Java Kurs für Anfänger Einheit 2 Datentypen und Operationen

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1 Java Kurs für Anfänger Einheit 2 Datentypen und Operationen Ludwig-Maximilians-Universität München (Institut für Informatik: Programmierung und Softwaretechnik von Prof.Wirsing) 16. Mai 2009

2 Inhaltsverzeichnis 1 Kommentare Fragen und Antworten über Kommentare 2 Definiton: Datentypen Primitiven (Überblick) Integer und Fließkommazahlen Der boolean Datentyp Der char Datentyp 3 Variablen Deklarieren und Initialisieren Arithmetische Operationen Die Bitweise und Shift Operationen 4

3 Fragen und Antworten über Kommentare Fragen und Antworten über Kommentare: I Fragen I: Was sind Kommentare? Antwort I: Kommentare Sind informelle natürlich sprachliche Beschreibung von Quellcode. Sind die vom Compiler zu ignorierenden Zeilen im Code.

4 Fragen und Antworten über Kommentare Fragen und Antworten über Kommentare: II Fragen II: Wofür sind Kommentare gut? Antwort II: Kommentare Fassen Quellcode-Ideen zusammen Erleichtern das Pflegen und die Änderung vom Quellcode Erleichtern die Zusammenarbeit in einem Team

5 Fragen und Antworten über Kommentare Fragen und Antworten über Kommentare: III Fragen III: Wie sehen Kommentare aus? Antwort III: einzeilige und mehrzeilige Kommentare 1 Einzeiliges Kommentar: // Kommentar endet am Ende dieser Zeile 2 C-Style Kommentare: /* Kommentar über mehrere Zeilen */ 3 JavaDoc Kommentare: /** Kommentare über mehrere Zeilen */ JavaDoc generieren HTML Seiten (ähnlich wie die Sun JAVA-API. JavaDoc behandeln wir in OOP Einheiten)

6 Fragen und Antworten über Kommentare Fragen und Antworten über Kommentare: IV Fragen IV: Wann und wo benutzte ich Kommentare? Antwort VI: wir benutzten Kommentare: Vor jeder Klasse um ihre Hauptaufgabe zu erläutern Vor unklaren Variablen um ihre Aufgaben zu erläutern Vor komplexen Methoden um ihren Ablauf zu erläutern

7 Was ist ein Datentyp? Kommentare Definiton: Datentypen Primitiven (Überblick) Integer und Fließkommazahlen Der boolean Datentyp Der char Datentyp Definition II: Ein Datentyp Ein Datentyp besteht aus einem Wertebereich und den zugehörigen Operationen drauf. Vordefinierte Datentypen sind 8 primitive Datentypen für Zahlen und Zeichen sowie Arrays und vordefinierte Klassen wie String ein Programmierer kann die vordefinierten Datentypen in seinem Code direkt benutzten. Selbst definierte Datentypen (Klassen) sind die von einem Programmierer geschriebenen Klassen

8 Die 8 primitiven Definiton: Datentypen Primitiven (Überblick) Integer und Fließkommazahlen Der boolean Datentyp Der char Datentyp Datentyp Speicher: bits Wert Art byte 8 bits -128 bis 127 Integer short 16 bits -32,768 bis 32,767 Integer int 32 bits -2,147,483,648 bis 2,147,483,642 Integer long 64 bits -9,223,372,036,854,775,808 bis 9,223,...,807 Integer float 32 bits ± E + 38F Fließkommazahl double 64 bits ± E Fließkommazahl char 16 bits 65,536 Unicode-Zeichen Einzelzeichen boolean 1 bit true oder false Wahrheitswerte Tabelle: Primitive

9 Definiton: Datentypen Primitiven (Überblick) Integer und Fließkommazahlen Der boolean Datentyp Der char Datentyp Einsatzgebiet von den primitiven Datentyp byte short int long float double char boolean Einsatzgebiet Low-Level Programmierung z.b. Datenübertragung und Transportprotkolle Low-Level Programmierung z.b. Datenübertragung und Transportprotkolle für die meiste Arbeit mit ganzer Zahlen für zu große ganze Zahlen z.b. Anzahl Einwohner auf der Erde für rationale Zahlen bis 8 Ziffern inklusive die Ziffern vor und nach dem Komma für rationale Zahlen bis 15 Ziffern inklusive die Ziffern vor und nach dem Komma für Unicode-Zeichen also Einzelzeichen wie B für Bedingungen, Vergleichs- und Logikoperationen sowie als boolean-code-schalter Tabelle: Einsatz Primitiver

10 Definiton: Datentypen Primitiven (Überblick) Integer und Fließkommazahlen Der boolean Datentyp Der char Datentyp Bemerkungen über die primitiven Datentypen long wird selten verwendet nur bei zu großen ganzen Zahlen float wird selten verwendet, da er nur 8 Ziffern umfasst z.b oder oder wenn möglich char vermeiden und stattdessen String benutzen. Achtung! Fließkomma Datentypen sind für finanzielle Berechnungen nicht geeignet! Z.B. ist = und nicht 0.9 (Grund: keine präzise Binärdarstellung für 1/10 und dadurch entstehen Rundungsfehler) Für finanzielle Berechnung muss man die vordefinierte Klasse BigDecimal verwenden!

11 Die Integer und Fließkomma Datentypen Definiton: Datentypen Primitiven (Überblick) Integer und Fließkommazahlen Der boolean Datentyp Der char Datentyp Die Integer Typen (byte, short, int, long) sind für positive und negative Zahlen ohne Bruchteile z.b Die Fließkommazahlen Typen (float, double) sind für für positive und negative Zahlen mit Bruchteilen z.b das Komma wird durch den Punkt (.) ausgedrückt die Exponentialschreibweise: me ± n (m ist die Mantisse enthält die Ziffern der Gleitkommazahl, E=10 ist die Basis, n ist das Exponent) Beispiel I: E+2 = ( * 10 2 = * 100 = ) Beispiel II: E-2 = ( * 10 2 = * 0.01 = )

12 Der Boolean Datentyp Kommentare Definiton: Datentypen Primitiven (Überblick) Integer und Fließkommazahlen Der boolean Datentyp Der char Datentyp Der boolean Datentyp hat zwei Werte true, false Beispiel: boolean b1 =true; boolean b2 = false; Keine Konvertierung von boolean zu anderen Datentypen boolean wird bei der Evaluierung von Bedingungen und bei booleschen Ausdrücken benutzt. Ist eine Bedingung wahr oder falsch? z.b. ist die Zahl x kleiner als y? Ergebnis: true oder false boolean können hilfreiche Programmiertricks realisieren. Z.B. Code-Schalter: aktiviere/deaktiviere ein bestimmtes Codeteil durch eine Variable vom Typ boolean, die als Codeschalter funktioniert. Ist der Wert dieser Variable true, dann wird das Codeteil ausgeführt sonst nicht.

13 Der Datentyp char: Einführung Definiton: Datentypen Primitiven (Überblick) Integer und Fließkommazahlen Der boolean Datentyp Der char Datentyp Der Datentyp char wird für Einzelzeichen (characters) benutzt. Zum Beispiel: A ist ein konstantes Zeichen mit dem Wert 65. Also char c = a oder char c = 65; verschiedene Sprachen haben unterschiedliche Standards ASCII für USA ISO für Europa KOI-8 für Russland BIG-5 für China Problem: die Standards benutzen unterschiedliche Kodierungslänge 1,2 oder mehrere Bytes für ein Zeichen. Ein bestimmter Wert kann bei unterschiedlichen Standards unterschiedliche Symbole darstellen! Lösung: einheitliche Kodierung: Unicode Zeichen

14 Der Datentyp char: Unicode und UTF-16 Definiton: Datentypen Primitiven (Überblick) Integer und Fließkommazahlen Der boolean Datentyp Der char Datentyp Unicode Zeichen benutzt zur Kodierung von Zeichen 2 bytes also kann 65,536 Zeichen darstellen Unicode Zeichen können als hexadezimal Werte von \u0000 bis \uffff ausgedrückt werden. Zum Beispiel ist \u2122 das griechische Buchstabe pi π Problem: durch die ostasiatische Sonderzeichen gibt es nun mehr als 65,536 Zeichen für alle Sprachen der Welt. Lösung ist die UTF-16 Kodierung UTF-16 Kodierung ist eine Methode zur Darstellung von allen Unicode-Werten(code points)durch variable Codierungslänge in Java beschreibt der Datentyp char ein code unit in die UTF-16 Kodierung

15 Der Datentyp char: Sonderzeichen Definiton: Datentypen Primitiven (Überblick) Integer und Fließkommazahlen Der boolean Datentyp Der char Datentyp Neben dem Escape-Sequenz \u, das die Kodierung von Unicode andeutet, gibt es weitere Escape-Sequenz für Sonderzeichen: Escape-Sequenz Name Unicode Wert \b Backspace (Backspace) \u0008 \t Tabulator (Tap) \u0009 \n Zeilenvorschub (Linefeed) \u000a \r die Zeilenumschaltung (Carriage return) \u000d \ das Anführungszeichen (Double quote) \u0022 \ das einfache Anführungszeichen (Single quote) \u0027 \\ der Backslash (Backslash) \u005c Tabelle: Escape-Sequenz für Sonderzeichen

16 Was ist eine Variable? Kommentare Variablen Deklarieren und Initialisieren Arithmetische Operationen Die Bitweise und Shift Operationen Definition I: Variable Eine Variable hat einen Namen und ist ein Platzhalter, der einen Wert aus einem bestimmten Wertebereich (Datentyp) aufnehmen kann. Der Name einer Variable muss mit einem Buchstaben oder anfangen und darf Zahlen enthalten darf beliebig lang sein darf kein Java-Schlüsselwort sein darf nicht mit einer Zahl oder einem Sonderzeichen anfangen. Java ist eine stark typisierte Sprache denn jeder Variablenwert in Java gehört zu einem bestimmten Datentyp.

17 Deklaration von Variablen Variablen Deklarieren und Initialisieren Arithmetische Operationen Die Bitweise und Shift Operationen Deklaration einer Variable Man deklariert eine Variable, in dem man den Datentyp dieser Variable gefolgt von ihrem Namen und Semikolon schreibt: Datentyp variable ; Beispiele: int x; double y; boolean b; char z; Das Semikolon darf nicht fehlen! Denn die Deklaration gilt in Java als Anweisung und alle Anweisungen müssen mit einem Semikolon beendet werden.

18 Initialisieren von Variablen Variablen Deklarieren und Initialisieren Arithmetische Operationen Die Bitweise und Shift Operationen Initialisieren von Variablen Initialisierung einer Variable variable = wert ; wobei wert ist aus dem Datentyp-Wertebereich der Variable Beispiele x=7; y=15.3; z= h ; boolean = true; Es ist auch möglich die Deklaration und Initialisierung in einem Schritt zu machen: Datentyp variable = wert; int x = 7; double y = 15.3; boolean b = true; char z = h ; Achtung! Ein Zugriff auf eine nicht initialisierte Variable gibt eine Fehlermeldung ERROR variable not initialized

19 Liste aller arithmetischen Operationen Variablen Deklarieren und Initialisieren Arithmetische Operationen Die Bitweise und Shift Operationen Operation Bedeutung Anwendung bei Dat.Typ Addition (x+y) addiert zwei Zahlen Integer, Fließkomma Subtraktion (x-y) subtrahiert zwei Zahlen Integer, Fließkomma Multiplikation (x*y) multipliziert zwei Zahlen Integer, Fließkomma Division (x/y) dividiert zwei Zahlen Integer, Fließkomma Modulo x%y liefert den Rest einer Integer Devision Integer, Fließkomma Postfix-Inkrementierung (x++) x wird ausgewertet dann inkrementiert Integer, Fließkomma Präfix-Inkrementierung (++x) x wird inkrementiert dann ausgewertet Integer, Fließkomma Postfix-Dekrementierung (x- -) x wird ausgewertet dann decrementiert Integer, Fließkomma Präfix-Dekrementierung (- -x) x wird decrementiert dann ausgewertet Integer, Fließkomma Tabelle: Arithmetische Operationen

20 Variablen Deklarieren und Initialisieren Arithmetische Operationen Die Bitweise und Shift Operationen Goldene Regeln für arithmetische Operationen I 1 Casting +, -, *, /, % erwarten bei Integer Typen zwei int. Bei byte, short, long müssen wir Casten: (DT)(Z1 Oper Z2) Beispiel: byte b, b1, b2; Dann b = (byte)(b1+b2) 2 Ringverfahren beim überschreiten von einem Wertebereich: Beispiel: Wertebereich von Byte sind -128 bis 127. Sei byte b1= 119; byte b2= 35; Was ist der Wert von: byte b = (byte)(b1+b2)? Vermutung: b = = 144 dann = 17 (FALSCH!) Ringverfahren: = ( ) Also überschreiten von 26 Dann ist b = 26 + (-128) = Integer Division liefert eine ganze Zahl: 9/4 = 2 4 Division mit Rest das Modulo % liefert den Rest einer Integer Division: 9%4 = 1 auch für double ist dies anwendbar z.b geteilt durch 2.5 ist 4 und Rest ist 0.16 also ist 10.16%2.5 gleich 0.16

21 Variablen Deklarieren und Initialisieren Arithmetische Operationen Die Bitweise und Shift Operationen Goldene Regeln für arithmetische Operationen II 1 Kurzschreibweisen: man kann für arithmetische Operationen folgende Kurzschreibweisen benutzen: x += y; für x = x + y; x -= y; für x = x -y; x *= y; für x = x * y; x /= y; für x = x/y; x %= y; für x = x%y; 2 Inkrementierung: x++; ++x; ist eine Kurzschreibweise für x = x+1; 3 Dekrementierung x- -; - -x; ist eine Kurzschreibweise für x = x-1;

22 Variablen Deklarieren und Initialisieren Arithmetische Operationen Die Bitweise und Shift Operationen Liste aller Vergleichs- und Logikoperationen Operation Bedeutung Datentyp Vergleichsoperationen vergleichen Zahlen, Zeichen miteinander Integer, Fließkomma Gleichheit (x == y) liefert true wenn x gleich y sonst false Integer, Fließkomma Ungleichheit (x! = y) liefert true wenn x ungleich y sonst false Integer, Fließkomma Großer als (x > y) liefert true wenn x großer als y sonst false Integer, Fließkomma Kleiner als (x < y) liefert true wenn x kleiner als y sonst false Integer, Fließkomma Großer-gleich (x >= y) liefert true wenn x großer oder gleich y sonst false Integer, Fließkomma Kleiner-gleich (x <= y) liefert true wenn x kleiner oder gleich y sonst false Integer, Fließkomma Logikoperatoren verknüpfen boolesche Ausdrücke boolean logisch UND (x&& y) liefert true wenn x und y true sind sonst false boolean logische ODER (x y) liefert true wenn x oder y true ist boolean logische NOT (!x) liefert true wenn x false ist sonst false boolean Tabelle: Vergleichs- und Logikoperationen

23 Variablen Deklarieren und Initialisieren Arithmetische Operationen Die Bitweise und Shift Operationen Die Vergleichsoperationen (x==y, x!=y, x>=y, x<=y) Die Vergleichsoperatoren testen zwei Zahlen (Zeichen) auf ihre Gleichheit(x=y), Ungleichheit(x!=y), kleiner (x<y), kleiner gleich (x<=y), großer(x>y), großer gleich (x>=y). Vergleichsoperationen liefern als Ergebnis einen boolean (true, false) Die logische Operationen (B1&& B2, B1 B2) Die logische Operationen B1 UND B2 (B1&& B2) und B1 ODER B2 (B1 B2) benutzt man zum Kombinieren von mehreren Bedingungen. logische Operationen liefern als Ergebnis einen Boolean Wert.

24 Variablen Deklarieren und Initialisieren Arithmetische Operationen Die Bitweise und Shift Operationen Liste aller Bitweise und Shift Operationen Operation Bedeutung Datentyp x & y (x UND y) liefert 1 wenn das bit x und das bit y gleich 1 sonst 0 Integer, boolean x y (x ODER y) liefert 1 wenn mindestens das bit x oder das bit y gleich 1 sonst 0 Integer, boolean x y (x XOR y) liefert 1 wenn das bit x und y unterschiedlich sind sonst 0 Integer, boolean x (NOT X) liefert 1 wenn das bit x 0 ist sonst 1 Integer z << n (Linksverschiebung) verschiebt n bits von z nach links (entspricht Multiplikation mit 2 hoch n) Integer z >> n (Rechtsverschiebung) verschiebt n bits von z nach rechts (entspricht Division durch 2 hoch n) Integer z >>> n (Rechtsverschiebung) verschiebt n bits von z nach rechts und ersetzt sie durch Nullen Integer Tabelle: Bitweise Operationen

25 Die Bitweise Operationen Variablen Deklarieren und Initialisieren Arithmetische Operationen Die Bitweise und Shift Operationen Die Bitweise Operationen (&,,, ) Masking Technik sind Operationen auf die Bitmuster und und ermöglichen den Zugriff auf bestimmte bits eines Integer Datentyp (byte,short,int,long) Die Bitweise Operatoren sind: UND(x & y), ODER(x y), XOR(x y), NOT: ( x) wobei x, y sind Einzelbits also x=0 oder 1 und y=0 oder 1. Wobei UND, ODER, XOR auch für boolean Werte funktionieren Die Bitweise Operationen werden oft in Low-Level Programmierung (Checksumme-Algorithmen) benutzt. Beispiel: liefere das vierte bit (vom rechts) einer Integer Zahl: int viertesbitvomrechts = (n & 8) / 8;

26 Die Shift Operationen Kommentare Variablen Deklarieren und Initialisieren Arithmetische Operationen Die Bitweise und Shift Operationen Die Shift Operationen (Z<<n ; Z >> n ; Z >>> n) sind Operationen auf die Bitmuster und und ermöglichen das Verschieben von n bits eines Integer Datentyp nach links oder rechts Linksverschiebung Z << n ; entspricht Z * 2 n Rechtsverschiebung Z >> n ; entspricht Z * 2 n Rechtsverschiebung x >>> n; entsprecht Z * 2 n und füllt die verschobenen Stellen mit Nullen. die Shift Operationen werden oft in Low-Level Programmierung (z.b. Checksumme-Algorithmen) benutzt. int viertesbitvomrechts = (n&(1 << 3)) >> 3 ; liefert das vierte bit in n (sein Wert ist: 1 oder 0)

27 Vorrang von Operatoren Kommentare Variablen Deklarieren und Initialisieren Arithmetische Operationen Die Bitweise und Shift Operationen Operatoren haben unterschiedliche Prioritäten zum Beispiel Multiplikation hat Vorrang vor Addition * 3 = 22 und nicht 36. Die folgende Liste zeigt den Vorrang bei der Ausführung von Operatoren: Man kann die Prioritäten durch runde Klammern außer Kraft setzen z.b. (7+5)*3 ist 36 und kein 22 mehr. Es empfehlt sich immer runde Klammern zu benutzen, selbst wenn wir die Standard-Prioritäten beibehalten wollen z.b. kann man 7 +(5*3) statt * 3 schreiben, ist viel mehr deutlicher.

28 Variablen Deklarieren und Initialisieren Arithmetische Operationen Die Bitweise und Shift Operationen Operators Methodenaufrufe Unary Operator!, ++, - - Assoziation von links zu rechts rechts zu links * / % links zu rechts + - links zu rechts >> << >>> links zu rechts < <= > >= links zu rechts ==!= links zu rechts & links zu rechts links zu rechts links zu rechts & & links zu rechts links zu rechts Tabelle: Proiritätsliste der Operatoren

29 Behandelte Themen in Einheit 2 In KE2 haben wir folgende Themen kennen gelernt: 1 Kommentare im allgemeinen und in Java 2 Die primitiven 3 Variablen Deklaration und Initialisierung 4 Alle arithmetische, relationale,logische,und bitweise Operationen. 5 Prioritätsliste von Operatoren: welcher Operator hat Vorrang? Bitte Beispiel auf Webseite ansehen! Ein vollständiges umfassendes Beispiel für alle Datentypen und Operatoren ist auf der Javakurs-Webseite (Datentypen Operatorern Demo.java) zu finden. BITTE REIN SCHAUEN UND ZU HAUSE EINTIPPEN!