zu jung für dieses Auto." "Gut, das macht dann 560 Euro Kaution." (c) schmiedecke 14 Pr1-6-Expressions und Statements 19

20 Formulierung von Bedingungen boolean schuldenfrei; if (Konto.saldo >= 0) { schuldenfrei = true; } if (Konto.saldo < 0) { schuldenfrei = false; } Mehrfache Auswertung; inzwischen geändert?? boolean positiv = Konto.saldo >= 0; if (positiv) { schuldenfrei = true; } if (!positiv){ schuldenfrei = false; } Einmalige Auswertun g if (Konto.saldo >= 0) { schuldenfrei = true; } else { schuldenfrei = false; } schuldenfrei = Konto.saldo >= 0; Elegant! (c) schmiedecke 04 Pr1-6: Statements 20

21 Grafische Repräsentation: Flussdiagramm if (B){ S } if (B) { S1 } B + - S else { S2 } S 2 - B + S 1 if (B1) { S1 } else if (B2) { S2 } else if (B3) { S3 } else { S4 } + - S 1 B 1 B 2 - B 3 S 2 S 3 S 4 (c) schmiedecke 04 Pr1-6: Statements 21

22 Mehrfachverzweigung switch (Ganzzahl) { case Wert1: S11; S12..; break; case Wert2: S21; S22;..;break; case Wert3: S31; S32;..;break; default: S100; } Hinweise: Als Typ des switch-ausdrucks kommen Ganzzahlen und char in Frage Die Anweisungsfolge Snn... kann leer sein. fehlt break, so wird in der Folgezeile fortgefahren default kann weggelassen werden. { case 'a': case 'b':...: case 'Z': buchstabe(); break; switch (System.in.read()) // Ausdruck vom Typ char case '1': case '2':...: case '0': ziffer(); break; default: sonderzeichen(); }(c) schmiedecke 04 Pr1-6: Statements 22

23 char auswahl = Console.read(); switch (auswahl) { case 'K': dialogkontostand(); break; case 'A': dialogbarauszahlung(); break; case 'E': dialogbareinzahlung(); break; default: dialogauswahlwiederholen(); } Beispiel Mehrfachverzweigung char auswahl = Console.read(); switch (auswahl) { case 'K': case 'k': dialogkontostand(); break; case 'A': case 'a': dialogbarauszahlung(); break; case 'E': case 'e': dialogbareinzahlung(); break; default: dialogauswahlwiederholen(); } (c) schmiedecke 04 Pr1-6: Statements 23

24 Schleifen 1. Kopfgesteuerte Schleife "Solange unter 20, stündlich Holz nachlegen." 2. Endgesteuerte Schleife: "Stündlich Holz nachlegen, bis 20 erreicht." 3. Endlosschleife: "Stündlich Holz nachlegen." 4. Zählschleife: "In den nächsten 6 Stunden stündlich Holz nachlegen." while (temp < 20) { HolzNachlegen(); } do {HolzNachlegen(); } while (temp < 20); while (true) { HolzNachlegen(); } for (int Stunden=0; Stunden < 6; Stunden++;) { HolzNachlegen(); } (c) schmiedecke 04 Pr1-6: Statements 24

25 Zählschleifen: for (int i=0; i<max; i++) Console.print(i+" "); int i = 0; for (i; i<max; i++ ) Console.print(i+" "); Grundform max Durchläufe for ( char zeichen = 'a'; zeichen <= 'z'; zeichen++) Console.print(zeichen+" "); for ( char zeichen = 'z'; zeichen >= 'a'; zeichen--) Console.print(zeichen+" "); (c) schmiedecke 04 Pr1-6: Statements 25

26 0 4 7 Beispiel Zählwerk Ausgabe: for (int i= 0; i<10; i++) for (int j= 0; j<10; j++) for (int k= 0; k<10; k++) System.out.println ( ""+ +""+ +""+ );??? (c) schmiedecke 04 Pr1-6: Statements 26

27 Schleifen und Algorithmen Mit Fallunterscheidungen, Verzweigungen und Schleifen haben wir das Rüstzeug für beliebig komplexe Algorithmen. Beispiel: Einlasskontrolle für ein Konzert Tipp: Top-Down-Entwurf Immer erst verbal formulieren. Nicht mehr als 5-8 Schritte. Aus den Schritten Prozeduren bilden. (c) schmiedecke 04 Pr1-6: Statements 27

28 Einlasskontrolle (verbal) while (schlange) { boolean VIP = false; personvorlassen(); ticketkontrollieren(); // setzt VIP sicherheitscheck(); richtungweisen(); if (VIP) } { warteplatzanweisen(); abholdienstanfordern(); } else richtungweisen(); } (c) schmiedecke 04 Pr1-6: Statements 28

29 Bruchzahl einlesen: kopfgesteuerte Bedingungsschleife float zahl; // Ergebnis-Variable String eingabe = ""; // Lese-Puffer char c = Console.read(); // 1 Zeichen lesen while (c!= '\n' & c!= '\r')// kein Zeilenende { eingabe += c; // Zeichen anfügen } c = Console.read(); // nächstes Zeichen Console.skip(); // Rest der Eingabe verwerfen (nur DOS) zahl = Float.parseFloat(eingabe); (c) schmiedecke 04 Pr1-6: Statements 29

30 Bruchzahl einlesen: endgesteuerte Bedingungsschleife float zahl; String eingabe = ""; // Lese-Puffer // Ergebnis-Variable do { char c = Console.read(); // 1 Zeichen lesen eingabe += c; // Zeichen anfügen } while (c!= '\n' & c!= '\r') char c = Console.read(); // Rest der Eingabe verwerfen (nur DOS) eingabe = // zuviel gelesenes Zeichen entfernen.. eingabe.substring(0,eingabe.length-2); zahl = Float.parseFloat(eingabe); (c) schmiedecke 04 Pr1-6: Statements 30

31 break und continue Wie kommt man aus einer Endlosschleife heraus? Durch "Ausbruch": break int i = 0; while (true) { i++; } 100 Durchläufe, 5 Ausgaben if (i>5) continue; if (i>100) break; Console.println("weiter geht's"); Man kann auch den einzelnen Schleifendurchlauf abkürzen: continue (c) schmiedecke 04 Pr1-6: Statements 31

32 Bruchzahl einlesen: rumpfgesteuerte Bedingungsschleife float zahl; String eingabe = ""; // Lese-Puffer // Ergebnis-Variable while (true) { char c = Console.read(); // 1 Zeichen lesen if (c == '\n' c == '\r') break; // Zeilenende? // Zeichen anfügen eingabe += c; } char c = Console.read(); // Rest der Eingabe verwerfen (nur DOS) zahl = Float.parseFloat(eingbe); (c) schmiedecke 04 Pr1-6: Statements 32

33 ... das reicht erst einmal Nächstes Mal verstecken wir die Komplexität der Algorithmen in Methoden.

34 Beispielaufgaben Hexazählwerk Kalenderzähler optimierte Münzausgabe Haufenspiel BubbleSort Begrüßungsformel nach Tageszeit Kautionsrechner Alter in Tagen (c) schmiedecke 04 Pr1-6: Statements 34