Praktikum: Objektorientierte Programmierung mit Java

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1 Hochschule für Angewandte Wissenschaften Hamburg Hamburg University of Applied Sciences Department Informations- und Elektrotechnik Prof. Dr. Thomas Klinker Praktikum: Objektorientierte Programmierung mit Java Termin 1: Klassen und Objekte Aufgabe 1 Schreiben Sie ein Programm, das einen Satz einliest und die Häufigkeit der Buchstaben zählt, ohne auf Groß-/Kleinschreibung zu achten. Verwenden Sie in Ihrem Programm die vorgegebenen Klassen "Counter" und "Letters" Geben Sie das Ergebnis so aus, wie es die Konsolenausgabe zeigt. import java.io.*; class Counter { static int total = 0; int count; Counter() { count = 0; void inc() { count++; total++; void clear() { count = 0; class Letters { Counter cnt[] = new Counter[26]; public class Test { public static void main(string[] args) { Letters le;

2 Praktikum OOP mit Java, Prof. Dr. Th. Klinker 2/11 // Satz einlesen le.count(); le.display(); Auf der Konsole: Das ist ein Test.<Ret> Total: 13 s 3 t 3 e 2 i 2 a 1 d 1 n 1 Aufgabe 2 Gegeben ist folgender Programmrumpf: import java.math.*; class Wuerfel { // Ein Wuerfel int zahl; Wuerfel() { zahl = 0; void wuerfeln() { zahl = 1 + (int)(6.0 * Math.random()); class NWuerfel { // N Wuerfel public class Test { public static void main(string[] args) { NWuerfel mywuerfel = new NWuerfel(2); mywuerfel.wuerfeln(); mywuerfel.display(); mywuerfel.wuerfeln(); mywuerfel.display(); 2.1 Vervollständigen Sie die Klasse "NWuerfel" so, dass die Ausführung von "main" zu einer Konsolenausgabe in der gegebenen Form führt. Die Würfelergebnisse sind dabei zufällig und können sich natürlich von der dargestellten Ausgabe unterscheiden. Verwenden Sie in Ihrer Klasse "NWuerfel" einen Array von Instanzen der Klasse "Wuerfel". Auf der Konsole:

3 Praktikum OOP mit Java, Prof. Dr. Th. Klinker 3/ Ändern Sie das Programm aus 2.1 so, dass es sechs Lottozahlen und eine Zusatzzahl ausgibt. Die Lottozahlen sind dabei zufällig und können sich von der Vorgabe unterscheiden. Achten Sie bei Ihrer Lösung darauf, dass jede Zahl nur einmal vorkommen kann. Auf der Konsole: Aufgabe 3 Schreiben Sie ein Programm, dass alle Rechenoperationen ermöglicht, die mit Matrizen ausgeführt werden können. Die Größe der Matrizen soll dabei beliebig sein. Konstruieren Sie eine geeignete Klasse "Matrix", die folgende Membervariablen haben soll: - die Zahl der Zeilen der Matrix - die Zahl der Spalten der Matrix - ein zweidimensionales Array (Elemente vom Typ double), in dem die Elemente der Matrix abgespeichert werden. In der Klasse "Matrix" sind nun geeignete Methoden zu programmieren, so dass folgende mathematische Operationen mit Matrizen ausgeführt werden können: - Matrix-Addition, - Matrix-Subtraktion, - Matrix-Multiplikation und - die Multiplikation einer Matrix mit einem Skalar (d.h. einer Zahl vom Typ double). Bei der Ausführung dieser Operationen muss natürlich zuerst geprüft werden, ob die Dimensionen der beteiligten Matrizen die jeweilige Operation überhaupt erlauben. Matrix- Addition ist beispielsweise nur möglich, wenn die Dimensionen (Zahl der Zeilen und Zahl der Spalten) der beiden Matrizen identisch sind. Oder bei der Matrix-Multiplikation muss die Zahl der Spalten des linken Operanden gleich der Zahl der Zeilen des rechten Operanden sein. Schreiben Sie eine geeignete Ausnahmebehandlung (Exception Handling), die diese Fehlerfälle abfängt, und einen Absturz des Programms verhindert. In dieser Aufgabe soll der Umgang mit Klassen geübt werden, die dynamisch Speicher allokieren. Sorgen Sei also dafür, dass die Klasse Matrix über geeignete Konstruktoren, ggf. auch einen Kopierkonstruktor verfügt. (Bei diesem muss unbedingt ein deep copying durchgeführt werden!) Für die Ein- und Ausgabe der Matrizen sollen geeignete Methoden programmiert werden, die die zum einen eine benutzerfreundliche Eingabe einer Matrix mit geeigneten Führungstexten, sowie die formatierte Ausgabe einer Matrix ermöglichen. Ein- und Ausgabe erfolgen über die Konsole. Im Hauptprogramm soll ein Menu programmiert werden, in dem der Benutzer auswählen kann, welche Matrix-Operation er ausführen will. Dann werden die Matrizen eingegeben und das Ergebnis angezeigt. Dies soll wiederholt möglich sein, bis der Benutzer sich entscheidet, das Programm zu beenden.

4 Praktikum OOP mit Java, Prof. Dr. Th. Klinker 4/11 Termin 2: Aggregation und Vererbung Aufgabe 1 Schreiben Sie ein Programm, das die Abläufe in einer Bibliothek verwaltet. Zu diesem Zweck soll eine Klasse MyLibrary entworfen werden, die folgende drei Instanzvariablen hat: private String name; // name of library private ArrayList<Book> books; // list of all books private ArrayList<Person> people; // list of all persons who // can check out a book Die Liste aller Bücher der Bibliothek, sowie die Liste aller Personen, die Bücher ausleihen können, sollen also mittels der generischen Collection ArrayList<> archiviert werden. Weiter soll eine Klasse Person entworfen werden, die alle relevanten Daten einer Person beschreibt. Sie sollte folgende Instanzvariablen haben: private String name; // name of person private int maximumbooks; // maximum number of books the // person can check out. // Can vary from person to // person Schließlich soll eine Klasse Book entworfen werden, die alle relevanten Daten eines Buchs der Bibliothek erfasst. Sie sollte folgende Instanzvariablen haben: private String title; // title of book private String author; // author of book private Person person; // person who has checked out a book Die Instanzvariable person beschreibt hierbei die Person, an die gegebenenfalls das betreffende Buch ausgeliehen wurde. Bei der Verwaltung der Abläufe in der Bibliothek sollten nun folgende Operationen möglich sein, die als Methoden der Klasse MyLibrary zu implementieren sind: - Hinzufügen eines Buchs zum Bestand der Bibliothek - Entfernen eines Buch aus dem Bestand der Bibliothek - Hinzufügen einer ausleihberechtigten Person - Entfernen einer ausleihberechtigten Person - Ausleihen eines Buchs an eine bestimmte Person - Rückgabe eines ausgeliehenen Buchs - Ausgabe aller Bücher, die eine bestimmte Person ausgeliehen hat. - Ausgabe aller verfügbaren (also nicht ausgeliehenen) Bücher - Ausgabe des gesamten Status der Bibliothek: Name der Bibliothek, Liste aller Bücher mit Angabe der Person, die ein Buch eventuell ausgeliehen hat und Liste aller Personen mit Angabe, wie viele Bücher die betreffende Peson ausgeliehen hat.

5 Praktikum OOP mit Java, Prof. Dr. Th. Klinker 5/11 Es können auch noch weitere Operationen hinzugefügt werden, die Sie für sinnvoll halten. In dem Hauptprogramm main() soll nun als erstes eine Instanz der Klasse MyLibrary erzeugt werden, die die zunächst leere Bibliothek repräsentiert. Programmieren Sie dann in main() ein Menu, in dem der Benutzer auswählen kann, welche Operation er ausführen will (Hinzufügen eines Buchs zum Bestand der Bibliothek, Entfernen eines Buchs aus dem Bestand der Bibliothek, usw.), und das die Eingabe und Ausgabe der notwendigen Daten auf der Konsole ermöglicht. Die Ein- und Ausgabe kann dabei einfach gehalten werden, da I/O über die Konsole nur ein Provisorium ist. Schreiben Sie das Programm unbedingt gemäß dem Model-View-Controller (MVC) Architekturmuster! Das heißt insbesondere, die Datenhaltung in der Bibliothek und die Einund Ausgabe auf der Konsole (Visualisierung der Daten) sollen so weit wie möglich getrennt werden. Die Methoden der Klasse MyLibrary nehmen also nur die entsprechenden Einträge vor, die gesamte Ein- und Ausgabe erfolgt jedoch im Hauptprogramm. So könnte die Deklaration der Methode, die alle Bücher auflistet, die eine bestimmte Person p ausgeliehen hat wie folgt aussehen: public ArrayList<Book> getbooksforperson(person p) Die Methode liefert also eine ArrayList mit allen von der Person p ausgeliehenen Büchern zurück, die Ausgabe der Liste erfolgt dann im Hauptprogramm. Der wesentliche Vorteil dieser Vorgehensweise besteht darin, dass wenn man später das Programm mit einer anderen, komfortableren Oberfläche (z.b. mit dem Swing-Toolset) versehen will, muss man nur an einer Stelle im Programm ändern. Achten Sie darauf, Ihr Programm ausreichend zu testen! Ein Buch, das bereits ausgeliehen ist, kann z.b. nicht noch einmal an eine andere Person ausgeliehen werden. Ein Buch das ausgeliehen ist, kann nicht aus der Bibliothek entfernt werden, sondern muss erst zurückgegeben werden. Eine Person die bereits ihre maximale Zahl an Büchern ausgeliehen hat, kann nicht noch ein weiteres Buch ausleihen, usw. Testen Sie also alle denkbaren Situationen aus, und stellen Sie so sicher, dass sich Ihr Programm stets korrekt verhält.

6 Praktikum OOP mit Java, Prof. Dr. Th. Klinker 6/11 Aufgabe 2 Vervollständigen und testen Sie die nachfolgenden Klassen "Person", Student" und "Semestersprecher". Mit diesen Klassen soll "main()" zu der gegebenen Textausgabe auf der Konsole führen. class Person { String name; char geschlecht; class Student extends Person { long matrikel; Auf der Konsole Name: Karmal, Bernd Geschlecht: m Name: Karmal, Bernd Geschlecht: m Matrikelnr: Name: Karmal, Bernd Geschlecht: m Matrikelnr: Semester: I6 class Semestersprecher extends Student { String semester; public class Test { public static void main(string[] args) { Person per[] = new Person[3]; per[0] = new Person("Karmal, Bernd", 'm'); per[1] = new Student("Karmal, Bernd", 'm', ); per[2] = new Semestersprecher( "Karmal, Bernd", 'm', , "I6"); for(int i = 0; i < per.length; i++) System.out.println(per[i] + "\n");

7 Praktikum OOP mit Java, Prof. Dr. Th. Klinker 7/11 Termin 3: Tastatur, Maus und Graphik Aufgabe 1 Schreiben Sie ein Programm zur graphischen Darstellung der Fourier-Reihe der Rechteck-Funktion (siehe Bild 2.1): k 4 y = π i= 1 1 sin((2i 1) π x) 2i 1 Die aktuelle Ordnung n = 2k 1, bis zu der die Reihe entwickelt wurde, wird im Fenster angezeigt. Man kann die Summationsgrenze k in Einser-Schritten über die Tastatur ändern, z.b. erhöhen (+), bzw. erniedrigen (-). Die zugehörige Funktion wird jeweils unmittelbar ausgegeben. Wenn der Benutzer die Fenstergröße ändert, passt sich die Größe des Diagramms der Änderung an. Bild 2.1 Beispiel zur Ausgabe der Fourier-Reihe der Rechteck-Funktion

8 Praktikum OOP mit Java, Prof. Dr. Th. Klinker 8/11 Aufgabe 2 Schreiben Sie ein Programm, mit dem man bis zu 10 Rechtecke in einem Fenster ausgeben kann (Bild 2.2). Bild 2.2 Bis zu zehn Rechtecke Dabei sollen folgende Anforderungen realisiert werden: Wenn sich der Mauszeiger außerhalb von Rechtecken auf dem Hintergrund des Fensters befindet und der Benutzer die linke Maustaste drückt, soll an dieser Stelle ein neues Rechteck mit zufälliger Höhe und Breite hinzugefügt werden. Wenn sich der Mauszeiger innerhalb von Rechtecken befindet und der Benutzer die linke Maustaste drückt, sollen diese Rechtecke bei gedrückter linker Maustaste mit dem Mauszeiger bewegt werden können. Wenn sich der Mauszeiger innerhalb von Rechtecken befindet und der Benutzer die rechte Maustaste drückt, sollen die betroffenen Rechtecke gelöscht werden. Wenn sich der Mauszeiger innerhalb von Rechtecken befindet, lässt sich über Tastatureingaben für diese Rechtecke die Farbe ändern. Die mögliche Auswahl der Farben kann aus Bild 2.2 entnommen werden, 'm' = Red, 'b' = Blue, 'w' = White. Bei Drücken der Taste 'a' sollen alle Rechtecke wieder auf die Farbe Schwarz zurückgesetzt werden.

9 Praktikum OOP mit Java, Prof. Dr. Th. Klinker 9/11 Termin 4: Zwei Computerspiele Aufgabe 1 Programmieren Sie das Ein-Personen-Spiel "Trisentis". Beim Spielbeginn haben alle Felder die Farbe blau. Ziel des Spiels ist es, alle Felder gelb zu färben. Wenn man ein Feld anklickt, wechseln die Nachbarfelder und nur die Nachbarfelder ihre Farbe, also von blau auf gelb oder von gelb auf blau. In Bild 3.1 sind z.b. die Felder A1, E1, B5 und E5 angeklickt worden. 1. Ihr Programm soll das Ein-Personen-Spiel ermöglichen. Ein Doppelklick auf eines der Spielfelder stellt dabei den Anfangszustand wieder her. 2. Zusätzlich wird auf Anforderung des Spielers (Drücken der Taste A) eine Animation ausgegeben. Diese Animation zeigt eine Zugfolge, die von der Bild 3.1 Trisentis Anfangsstellung zum "Sieg", d.h. der gewünschten Endstellung führt. Achten Sie darauf, dass die laufende Animation nicht durch einen Mausklick gestört werden kann! (Für die, die nicht selbst eine der möglichen Zugfolgen finden: A1, F1, B2, C2, D2, E2, B3, E3, B4, E4, B5, C5, D5, E5, A6 und F6.)

10 Praktikum OOP mit Java, Prof. Dr. Th. Klinker 10/11 Aufgabe 2 Programmieren Sie in dieser Aufgabe ein kleines Computerspiel mit dem Namen "Redsquare". Ziel ist es, das rote Quadrat anzuklicken und bei gedrückter linker Maustaste festzuhalten. Das rote Quadrat soll dann solange wie möglich bei gedrückter Maustaste in dem Spielfeld bewegt werden. Man darf dabei nicht gegen die schwarzen Wände stoßen und auch nicht von einem der blauen Blöcke (den "Gegnern") getroffen werden. Die Zeit, die man "überlebt" hat, wird am Ende in einer Messagebox ausgegeben. Die graphische Oberfläche des Spiels ist in Abbildung 4.1 dargestellt. Bild 4.1 Darstellung der Oberfläche des Computerspiels Redsquare Die blauen Rechtecke bewegen sich timergesteuert mit konstanter Geschwindigkeit über das Spielfeld. Sie werden an der äußeren Begrenzung des Spielfeldes bei Auftreffen nach den üblichen physikalischen Gesetzen (Einfallswinkel = Ausfallswinkel) reflektiert. Die blauen Blöcke dringen also in den schwarzen Bereich ein und werden erst an der tatsächlichen Begrenzung des Spielfeldes (das ist der äußere Rand des schwarzen Bereichs) reflektiert. Treffen blaue Blöcke aufeinander, so laufen sie einfach durcheinander hindurch.

11 Praktikum OOP mit Java, Prof. Dr. Th. Klinker 11/11 Bei der Erstellung des Programms sollte eine Klasse RedSquare und eine Klasse BlueBlock erstellt werden, die jeweils das rote Quadrat und die blauen Rechtecke beschreiben. Gegebenenfalls können diese beiden Klassen auch aus einer gemeinsamen Superklasse Block abgeleitet werden. Für die Startposition, die Größe und die Richtungsvektoren, die die Richtung beschreiben, in der sich die blauen Blöcke anfänglich bewegen, kann man folgende Werte wählen: blueblock1 = new BlueBlock( 70, 70, 61, 61, 17, 11); blueblock2 = new BlueBlock(270, 58, 61, 45, -10, 12); blueblock3 = new BlueBlock( 70, 323, 31, 55, 15, -13); blueblock4 = new BlueBlock(299, 333, 101, 25, -12, -20); Hierbei ist blueblock1 der Block links oben, blueblock2 der Block rechts oben, blueblock3 der Block links unten und blueblock4 der Block rechts unten. Dabei bezeichnen die ersten beiden Parameter des BlueBlock-Konstruktors x- und y-koordinate der linken oberen Ecke des jeweiligen Blocks in der Startposition. Die Parameter drei und vier bezeichnen Breite und Höhe des jeweiligen Blocks. Die Parameter fünf und sechs schließlich geben x- und y-koordinate des Richtungsvektors des jeweiligen Blocks zu Beginn der Bewegung an. Für das rote Quadrat kann man folgende Werte wählen: redsquare = new RedSquare(sizeX/2-20, sizey/2-20, 41, 41); Hierbei bezeichnen die ersten beiden Parameter des RedSquare-Konstruktors wieder x- und y-koordinate der Startposition (linke obere Ecke). Die Parameter drei und vier bezeichnen Breite und Höhe des roten Quadrats. Die Variablen sizex und sizey stehen für die Größe des Spielfeldes. Das rote Quadrat wird also zu Beginn des Spiels in die Mitte des Spielfeldes gesetzt. Für die Werte von sizex und sizey und die Breite des schwarzen Randes MRG kann man folgende Werte wählen: sizex = 450, sizey = 450, MRG = 50; Alle obigen Werte sind natürlich nur Vorschläge. Man kann und sollte diese Werte, sowie den Wert des Timers variieren und probieren, bis man optimale Werte erhält. Man muss lediglich darauf achten, dass die blauen Blöcke bei ihrer Bewegung das gesamte Spielfeld abdecken, damit sie dem roten Quadrat keine "Ruhezone" lassen, in die es sich zurückziehen kann. Anmerkung: Dieses Spiel wird als Reaktionstest für Piloten verwendet. Berufspiloten sollen es angeblich bis 2 Minuten schaffen.