Programmierkurs. 11. Vorlesung. Sven Mallach. 13. Januar Institut für Informatik - Lehrstuhl Prof. Dr. M. Jünger 1/ 60

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1 Programmierkurs 11. Vorlesung Sven Mallach Institut für Informatik - Lehrstuhl Prof. Dr. M. Jünger 13. Januar / 60

2 Klausuren 1. Termin: Di Termin: Do Uhrzeit: In beiden Fällen: Uhr Klausurdauer: 60 Minuten! 2/ 60

3 Klausuren Modalitäten und Räumlichkeiten: 1. Klausur: Chemie I, Physik I, II, III 2. Klausur: Physik I, II, III Zuordnung wird jeweils in der Woche vor der Klausur online gestellt (Lehrstuhlwebseite!) Hörsäale implizieren Papierklausur! Informationen zur Anmeldung zur Klausur unter: juenger/teaching/ws 0910/pkurs/anmeldung.html 3/ 60

4 Vorlesung und Probeklausur In 2010 insgesamt 3 ordentliche Vorlesungen (heute, , ). In der planmässig letzten Vorlesung (03.02.) wird eine Probeklausur angeboten! Plan: 60 Minuten Klausur, keine Korrektur, dafür direkt im Anschluss Vorstellung einer gültigen Lösung der Klausur. Enger Zeitplan, deshalb unbedingt pünktlich sein, damit wir um 14 Uhr mit der Klausur beginnen können! 4/ 60

5 Kurze Wiederholung: Vererbung und Polymorphie 5/ 60

6 Vererbung Vererbung von Variablen und Methoden durch Ableiten einer Subklasse von einer Basisklasse mittels des Schlüsselworts extends. Diese können: nur geerbt, d.h. in die Subklasse übernommen werden in der Subklasse spezialisiert / überschrieben werden Auf überschriebene Attribute und Methoden der Basisklasse kann mittels super weiterhin zugegriffen werden. 6/ 60

7 Vererbung Subklassen können darüber hinaus neue Variablen und Methoden definieren. Weitere Spezialisierung des Datentyps durch Eigenschaften und Methoden, die nur für den speziellen, aber nicht für den allgemeinen Typ gelten. 7/ 60

8 Vererbung Eine Java-Klasse kann direkt...: von einer abstrakten Basisklasse erben oder von einer konkreten Klasse erben und mehrere Interfaces implementieren (mittels implements) 8/ 60

9 Interfaces Interfaces geben lediglich eine Schnittstelle vor, d.h. Methodensignaturen ohne Implementierung, sowie Konstanten. Ein Interface kann...: von mehreren Interfaces erben (mittels extends!) genauso als Datentyp verwendet werden, wie eine Klasse 9/ 60

10 Polymorphie und dynamische Bindung Ein Objekt der Subklasse ist ein Objekt der Basisklasse! Ein Objekt kann vielerlei Datentypen annehmen, nämlich alle Typen von Basisklassen und Interfaces entlang der Vererbungshierarchie. Man nennt dies Polymorphie. Ob für ein Objekt eine Methode seiner Basisklasse oder seiner Spezialisierung aufgerufen wird, hängt allein vom dynamischen Typ des Objekts ab! Man nennt dies dynamische Bindung. 10/ 60

11 Graphische Benutzeroberflächen 11/ 60

12 Graphische Benutzeroberflächen Was ist eine graphische Benutzeroberfläche (engl. Graphical User Interface, GUI)? Eine graphische Benutzeroberfläche ist ein Programmbestandteil, welcher dem Benutzer erlaubt, den Ablauf des Programms zu beobachten / nachzuverfolgen mittels Eingaben über eine fensterbasierte Steuerung zu manipulieren 12/ 60

13 Graphische Benutzeroberflächen Das Anzeigen von Statusinformationen des Programms erfolgt beispielsweise über: Textausgabe-Einheiten wie Labels Hinweis-Fenster (Dialoge) Bilder / Grafiken 13/ 60

14 Graphische Benutzeroberflächen Die Eingabe / Steuerung des Benutzers des Programms erfolgt beispielsweise über: Buttons Menüs Tabellen Texteingabefelder 14/ 60

15 GUIs mit Java Java beinhaltet bereits Basiskomponenten zum Erstellen von graphischen Benutzeroberflächen. Dazu stehen insbesondere die Pakete Java Abstract Windowing Toolkit (AWT) Java Swing Standard Widget Toolkit (SWT), für Eclipse, nicht Bestandteil des Java SDK zur Verfügung. Dabei ist die Implementierung von graphischen Benutzeroberflächen eng mit dem Konzept der Vererbung verzahnt. 15/ 60

16 Swing - Eigenschaften baut allein auf Java-internen Bausteinen und AWT auf ist leichtgewichtig - das sog. Rendern erfolgt allein mittels Java-internen Hilfsmitteln plattformunabhängig - gleiches Erscheinungsbild (Look) und Verhalten (Feel) im Standardmodus auf allen Betriebssystemen einige Zusatz-Features gegenüber AWT, wie z.b. die Unterstützung von Drag & Drop und wählbare Look and Feels 16/ 60

17 Swing - Eigenschaften Entwicklung graphischer Oberflächen mittels Swing ist am Einfachsten mit WYSIWYG-Tools, u.a. auch der NetBeans IDE. Für den hier behandelten Rahmen jedoch genügt die textbasierte Entwicklung unter Eclipse und anderen Editoren völlig. Einbindung in den Quellcode mittels Importieren der Pakete: javax.swing.* java.awt.* 17/ 60

18 Swing - Fenster Jedes GUI-Programm besitzt eine Art Hauptfenster, welches in der Hierarchie der graphischen Komponenten ganz oben steht. Für gewöhnliche Java-Programme (nicht Applets) kommen dafür die folgenden Klassen in Frage: JFrame - Ein gewöhnliches Hauptfenster JDialog - Ein (meist modal verwendetes) Dialogfenster Abbildung: Beispiel für ein typisches JDialog-Fenster 18/ 60

19 Swing - Fenster Jedes Hauptfenster besitzt eine so genannte ContentPane, in der die Subkomponenten untergebracht werden. Abbildung: ContentPane als Bestandteil eines jeden Hauptfensters (JMenuBar nicht Bestandteil eines JFrames!) 19/ 60

20 Swing - Layouts Die Anordnung der Komponenten in einem Container (JFrame, JDialog, JPanel,...) wird durch einen sogenannten LayoutManager bestimmt und manipuliert. BorderLayout BoxLayout CardLayout FlowLayout GridBagLayout GridLayout GroupLayout SpringLayout 20/ 60

21 Swing - BorderLayout Die Klasse BorderLayout erleichtert das Anordnen von Objekten im Fenster durch Verwendung von Konstanten für fünf Bereiche. PAGE START (NORTH) PAGE END (SOUTH) LINE START (LEFT) LINE END (RIGHT) CENTER Dabei darf jeder dieser Bereiche genau eine Komponente beinhalten. Sollen mehrere Objekte abgelegt werden, verwendet man Container innerhalb von Containern, die wiederum eigene LayoutManager haben können. 21/ 60

22 Swing - Ein erstes Programm Verwenden wir nun also die Klasse JFrame zur Erstellung eines ersten simplen Swing-Programms. Hauptfenster haben u.a. typischerweise folgende Eigenschaften: geometische Eigenschaften, wie Position auf dem Bildschirm und Breite bzw. Höhe einen Titel ein Layout - Standard für JFrame ist das BorderLayout 22/ 60

23 Swing - Ein erstes Programm public class ErsteGUI public static void main(string[] args) JFrame frame = new JFrame("Ein Titel"); frame.setdefaultcloseoperation(jframe.exit ON CLOSE); frame.setvisible(true); } } Wichtig: setvisible(true) nicht vergessen! Sehr viele weitere Konfiguationsmöglichkeiten, z.b.: setsize(), setpreferredsize(), setmaximumsize() (jeweils Pixelgenau mittels der Klasse Dimension) setlocation() zum Setzen der Position des Fensters auf dem Bildschirm... 23/ 60

24 Swing - Komponenten zur Interaktion Beispiele für zu Grundbausteinen zugehörige Klassen: Buttons - JButton Menüs - JMenu Tabellen - JTable Texteingabefelder - JTextField Textausgabefelder - JLabel 24/ 60

25 Swing - Ein erstes Programm Hinzufügen von Komponenten in die ContentPane: public class ErsteGUI public static void main(string[] args) JFrame frame = new JFrame("Ein erster Titel"); frame.setdefaultcloseoperation(jframe.exit ON CLOSE); JLabel lbl = new JLabel(); lbl.settext("hello graphical World!"); frame.getcontentpane().add(lbl); } } frame.pack(); // Passe Fenstergroesse an Inhalt an frame.setvisible(true); 25/ 60

26 Swing - Vererbung Wo finden wir in diesem kleinen Beispiel Konzepte der Vererbung wieder? 1.: In Java sind alle Klassen für Fenster und andere graphische Komponenten von der abstrakten Basisklasse java.awt.component abgeleitet. Methoden wie add(component comp) (wie im Falle der ContentPane) akzeptieren also beliebige GUI-Komponenten. Dies gilt sowohl für vorgefertigte, als auch eigene durch Ableitung erzeugte Komponenten! 26/ 60

27 Swing - Vererbung Wo finden wir in diesem kleinen Beispiel Konzepte der Vererbung wieder? 2.: Jede Klasse, die wir etwa von JFrame ableiten, ist ein JFrame! In der Regel verwenden wir also nicht direkt Instanzen von JFrame, sondern leiten eigene Klassen ab, deren Eigenschaften wir dann spezialisieren. 27/ 60

28 Swing - Ein erstes Programm public class Hauptfenster extends JFrame Hauptfenster() settitle("dies ist das Hauptfenster"); setdefaultcloseoperation(exit ON CLOSE); JLabel lbl = new JLabel(); lbl.settext("hello graphical World!"); getcontentpane().add(lbl); pack(); setvisible(true); } public static void main(string[] args) Hauptfenster h = new Hauptfenster(); } 28/ 60

29 Swing - Vererbung Wie profitieren wir nun von der Lösung mittels Vererbung? In der Praxis soll das Fenster Informationen darstellen und deren Verarbeitung vereinfachen. Durch das Anlegen einer eigenen Klasse können wir nun spezialisierte Methoden hinzufügen, die genau die gewünschten Informationen speichern, anzeigen und verändern, sowie auf Ereignisse im Programmablauf (Mausklicks etc.) reagieren. 29/ 60

30 Swing - Ein etwas größeres Beispiel Entwickeln wir nun ein kleines Programm, welches die wichtigsten Swing-Komponenten demonstriert und eine Interaktion mit einem Benutzer vorsieht: Einen Celsius-Fahrenheit-Umrechner. 30/ 60

31 Swing - Ein etwas größeres Beispiel Beginnen wir erneut mit einer von JFrame abgeleiteten Klasse. public class Umrechner extends JFrame JButton but; JMenuItem beenden, in f, in c; JTextField eingabe; JLabel lbl; boolean c to f = true; Umrechner() setdefaultcloseoperation(exit ON CLOSE); initialisiere(); // siehe naechste Folie setvisible(true); } 31/ 60

32 Swing - Ein etwas größeres Beispiel public class Umrechner extends JFrame... private void initialisiere() settitle("celsius - Fahrenheit - Umrechner"); BorderLayout bl = (BorderLayout) this.getlayout(); bl.sethgap(100); add textfield(); add label(); add button(); add menubar(); pack(); }... 32/ 60

33 Swing - Ein etwas größeres Beispiel public class Umrechner extends JFrame... private void add button() but = new JButton("Umwandeln"); but.setpreferredsize(new Dimension(100, 40)); getcontentpane().add(but, BorderLayout.PAGE END); } private void add textfield() eingabe = new JTextField(); eingabe.settext("bitte hier den Wert eintragen."); eingabe.setpreferredsize(new Dimension(300, 20)); getcontentpane().add(eingabe, BorderLayout.PAGE START); } 33/ 60

34 Swing - Ein etwas größeres Beispiel public class Umrechner extends JFrame... private void add label() lbl = new JLabel(); lbl.settext("ergebnis (Fahrenheit): "); getcontentpane().add(lbl, BorderLayout.CENTER); } }... 34/ 60

35 Swing - Ein etwas größeres Beispiel public class Umrechner extends JFrame... private void add menubar() JMenuBar bar = new JMenuBar(); JMenu men1 = new JMenu("Programm"); beenden = new JMenuItem("Beenden"); men1.add(beenden); JMenu men2 = new JMenu("Modus"); in f = new JMenuItem("Celsius -> Fahrenheit"); in c = new JMenuItem("Fahrenheit -> Celsius"); men2.add(in f); men2.add(in c); bar.add(men1); bar.add(men2); setjmenubar(bar); }... 35/ 60

36 Swing - Ein etwas größeres Beispiel Optisch soweit so gut, aber beim Klicken auf Buttons oder Menüeinträge geschieht noch nichts. Was wir hier benötigen sind sog. Listener für Events. Ein Mausklick auf einen Button Das Auswählen eines Menüeintrages Das Bewegen der Maus über einen bestimmten Bereich Das Drücken von Tasten oder Tastenkombinationen und vieles anderes mehr... sind so genannte ActionEvents, welche alle mittels Java-Hilfsmitteln wahrgenommen werden können. 36/ 60

37 Das Interface ActionListener Das Interface ActionListener erlaubt die Reaktion auf Objekte vom Typ ActionEvent, wie Sie z.b. durch einen Mausklick auf einen JButton ausgelöst werden. Folgende Schritte sind hierzu erforderlich: Die jeweilige Klasse, die reagieren soll, muss das Interface ActionListener implementieren folglich muss sie eine Methode public void actionperformed(actionevent e) implementieren Für das Objekt, auf welches reagiert werden soll (also z.b. einen Button), muss das jeweilige Listener-Objekt mittels addactionlistener(actionlistener l) registriert werden Hier kann nun ein Objekt der obigen implementierenden Klasse übergeben werden, da diese nun auch den Typ ActionListener annehmen kann. Importieren des Pakets: java.awt.event* 37/ 60

38 Das Interface ActionListener public class Umrechner extends JFrame implements ActionListener JButton but; JMenuItem beenden, in f, in c;... private void add menubar()... beenden = new JMenuItem("Beenden"); beenden.addactionlistener(this); men1.add(beenden); in f = new JMenuItem("Celsius -> Fahrenheit"); in c = new JMenuItem("Fahrenheit -> Celsius"); in f.addactionlistener(this); in c.addactionlistener(this); men2.add(in f); men2.add(in c);... } // Fortsetzung auf naechster Folie 38/ 60

39 Das Interface ActionListener... private void add button() but = new JButton("Umwandeln"); but.addactionlistener(this); getcontentpane().add(but, BorderLayout.PAGE END); } public void actionperformed(actionevent e) if (e.getsource().equals(beenden)) System.exit(0); else if (e.getsource().equals(in f))... } } 39/ 60

40 Das Interface ActionListener Zusammenfassung aller Eventbehandlungen in der Methode actionperformed(actionevent e) Unterscheidung zwischen den jeweiligen Quellen mittels der Methode getsource() aus der Klasse ActionEvent Weitere Methoden zur genaueren Unterscheidung des jeweils aufgetretenen Events 40/ 60

41 Swing - Ein etwas größeres Beispiel Eine sinnvolle Reaktion auf das Klicken auf den Beenden-Eintrag im JMenu wäre eine Sicherheitsabfrage, ob der Benutzer das Programm wirklich beenden möchte. Für diesen Zweck eignen sich insbesondere Dialogfenster und somit die Klasse JDialog. Dialogfenster können mittels setmodal(boolean) als modal konfiguriert werden, d.h. man kann dann erst wieder auf andere Fenster des Programms zugreifen, wenn das Dialogfenster geschlossen wurde. Auch der gesamte Kontrollfluss des Programms setzt erst nach Schließen des Fensters fort. 41/ 60

42 Swing - JDialog Man kann JDialog-Container ebenso mit Inhalt bzw. Swing-Komponenten füllen, wie dies für JFrame-Objekte möglich ist Anders als bei JFrame existiert nicht die Konstante EXIT ON CLOSE, sondern drei andere von denen DISPOSE ON CLOSE die meistverwendete ist. Ein Klick auf das Schließen-Symbol führt dann zum Aufruf der Methode dispose(), welche das Fenster, aber nicht das Programm, beendet. 42/ 60

43 Swing - JOptionPane In der Regel verwendet man die Dialogfenster aber für einfache Standardaufgaben, benötigt also eine Textnachricht (Label) und einige Buttons auf die man reagiert. Für solche Anwendungsfälle gibt es bereits vorgefertigte Bausteine in der JOptionPane-Klasse Aufruf einer statischen Methode die automatisch ein JDialog-Fenster erzeugt, d.h. keine manuelle Erzeugung eines solchen erforderlich. Beispiel: static int showconfirmdialog(component parentcomponent, Object message, String title, int optiontype) 43/ 60

44 Swing - JOptionPane Vorgefertigte Dialogfenster-Typen: MessageDialog InputDialog ConfirmDialog OptionDialog Diverse Optionen (etwa welche Buttons zur Verfügung stehen sollen) sowie Rückgabewerte für die jeweilige Antwort des Benutzers sind als Konstanten in der Klasse definiert. 44/ 60

45 Swing - JOptionPane Vorgefertigte Auswahlbutton-Konfigurationen: DEFAULT OPTION (nur OK) YES NO OPTION YES NO CANCEL OPTION OK CANCEL OPTION 45/ 60

46 Swing - JOptionPane Vorgefertigte Rückgabetypen (für Confirm-, Input- und OptionDialog): YES OPTION NO OPTION CANCEL OPTION OK OPTION CLOSED OPTION 46/ 60

47 Swing - JOptionPane - MessageDialog Vorgefertigte Messagetypen (für MessageDialog): ERROR MESSAGE INFORMATION MESSAGE WARNING MESSAGE QUESTION MESSAGE PLAIN MESSAGE Abbildung: Verwendete Icons je nach Messagetyp static void showmessagedialog(component parentcomponent, Object message, String title, int messagetype) 47/ 60

48 Swing - Ein etwas größeres Beispiel Lassen wir uns also nun bestätigen, dass der Benutzer das Programm wirklich beenden möchte. Dazu verwenden wir einen ConfirmDialog, mit Ja/Nein-Optionen und einer entsprechenden Textnachricht: public void actionperformed(actionevent e) if (e.getsource().equals(beenden)) int ergebnis = JOptionPane.showConfirmDialog(this, "Sind Sie sicher, dass Sie das Programm verlassen moechten?", "Beenden?", JOptionPane.YES NO OPTION); } } if (ergebnis == JOptionPane.YES OPTION) System.exit(0); 48/ 60

49 Swing - Ein etwas größeres Beispiel Verwenden wir nun noch einen MessageDialog im Zusammenspiel mit Exception-Handling, falls der Benutzer etwas anderes als eine Zahl eingibt und dann auf umwandeln klickt. public void actionperformed(actionevent e) if (e.getsource().equals(but)) try double val = Double.parseDouble(eingabe.getText()); } catch (NumberFormatException nfe) JOptionPane.showMessageDialog(this, "Bitte geben Sie einen gueltigen Zahlwert ein!", "Ungueltige Eingabe", JOptionPane.ERROR MESSAGE); } } } eingabe.settext("bitte hier den Wert eintragen."); 49/ 60

50 Swing - Ein etwas größeres Beispiel Nun wollen wir aber auch wirklich die Umrechnung durchführen, also erweitern wir den try-block noch ein wenig. public void actionperformed(actionevent e) if (e.getsource().equals(but)) try double val = Double.parseDouble(eingabe.getText()); if (c to f) double fahr = val ; lbl.settext("ergebnis: " + fahr + " Fahrenheit"); } else double cels = (val 32) / 1.8; lbl.settext("ergebnis: " + cels + " Celsius"); } } catch (NumberFormatException nfe)... } 50/ 60

51 Swing - Menüs reviewed In unserem Umrechner-Beispiel haben wir schon eine JMenuBar verwendet und festgestellt, dass es eine gewisse Hierarchie gibt: Jedes Hauptmenü in der Kopfzeile entspricht einem JMenu-Objekt, welches der JMenuBar des Fenster-Containers hinzugefügt werden kann. Jedes JMenu besteht nun aus mehreren JMenuItem-Objekten oder kann auch weitere Submenüs enthalten, wenn man ein JMenu-Objekt zu einem bestehenden JMenu hinzufügt. Die Reihenfolge des Hinzufügens mit add() legt die angezeigte Reihenfolge fest. Es gilt zu beachten: Jede Swing-Komponente kann zu einem Zeitpunkt immer nur in einem Container enthalten sein. Wird es in einen anderen Container eingefügt, wird es automatisch aus dem bisherigen Container entfernt. Kopieren geht also auf diese Weise nicht! 51/ 60

52 Swing - Menüs reviewed Abbildung: Eine JMenuBar mit 3 JMenus, davon eins als Submenü 52/ 60

53 Swing - Menüs reviewed Neben den gewöhnlichen JMenuItems gibt es noch weitere Typen von Menüelementen, nämlich: JCheckBoxMenuItem - Zur Auswahl mehrerer zusammengehöriger Einträge JRadioButtonMenuItem - Zur Auswahl genau eines mehrerer zusammengehöriger Einträge Beide gibt es auch als normale Button-Variante (JCheckBox und JRadioButton). 53/ 60

54 Swing - JCheckBoxMenuItem public class Menuframe extends JFrame JMenuBar bar; JMenu zwei; JCheckBoxMenuItem cb1, cb2, cb3; Menuframe() bar = new JMenuBar(); zwei = new JMenu("Zwei"); cb1 = new JCheckBoxMenuItem("Check1"); cb2 = new JCheckBoxMenuItem("Check2"); cb3 = new JCheckBoxMenuItem("Check3"); cb2.setselected(true); zwei.add(cb1); zwei.add(cb2); zwei.add(cb3); bar.add(zwei); setjmenubar(bar); pack(); setvisible(true); } 54/ 60

55 Swing - JCheckBoxMenuItem Abbildung: Das 2. Menü besitzt 3 Objekte vom Typ JCheckBoxMenuItem 55/ 60

56 Swing - JCheckBoxMenuItem Mittels setselected(boolean) oder durch Mausklicks kann das Häkchen gesetzt / entfernt werden. Mittels isselected(boolean) kann der Status im Programmcode überprüft werden. Die manuelle Verarbeitung der Events läuft etwas anders als bei normalen JMenuItems, nämlich mit Hilfe des Interfaces ItemListener und der zu implementierenden Methode public void itemstatechanged(itemevent e) 56/ 60

57 Swing - JRadioButtonMenuItem RadioButtons modellieren eine Gruppe von Auswahlmöglichkeiten, von denen nur eine ausgewählt sein kann. Man verwendet deshalb die Klasse ButtonGroup um eine solche Gruppierung herzustellen. Bezueglich des Setzens und Überpruefens von ausgewählten RadioButtons erfolgt mit denselben Methoden wie bei den JCheckBoxMenuItems. Die Eventbehandlung kann unter anderem wie gewohnt mit ActionListener realisiert werden. 57/ 60

58 Swing - JRadioButtonMenuItem public class Menuframe extends JFrame JMenuBar bar; JMenu drei; JRadioButtonMenuItem rb1, rb2, rb3, rb4; Menuframe() bar = new JMenuBar(); setjmenubar(bar); drei = new JMenu("Drei"); bar.add(drei); pack(); setvisible(true); rb1 = new JRadioButtonMenuItem("Radio1"); rb2 = new JRadioButtonMenuItem("Radio2"); rb3 = new JRadioButtonMenuItem("Radio3"); rb4 = new JRadioButtonMenuItem("Radio4"); ButtonGroup radios = new ButtonGroup(); radios.add(rb1); radios.add(rb2); radios.add(rb3); // Fortsetzung auf der naechsten Folie 58/ 60

59 Swing - JRadioButtonMenuItem drei.add(rb1); drei.add(rb2); drei.add(rb3); drei.addseparator(); drei.add(rb4); } } Abbildung: Das 3. Menü besitzt 4 Objekte vom Typ JRadioButtonMenuItem, wobei das letzte nicht mit den ersten 3 gruppiert ist 59/ 60

60 Tastenkürzel / Mnemonics Für Menüs und Menü-Items gibt es gewöhnlicherweise festlegte Tastenkürzel, die entweder durch einen unterstrichenen Buchstaben (ALT + Buchstabe) oder durch angegebene Tastenkombinationen hinter dem Menüeintrag. Java erlaubt das Festlegen solcher Tastenkürzel für alle vorgestellten Menükomponenten mittels der Methode setmnemonic(int). Wichtig hierzu ist die Klasse KeyEvent welche diverse int-werte für Tasten der Standardtastatur definiert. JMenuItem mi = new JMenuItem("Beispiel"); mi.setmnemonic(keyevent.vk B); 60/ 60