Programmieren in Java

Transkript

1 Exceptions Datei-Handling

2 2 Interfaces (Wiederholung) Ein Interface (Schnittstelle) ist eine abstrakte Klasse, in der alle Methoden public sind (per default, eine Sichtbarkeit muss nicht angegeben werden) abstrakt sind (per default, abstract muss nicht angegeben werden) SICHTBARKEIT interface BEZEICHNER { RÜCKGABETYP BEZEICHNER ( DATENTYP PARAM- BEZEICHNER, ); Eine Klasse implementiert ein Interface und gibt die Beziehung mit implements an public class BEZEICHNER implements INTERFACE-BEZEICHNER { Eine implementierende Klasse muss entweder alle Methoden des Interfaces definieren oder als abstract deklariert werden

3 Objektorientierte Programmierung 3 Vergleich von Schnittstelle und abstrakter Klasse (Wiederholung) Schnittstelle hat als Elemente: Konstanten Methodensignaturen Abstrakte Klasse hat als Elemente: Konstanten Variablen Methodensignaturen ohne Methodenrumpf => abstract Mit Methodenrumpf => nicht abstract Klasse kann maximal eine abstrakte Basisklasse haben Klasse kann mehrere Schnittstellen implementieren

4 Objektorientierte Programmierung 4 Fehler = Exceptions? Die Exception- bzw. Ausnahmebehandlung in Java ist eine spezielle Form der Fehlerbehandlung Typischerweise treten beim Programmieren folgende Fehler auf: Syntaktische Fehler: vom Compiler erkannt Übersetzung des Programms erst nach Behebung des Fehler möglich Logische Fehler und Bugs: schwer zu lokalisieren (z.b. + und - vertauscht). Behebung z. B. durch systematisches Ausgeben von Debug-Informationen Laufzeitfehler: Fehlerquelle kann außerhalb des Programms liegen: Benutzerangaben oder Ressourcenanforderungen (z.b. Dateien) Diese Fehler müssen im Programm abgefangen bzw. behandelt werden.

5 Objektorientierte Programmierung 5 Fehler an Ort und Stelle vermeiden Grundsätzlich sollten Fehler an dem Ort Ihres Auftretens vermieden oder behandelt werden Beispiel: Bevor man auf die Argumente eines Programmaufrufs zugreift, sollte man sich vergewissern, das diese auch vorhanden sind public static void main(string[] args) { if (args.length!= 1) { System.out.println("Falsche Anzahl an Argumenten"); System.exit(0); System.out.println(args[0]);

6 Fehlerbehandlung durch Codierung in Rückgabewerten Mit den bisherigen Mitteln kann das Fehlschlagen einer Ausführung durch Codierung in der Rückgabe umgesetzt werden Das ist auch durchaus ein nutzbarer Ansatz, allerdings Was wenn die Methode eine Rückgabe liefern soll, die für die Fehlercodierung ungeeignet ist z. B. ein Objekt? Ein Nutzer der Methode kann die Rückgabe ignorieren, so dass unter Umständen eine nötige Fehlerbehandlung überhaupt nicht durchgeführt wird public float teilen(float zaehler, float nenner) { if (nenner == 0.0f) { return Float.NaN; return zaehler / nenner; Objektorientierte Programmierung 6 float quotient = teilen(zaehler, nenner); if (Float.isNaN(quotient)) { System.out.println("Fehler: Division durch Null"); else { System.out.println("Divisionsergebnis: " + quotient);

7 Objektorientierte Programmierung 7 Exceptions Java bietet Exceptions mit eine Alternative zur Fehlerbehandlung Eine Exception ist ein Objekt der Klasse Exception oder einer abgeleiteten Klasse von Exception Exceptions dienen dazu das Auftreten und Erkennen eines Fehlers räumlich im Code zu trennen Code für eine bessere Übersicht nicht durch aufwendige Fehlerbehandlung unterbrochen sinnvolle Fehlerbehandlung am Ort des Auftretens nicht möglich

8 8 Fehlerbehandlung durch Exceptions Die Ausführung einer Methode kann jederzeit durch das Werfen einer Exception-Instanz beendet werden Methoden, die durch eine Exception abgebrochen werden könnten, müssen diese in ihrer Signatur nach dem Schlüsselwort throws angeben MODIFIKATOREN RÜCKGABETYP BEZEICHNER ( throws EXCEPTION-TYP, ; public float teilen(float zaehler, float nenner) throws Exception{ Innerhalb der Methode wird eine Exception-Instanz mittels throw geworfen: if (nenner == 0.0f) { throw new Exception("Division durch Null"); Die Ausführung der Methode wird mit throw abgebrochen, d.h. nachfolgender Code wird nicht mehr ausgeführt Der Methodenaufruf wird keine Rückgabe liefern

9 9 Fehlerbehandlung durch Exceptions Man betrachte folgende Methodensignatur und Methodenaufruf public Object createsomething() throws Exception{ Object something = createsomething(); System.out.print(something); Der Aufruf createsomething() könnte nach Signatur zu einer Exception führen Kommt es zum Fehlerfall, liefert der Aufruf kein Ergebnis Die Variable something bleibt also uninitialisiert Variablen müssen in Java vor ihrer ersten Auswertung initialisiert sein, ansonsten kommt es zum Compilefehler Damit ist System.out.println() unter Umständen nicht compilierbar Um diesen Konflikt zu vermeiden, bietet Java die Möglichkeit Codeblöcke versuchsweise auszuführen Das dafür vorgesehene Sprachkonstrukt nennt sich try-catch-block

10 10 Fehlerbehandlung durch Exceptions In einem try-catch Block können mehrere Anweisungen ausgeführt werden Führt eine Anweisung zum Fehler wird keine der nachfolgenden ausgeführt Jede dieser Anweisungen kann das Schmeißen diverser Exceptions signalisieren Für jeden Exception-Typ kann ein catch-block angegeben werden Es müssen alle potentiellen Exceptions durch catch abgefangen werden Ein catch-block kann mehrere Exception-Typen abdecken: Entweder durch die Angabe eines übergeordneten Exception-Typs try { catch (Exception e) { Oder durch Angabe mehrerer Typen: try { catch (ExceptionTyp_1 ExceptionTyp_2 e) { Jede Exception darf allerdings nur einmal durch einen catch-block behandelt werden

11 11 Fehlerbehandlung durch Exceptions Angenommen ein Aufruf innerhalb des try-blockes führt zu einem illegalen Programmzustand Der catch-block sollte dann dazu genutzt werden, diesen illegalen Zustand wieder aufzulösen Ist dies in der aufrufenden Methode nicht möglich, so kann die Exception an die nächste Methode weitergereicht werden: Dazu muss auch die aufrufende Methode die möglichen Exceptions per throws deklarieren Falls die Methode alle Exceptions definiert, die im try-teil potentiell auftreten könnten, so kann try-catch in der Methode weggelassen werden public float teilen(float zaehler, float nenner) throws DivideException { if (nenner == 0.0f) { throw new DivideException( Division durch Null" ); return zaehler / nenner; Alternative kann die Methode eine eigene Exception anderen Typs schmeißen, dann ist allerdings ein try-catch für den teilen-aufruf nötig

12 12 Fehlerbehandlung durch Exceptions Neben dem catch-block kann optional noch ein finally-block angegeben werden Der Code innerhalb des finally-blockes wird in jedem Fall ausgeführt: Entweder nach erfolgreicher Ausführung aller im try-block befindlichen Anweisungen Oder nachdem ein Fehler durch einen catch-block behandelt wurde

13 try-catch-finally Neben dem catch-block kann optional noch ein finally-block angegeben werden try { AUFRUF EINER METHODE, DIE MIT THROWS DEFINIERT WURDE catch ( EXCEPTION-TYP BEZEICHNER_1 ) { FEHLERBEHANDLUNG catch ( EXCEPTION-TYP BEZEICHNER_N ) { finally { try { teilen(); // wird nicht mehr ausgeführt // falls in der Methode teilen // eine Exception geworfen // wurde catch (Exception e) { System.out.println( e.getmessage() ); finally { System.out.println( "Dies wird immer ausgeführt" ); 13 optional Der Code innerhalb des finally-blockes wird in jedem Fall ausgeführt: Entweder nach erfolgreicher Ausführung aller im try-block befindlichen Anweisungen Oder nachdem ein Fehler durch einen catch-block behandelt wurde

14 14 Eigene Exceptions Da Exception eine Java-Klasse ist, kann von ihr geerbt werden Durch Vererbung von Exception können eigene Exceptions definiert werden public class MyException extends Exception { public MyException(String message) { super(message); public float teilen(float zaehler, float nenner) throws MyException { if (nenner == 0.0f) { throw new MyException ( Division durch Null" ); return zaehler / nenner; try { teilen(5, 0); catch (MyException ex) { System.out.println(ex.getMessage() );

15 15 Laufzeit-Exceptions Exceptions können unterteilt werden in: 1. Checked Exceptions: Compiler prüft, ob Exceptions behandelt werden oder in der Signatur der Methode throws <Exceptionliste> enthalten sind und somit weitergeleitet werden () 2. Unchecked Exceptions werden als Laufzeit-Exceptions bezeichnet erben von der Klasse RuntimeException Bei RuntimeException und deren Subklassen nimmt der Compiler keine Überprüfung vor Wird eine RuntimeException nicht abgefangen, so kommt es unmittelbar zum Programmabbruch! Beispiele: NullPointerException oder ArrayOutOfBounds- Exception

16 16 Einlesen von Dateien Stream: Fluss von Bytes zwischen einem Sender und einem Empfänger Ein Stream, der von einer Datenquelle kommt, ist ein InputStream Ein Stream, der an eine Datenquelle geschickt wird, ist ein OutputStream. In Java erfolgt das Einlesen von Dateiinhalten über Datei-Streams Der Zugriff auf eine Datei erfolgt über ihren Dateipfad Ein Pfadobjekt wird über die Hilfsklasse java.nio.file.paths erzeugt: Path path = Paths.get("files/test.txt"); Dabei spielt keine Rolle, ob zu dem Pfad überhaupt eine Datei existiert Dies wird erst beim Zugriff (Lesen/Schreiben) validiert Java überprüft selbständig welches Trennzeichen für Ordner auf dem aktuellen Betriebssystem zugelassen ist Ob also \ (Windows) oder / (Linux) ist in der Angabe egal Ohne führendes Trennzeichen wird dem angegebenen Pfad der Pfad der Anwendung vorangestellt In Netbeans ist dies der Ordner, der den src-ordner enthält

17 17 Einlesen von Dateien Über die Hilfsklasse java.nio.file.files wird ein InputStream erzeugt Path path = Paths.get("files/test.txt"); InputStream stream = Files.newInputStream(path); Natürlich muss dafür die angegebene Datei existieren Ob eine Datei existiert, wird ebenfalls über Files angefragt if (Files.exists(path)) { else { Nun könnte mit stream.read() Byte für Byte der Dateiinhalt gelesen werden Lese- und Schreibeoperationen werden standardmäßig ohne Puffer ausgeführt D.h. jede Lese- bzw. Schreibeoperation wird an das Betriebssystem delegiert Das kann ein Programm allerdings sehr ineffektiv machen Daher werden InputStreams meist um einen Puffer erweitert Der Stream ließt dann solange von diesem Puffer bis dieser leer ist Erst dann erfolgt ein Betriebssystemaufruf

18 18 Einlesen von Dateien Ein InputStream wird durch eine sogenannte Wrapper -Klasse durch einen Puffer erweitert Path path = Paths.get("files/test.txt"); InputStream stream = Files.newInputStream(path); BufferedInputStream buffer = new BufferedInputStream(path); Da BufferedInputStream selbst wieder ein InputStream ist, kann überall da wo ein InputStream benötigt wird, ein gepufferter eingesetzt werden Es sei nun davon ausgegangen, dass der Inhalt einer Datei ein Text ist Liest man Byte für Byte müsste man diese Bytes zu Text umwandeln Diesen Aufwand kann man sich allerdings sparen, da die Java-API bereits Klassen anbietet, welche diese Aufgabe übernehmen: InputStream stream = Files.newInputStream(path); InputStreamReader reader = new InputStreamReader(stream); BufferedReader buffer = new BufferedReader(reader); Kürzer: BufferedReader buffer = Files.newBufferedReader(path);

19 19 Einlesen von Dateien Mit der Methode readline des BufferedReader kann eine Datei nun Zeile für Zeile eingelesen werden String line; StringBuilder out = new StringBuilder(); while ((line = reader.readln())!= null) out.append(line).append("\n"); Nach dem Einlesen einer Datei muss der InputStream geschlossen werden stream.close(); Die meisten Datei-Operationen können zu einer IOException führen Erzeugung, Einlesen und Schließen des Streams sollten getrennt werden, um in jedem Fall die Chance zu haben den Stream zu schließen try { // STREAM ERZEUGEN try { // STREAM EINLESEN finally { try { // STREAM SCHLIEßEN catch (IOException io) { catch (IOException io) {

20 20 Einlesen von Dateien Mit Java 7 wurde die try-catch-anweisung um das automatische Schließen von Ressourcen erweitert Als Ressource werden alle Objekte angesehen, die das Interface java.io.closeable implementieren try ( Closeable BEZEICHNER = ) { Ein InputStream ist Closable: Path path = Paths.get("files/test.txt"); StringBuilder out = new StringBuilder(); try (InputStream stream = Files.newInputStream(path)) { BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(stream)); String line; while ((line = reader.readln())!= null) out.append(line).append("\n"); catch (IOException io) {

21 21 Schreiben in Dateien Das Schreiben in eine Datei verläuft im Prinzip analog Anstelle eines InputStreams wird nun ein OutputStream verwendet Wie beim InputStream sollte ein Puffer eingesetzt werden Das Beispiel baut darauf das Text in eine Datei geschrieben werden soll String content = ; Path path = ; try (OutputStream stream = Files.newOutputStream(path)) { BufferedWriter writer = new BufferedWriter (new OutputStreamWriter(stream)); writer.write(content); writer.flush(); catch (IOException io) { Die Schreiboperation wird auf dem Puffer ausgeführt Die wirkliche Datei ist damit noch nicht mit dem Inhalt gefüllt Mit flush wird der Pufferinhalt in die Datei übertragen (Betriebssystem) Obiges kann man über die Hilfsklasse Files in einem Aufruf erledigen: try { Files.write(path, content.getbytes()); catch (IOException io) {

22 Objektorientierte Programmierung 22 CSV-Dateiformat CSV ist die Abkürzung für Comma-separated-values/Character-separated-values Datei dient zur Speicherung und dem Austausch einfach strukturierter Daten Ein Datensatz wird in einer Dateizeile gespeichert Ein Datensatz kann aus mehreren Daten bestehen, die durch ein Trennzeichen z. B. Komma oder Semikolon voneinander getrennt werden Beispiel: Max;Mustermann;Musterstadt; Optionaler Header in der ersten Zeile benennt die Dateispalten Dateien sind erkennbar an der Erweiterung *.csv Import für Excel oder Openoffice mit Semikolon als Trennzeichen Quelle:

23 Objektorientierte Programmierung 23 Aufgaben 1. Tests zum Exceptionhandling: a) In der Klasse Main des Beispielprojekts aus dieser Vorlesung soll die Kiste nun mit nur 4 Plätzen instanziiert werden. Was beobachten Sie bei einem Run des Projekts? b) Entfernen Sie in der Klasse Kiste in der Methode hinzufuegen(iform form) den if-satz und lassen Sie das Projekt erneut laufen. Was beobachten Sie nun? c) Umschließen Sie die hinzufuegen-methoden in der main-funktion mit einem trycatch-block, bei dem die ArrayIndexOutOfBoundsException abgefangen wird. Im catch-block soll folgende System.out.println-Meldung erfolgen, wobei die getmessage() von der Exception angehängt werden soll: "Das Kiste ist zu klein. Die Formen konnten nicht vollständig eingeräumt werden!" Führen Sie das Projekt erneut aus und welche Ausgabe beobachten Sie nun?

24 Objektorientierte Programmierung 24 Aufgaben 2. Ablauf beim Exceptionhandling erklären: In dem Projekt Aufgabe_Exceptions sind zwei eigene Fehlerklassen von Exception abgeleitet. In der Klasse Main sind 4 try-catch-blöcke enthalten. a) Überlegen Sie sich welche Ausgaben in der Konsole bei der Abarbeitung der trycatch-böcke erfolgen. b) Führen Sie das Programm einmal mit Run aus und vergleichen Sie ihre Überlegungen aus a) mit den tatsächlichen Ausgaben. c) Begründen Sie kurz die Ausgaben unter b).

25 Objektorientierte Programmierung 25 Aufgaben 3. Vererbungsmechanismen: In dem Projekt Aufgabe_Mietfahrzeug sind die Klassen Mietfahrzeug und Gelaendewagen definiert, die in der Main-Klasse instanziiert werden. a) Welche Preise werden in der Konsolenausgabe angegeben? b) Begründen Sie kurz warum die Preise 5 und 6 identisch sind?

26 26 Anhang: Ordnerinhalte einlesen Über einen DirectoryStream werden alle Dateien eines Ordners eingelesen DirectoryStream ist ebenfalls Closeable (erbt nicht von InputStream) Über Files kann festgestellt werden, ob ein Pfad einem Ordner entspricht Path path = if (Files.isDirectory(path)) { try (DirectoryStream stream = Files.newDirectoryStream(path)) { for (Object object : stream) { System.out.println(object); catch (IOException io) { Man beachte: Die for-iteration läuft über Objekt-Instanzen Man würde Path erwarten Dies ist in Wirklichkeit auch der Fall, nur ist es mit den bisherigen Mitteln nicht möglich den Compiler davon zu überzeugen Siehe: Vorlesung Generische Datentypen

27 27 Ordnerinhalte filtern Dem newdirectorystream-aufruf kann ein weiterer Parameter mitgegeben werden, über den die Ordnerinhalte gefiltert werden können Der Parameter ist vom Typ java.nio.file.directorystream.filter Filter ist ein Interface mit einer Methode: boolean accept(object entry) throws IOException; Ein möglicher Filter, der nur Dateien mit der Endung.txt liefert: public static class MyFilter implements DirectoryStream.Filter { public boolean accept(object entry) { Path path = (Path) entry; path = path.getname(path.getnamecount() - 1); return path.tostring().endswith(".txt"); Einbinden: MyFilter filter = new MyFilter(); try (DirectoryStream stream = Files.newDirectoryStream(path, filter)) { catch (IOException io) {