Grundkurs Programmieren in Java

Transkript

1 Dietmar Ratz Jens Scheffler Detlef Seese Jan Wiesenberger Grundkurs Programmieren in Java 5., überarbeitete Auflage HANSER

2 Inhaltsverzeichnis Vorwort 15 1 Einleitung Java - mehr als nur kalter Kaffee? Java für Anfänger - das Konzept dieses Buches Weitere Infos und Kontakt zu den Autoren Verwendete Schreibweisen 20 2 Einige Grundbegriffe aus der Welt des Programmierens Computer, Software, Informatik und das Internet Was heißt Programmieren? 24 I Einstieg in das Programmieren in Java 27 3 Aller Anfang ist schwer Mein erstes Programm Formeln, Ausdrücke und Anweisungen Zahlenbeispiele Verwendung von Variablen Auf den Schirm!" Das Programmgerüst ; Eingeben, übersetzen und ausführen Übungsaufgaben 36 4 Grundlagen der Programmierung in Java Grundelemente eines Java-Programms Kommentare Bezeichner und Namen Literale Reservierte Wörter, Schlüsselwörter Trennzeichen Interpunktionszeichen Operatorsymbole import-anweisungen 44 45

3 6 Inhaltsverzeichnis Zusammenfassung Übungsaufgaben Erste Schritte in Java Grundstruktur eines Java-Programms Ausgaben auf der Konsole Eingaben von der Konsole Schöner programmieren in Java Zusammenfassung Übungsaufgaben Einfache Datentypen Ganzzahlige Datentypen Gleitkommatypen Der Datentyp char für Zeichen Zeichenketten Der Datentyp boolean für Wahrheitswerte Implizite und explizite Typumwandlungen Zusammenfassung Übungsaufgaben Der Umgang mit einfachen Datentypen Variablen Operatoren und Ausdrücke Arithmetische Operatoren Bitoperatoren Zuweisungsoperator Vergleichsoperatoren und Logische Operatoren Inkrement- und Dekrementoperatoren Priorität und Auswertungsreihenfolge der Operatoren Allgemeine Ausdrücke Ein-und Ausgabe Statischer Import der IOTools-Methoden Zusammenfassung Übungsaufgaben Anweisungen und Ablaufsteuerung Anweisungen Blöcke und ihre Struktur Entscheidungsanweisung Die if-anweisung Die switch-anweisung Wiederholungsanweisungen, Schleifen Die f or-anweisung Vereinfachte f or-schleifen-notation Die while-anweisung Die do-anweisung Endlosschleifen Sprungbefehle und markierte Anweisungen Zusammenfassung 93

4 Inhaltsverzeichnis Übungsaufgaben 93 5 Referenzdatentypen Felder Was sind Felder? Deklaration, Erzeugung und Initialisierung von Feldern Felder unbekannter Länge Referenzen Ein besserer Terminkalender Mehrdimensionale Felder Mehrdimensionale Felder unterschiedlicher Länge Vorsicht, Falle: Kopieren von mehrdimensionalen Feldern Vereinfachte for-schleifen-notation Zusammenfassung Übungsaufgaben Klassen Was sind Klassen? Deklaration und Instantiierung von Klassen Komponentenzugriff bei Objekten Ein erstes Adressbuch Klassen als Referenzdatentyp Felder von Klassen Vorsicht, Falle: Kopieren von geschachtelten Referenzdatentypen Auslagern von Klassen Zusammenfassung Übungsaufgaben Methoden, Unterprogramme Methoden Was sind Methoden? Deklaration von Methoden Parameterübergabe und Ergebnisrückgabe Aufruf von Methoden Überladen von Methoden Variable Argument-Anzahl bei Methoden Vorsicht, Falle: Referenzen als Parameter Sichtbarkeit und Verdecken von Variablen Zusammenfassung Übungsaufgaben Rekursiv definierte Methoden Motivation Gute und schlechte Beispiele für rekursive Methoden Zusammenfassung Die Methode main Kommandozeilenparameter Anwendung der vereinfachten for-schleifen-notation

5 8 Inhaltsverzeichnis Zusammenfassung Übungsaufgaben 6.4 Methoden aus anderen Klassen aufrufen Klassenmethoden Die Methoden der Klasse java. lang. Math Statischer Import Methoden von Objekten aufrufen Instanzmethoden Die Methoden der Klasse java. lang. String Übungsaufgaben 178 II Objektorientiertes Programmieren in Java Die objektorientierte Philosophie 7.1 Die Welt, in der wir leben Programmierparadigmen - Objektorientierung im Vergleich Die vier Grundpfeiler objektorientierter Programmierung Generalisierung Vererbung Kapselung Polymorphismus Weitere wichtige Grundbegriffe Modellbildung - von der realen Welt in den Computer Grafisches Modellieren mit UML Entwurfsmuster Zusammenfassung Übungsaufgaben Der grundlegende Umgang mit Klassen Vom Referenzdatentyp zur Objektorientierung Instanzmethoden Zugriffsrechte Was sind Instanzmethoden? Instanzmethoden zur Validierung von Eingaben Instanzmethoden als erweiterte Funktionalität Statische Komponenten einer Klasse Klassenvariablen und -methoden Klassenkonstanten Instantiierung und Initialisierung Konstruktoren Überladen von Konstruktoren Der statische Initialisierer Der Mechanismus der Objekterzeugung Zusammenfassung Übungsaufgaben 225

6 Inhaltsverzeichnis 9 9 Vererbung und Polymorphismus Wozu braucht man Vererbung? Aufgabenstellung Analyse des Problems Ein erster Ansatz Eine Klasse für sich Stärken der Vererbung Vererbung verhindern durch final Übungsaufgaben Die super-referenz Überschreiben von Methoden und Variablen Dynamisches Binden Überschreiben von Methoden verhindern durch final Die Klasse java. lang. Object Übungsaufgaben Abstrakte Klassen und Interfaces Übungsaufgaben Weiteres zum Thema Objektorientierung Erstellen von Paketen Zugriffsrechte Innere Klassen Anonyme Klassen Zusammenfassung Übungsaufgaben Exceptions und Errors Eine Einführung in Exceptions Was ist eine Exception? Übungsaufgaben Abfangen von Exceptions Ein Anwendungsbeispiel DieRuntimeException Übungsaufgaben Exceptions für Fortgeschrittene Definieren eigener Exceptions Übungsaufgaben Vererbung und Exceptions Vorsicht, Falle! Der f inally-block Die Klassen Throwable und Error Zusammenfassung Übungsaufgaben Assertions Zusicherungen im Programmcode Compilieren des Programmcodes Ausführen des Programmcodes Zusammenfassung 318

7 10 Inhaltsverzeichnis 11 Fortgeschrittene objektorientierte Programmierung Aufzählungstypen Deklaration eines Auf Zählungstyps Instanzmethoden der enum-objekte Selbstdefinierte Instanzmethoden für enum-objekte Übungsaufgaben Generische Datentypen Generizität in alten Java-Versionen Generizität ab Java Einschränkungen der Typ-Parameter Wildcards Bounded Wildcards Generische Methoden Ausblick Übungsaufgaben Sortieren von Feldern und das Interface Comparable Einige wichtige Hilfsklassen Die Klasse StringBuff er Arbeiten mit St ring-objekten Arbeiten mit StringBuff er-objekten Übungsaufgaben Die Wrapper-Klassen (Hüll-Klassen) Arbeiten mit eingepackten" Daten Aufbau der Wrapper-Klassen Ein Anwendungsbeispiel Automatische Typwandlung für die Wrapper-Klassen Übungsaufgaben Die Klassen Biginteger und BigDecimal Arbeiten mit langen Ganzzahlen Aufbau der Klasse Biginteger Übungsaufgaben Arbeiten mit langen Gleitkommazahlen Aufbau der Klasse BigDecimal Viele Stellen von Nullstellen gefällig? Übungsaufgaben Die Klasse DecimalFormat Standard-Ausgaben in Java Arbeiten mit Format-Objekten Vereinfachte formatierte Ausgabe Übungsaufgaben Die Klassen Date und Calendar Arbeiten mit Zeitpunkten" Auf die Plätze, fertig, los! Spezielle Calendar-Klassen Noch einmal: Zeitmessung Übungsaufgaben 382

8 Inhaltsverzeichnis Die Klassen SimpleDateFormat und DateFormat Arbeiten mit Format-Objekten für Datum/Zeit-Angaben Übungsaufgaben DieCollection-Klassen Sammlungen" von Objekten - Der Aufbau des Interface Collection Sammlungen" durchgehen - Der Aufbau des Interface Iterator Mengen Das Interface Set Die Klasse HashSet Das Interface SortedSet Die Klasse TreeSet Listen Das Interface Li st Die Klassen ArrayList und LinkedList Suchen und Sortieren - Die Klassen Collections und Arrays Übungsaufgaben Die Klasse StringTokenizer Übungsaufgaben 404 III Grafische Oberflächen in Java Aufbau grafischer Oberflächen in Frames - von AWT nach Swing Grundsätzliches zum Aufbau grafischer Oberflächen Ein einfaches Beispiel mit dem AWT Let's swing now! Etwas Fill-in" gefällig? Die AWT- und Swing-Klassenbibliothek im Überblick Übungsaufgaben Swing-Komponenten Die abstrakte Klasse Component Die Klasse Container Die abstrakte Klasse JComponent Layout-Manager, Farben und Schriften Die Klasse Color Die Klasse Font Layout-Manager Die Klasse FlowLayout Die Klasse BorderLayout Die Klasse GridLayout Einige Grundkomponenten Die Klasse JLabel Die abstrakte Klasse AbstractButton 434

9 12 Inhaltsverzeichnis Die Klasse JButton Die Klasse JToggleButton Die Klasse JCheckBox Die Klassen JRadioButtonund ButtonGroup Die Klasse JComboBox Die Klasse JList Die abstrakte Klasse JText Component Die Klassen JTextFieldimd JPasswordField Die Klasse JTextArea Die Klasse JScrollPane Die Klasse JPanel Spezielle Container, Menüs und Toolbars Die Klasse JFrame Die Klasse JWindow Die Klasse JDialog Die Klasse JMenuBar Die Klasse JToolBar Übungsaufgaben Ereignisverarbeitung Zwei einfache Beispiele Zufällige Grautöne als Hintergrund Ein interaktiver Bilderrahmen Programmiervarianten für die Ereignisverarbeitung Innere Klasse als Listener-Klasse Anonyme Klasse als Listener-Klasse Container-Klasse als Listener-Klasse Separate Klasse als Listener-Klasse Event-Klassen und -Quellen Listener-Interfaces und Adapter-Klassen Listener-Registrierung bei den Event-Quellen Auf die Plätze, fertig, los! Übungsaufgaben Einige Ergänzungen zu Swing-Komponenten Zeichnen in Swing-Komponenten Grafische Darstellung von Komponenten Das Grafik-Koordinatensystem Die abstrakte Klasse Graphics Ein einfaches Zeichenprogramm Layoutveränderungen und der Einsatz von revalidate Noch mehr Swing gefällig? Übungsaufgaben Applets Erstellen und Ausführen von Applets Vom Frame zum Applet am Beispiel Applet in HTML-Datei einbetten 519

10 Inhaltsverzeichnis Applet über HTML-Datei ausführen Die Methoden der Klasse JApplet Zwei Beispiele Auf die Plätze, fertig, los! Punkte verbinden im Applet Details zur HTML-Einbettung Der Applet-Tag Die Methode showdocument Sicherheitseinschränkungen bei Applets Übungsaufgaben 538 IV Threads, Datenströme und Netzwerk-Anwendungen Parallele Programmierung mit Threads Ein einfaches Beispiel Threads in Java Die Klasse Thread Das Interface Runnable Threads vorzeitig beenden Wissenswertes über Threads Lebenszyklus eines Threads Thread-Scheduling Dämon-Threads und Thread-Gruppen "Thread-Synchronisation und -Kommunikation Das Leser/Schreiber-Problem Das Erzeuger/Verbraucher-Problem Threads in Frames und Applets Auf die Plätze, fertig, los! Spielereien Swing-Komponenten sind nicht Thread-sicher Übungsaufgaben Ein-und Ausgabe über Streams Grundsätzliches zu Streams in Java Dateien und Verzeichnisse -Die Klasse File Ein- und Ausgabe über Character-Streams Einfache Reader- und Writer-Klassen Gepufferte Reader-und Writer-Klassen Die Klasse StreamTokenizer Die Klasse PrintWriter Die Klassen IOTools und Scanner Was machen eigentlich die IOTools? Konsoleneingabe über ein Scanner-Objekt Ein- und Ausgabe über Byte-Streams Einige InputStream- und OutputStream-Klassen Die Serialisierung und Deserialisierung von Objekten

11 14 Inhaltsverzeichnis Die Klasse PrintStream Einige abschließende Bemerkungen Übungsaufgaben Client/Server-Programmierung in Netzwerken Wissenswertes über Netzwerk-Kommunikation Protokolle IP-Adressen Ports und Sockets Cüent/Server-Programmierung Die Klassen ServerSocket und Socket Ein einfacher Server Ein einfacher Client Ein Server für mehrere Clients Ein Mehrzweck-Client Wissenswertes über URLs Client/Server-Kommunikation über URLs Netzwerkverbindungen in Applets Übungsaufgaben 623 V Ausblick und Anhang Blick über den Tellerrand Der Vorhang fällt A fool with a tool Alles umsonst? Und fachlich? Zu guter Letzt 634 A Der Weg zum guten Programmierer 635 A.l Die goldenen Regeln der Code-Formatierung 636 A.2 Die goldenen Regeln der Namensgebung 639 A.3 Zusammenfassung 641 В Die Klasse lotools -Tastatureingaben in Java 643 B.l Kurzbeschreibung 643 B.2 Anwendung der IOTools-Methoden 644 С Der Umgang mit der API-Spezifikation 647 C.l Der Aufbau der API-Spezifikation 647 C.2 Der praktische Einsatz der API-Spezifikation 648 D Glossar 653 Literaturverzeichnis 667 Stichwortverzeichnis 671