Programmieren in Java

Transkript

1 Einführung in die (imperative) Programmierung: Kontrollstrukturen

2 2 Wiederholung (Datentyp) Ein Datentyp beschreibt eine Menge von Werten der gleichen Art Der Datentyp legt zudem fest, welche Operationen auf seinen Werten erlaubt sind Primitive Datentypen: Datentypen, deren Werte nicht in Werte anderer Typen zerlegt werden können Beispiel: 27: ganze Zahl (Datentyp int) A: Buchstabe (Datentyp: char) Gegenbeispiel: Angenommen es gäbe einen Datentyp CallNumber CallNumber(areaCode, number) CallNumber buisness = CallNumber(0251, ); CallNumber besteht aus areacode und number Beides sind ganze Zahlen aus dem Bereich int CallNumber ist also zusammengesetzt aus den primitiven Datentyp int

3 3 Wiederholung (Variablen) Variable sind Bezeichner, die zur Laufzeit für den Wert eines bestimmten Datentyps stehen Eine Variable wird mittels des Zuweisungsoperators = definiert: Deklaration: DATENTYP Bezeichner = WERT AUSDRUCK ; Zuweisung: optional Bezeichner = WERT AUSDRUCK DATENTYP ; Java ist case-senstive : Zwei Bezeichner mit gleichem Namen, aber unterschiedlicher Groß- und Kleinschreibung, beschreiben nicht die gleiche Variable! Vor der ersten Nutzung müssen Variablen einen Wert haben Variablen haben eine Gültigkeitsbereich, genannt Scope In Java wird ein Scope durch Code-Blöcke definiert

4 4 Wiederholung (statische Typisierung) Java ist statisch typisiert Innerhalb eines Scopes und dessen Kindern kann es keine Deklaration zweier Variablen mit gleichem Namen geben Wenn eine Variable für Werte eines bestimmten Typs deklariert wurde, kann sie innerhalb ihres Scopes und dessen Kindern keinen Wert eines anderen Typs annehmen { int number = 27; SCOPE I { int secondnumber = number * number ; float number = 37f; // Error! SCOPE II float secondnumber = f; // Ok!

5 5 Wiederholung (Coersion) Automatische Umwandlung einer Variablen eines kleineren Datentyps in einen größeren float number = 37 * 27f ; float number = int * float ; Multiplikationsoperator * erwartet Operanden gleichen Typs Links wird float erwartet also muss rechts ein float-wert stehen Typ int ist Teilmenge des Typs float Java kann den Wert 37 automatisch zum Wert 37.0f umwandeln float number = 37f * 27f ; float number = float * float = Die Deklaration/Zuweisung ist also zulässig

6 6 Wiederholung (Cast) Wird links int erwartet, wird die Zuweisung nicht mehr compiliert: int number = 37 * 27f ; Links wird int erwartet, also muss rechts int liefern Der Compiler überprüft nicht die Werte sondern nur die Datentypen float ist größer als int keine automatische Umwandlung möglich Man kann den Compiler zwingen die Umwandlung durchzuführen Cast: ( DATENTYP ) WERT AUSDRUCK BEZEICHNER int number = ( int ) ( 37 * 27.0f ) ; int number = (int) (37 * 27.0f); Der Cast-Typ muss Teilmenge des Ursprungstyps sein

7 7 Anwendung: Coercion Wie stellt man fest, ob eine ganze Zahl gerade ist: int number =?; int temp = number / 2; Falls number ungerade ist, so wäre number / 2 keine ganze Zahl Nach den Typregeln muss das Ergebnis allerdings eine ganze Zahl sein, da temp als int ganzzahlig definiert wurde In Java bedeutet dies: Die Nachkommastellen werden weggeschnitten -27 / 2 = -13; 99 / 2 = 49; -27 / 2.0f = -13.5f; 99 / 2.0f = 49.5f; Teilt man anstelle von 2 durch 2.0f, so ist das Ergebnis nach den Regeln für die Operatorüberladung aus dem Bereich float Dementsprechend ist number gerade falls: boolean even = (number/2) - (number/2.0) == 0; Oder einfach mittels des %-Operators (ganzzahliger Rest beim Teilen) boolean even = number % 2 == 0; 27 % 4 = 3; // 27 = 6 * % 2 = 0;

8 8 Wiederholung (boolesche Operatoren) & true false true true false false false false true false true true true false true false ^ true false true false true false true false Und Oder Ausschließendes Oder(xor) int number =?; boolean test1 = number >= 0; boolean test2 = number <= 100; boolean testand = test1 && test2; boolean testor = test1 test2; boolean testxor= test1 ^ test2; int number = 50; int number = -50; testand testor testxor => true => true => false testand testor testxor => false => true => true Die Operatoren und & bieten per Doppelnotation sogenannte Kurzschlusssemantik, die in der Regel bevorzugt werden sollten

9 9 Boolesche Operatoren Der unäre Operator! (nicht) dreht eine boolesche Aussage um:! true false false true Negation int number =?; boolean uneven =!(number % 2 == 0); // oder boolean uneven = number % 2!= 0); Es gilt:!( A B) ==! A &! B A, B boolean!( A & B) ==! A! B A, B boolean De Morgansche Gesetze

10 10 Verzwickte Lage Bisher kennt ein Programm nur eine Richtung Wie würde man folgende Problemstellung programmieren: int number =? falls number gerade falls number ungerade System.out.println("gerade"); System.out.println("ungerade"); Es gibt aktuell keine Möglichkeit den Programmverlauf zu verzweigen Ohne Verzweigung lässt sich obiges Problem allerdings nicht lösen Ein Konstrukt ist nötig, welches den Verlauf von einer Bedingung abhängig macht

11 11 Bedinge Anweisung (2) Die if-else-anweisung: int number =?; if ( BEDINGUNG ) { if (number % 2 == 0) { SATZ; BLOCK System.out.println("Gerade"); else { else { SATZ; BLOCK System.out.println("Ungerade"); optional BEDINGUNG == WERT VARIABLE AUSDRUCK boolean Syntax: Die Bedingung muss geklammert werden Der else-teil ist optional Beinhaltet der Code-Teil (if oder else) nur einen Satz so können auch die geschweiften Klammern weggelassen werden

12 12 Fallunterscheidung Mit der if-else Konstruktion lässt sich der Programmverlauf in Abhängigkeit einer Bedingung in zwei Richtungen verzweigen Was wenn die Bedingung nicht auf true oder false reduzierbar ist? char color =? falls color == 'R' falls color == 'O' falls color == 'G' System.out.println("bremsen"); System.out.println("fahren"); System.out.println("gas"); Möglichkeit Reduktion : Die Bedingungen auf einzelne Aussagen reduzieren Geschachtelte if-else Blöcke

13 13 Fallunterscheidung (if-else) char color =?; if (color == 'R') { System.out.println("bremsen"); else { if (color == 'O') { System.out.println("gas"); else { if (color == 'G') { System.out.println("fahren"); Nachteile: Verschachtelungstiefe des Codes steigt mit jeder neuen Bedingung Jede Bedingung muss der Schachtelungstiefe entsprechend überprüft werden

14 14 Fallunterscheidung (switch-case) Das switch-case Konstrukt dient zur Verzweigung des Programmcodes in Abhängigkeit von n-verschiedenen Bedingungen switch ( AUSDRUCK ) { char color =?; case LITERAL 1 : { SATZ; BLOCK break case : case LITERAL n : { SATZ; BLOCK switch (color) { case 'R': { System.out.println("bremsen"); break; case 'O': { System.out.println("gas"); break; AUSDRUCK break int char String enum case 'G': { System.out.println("fahren"); break;

15 15 Switch-Case Die switch-zeile erwartet einen geklammerten Ausdruck Dieser Ausdruck muss einen konstanten Wert liefern Pro möglichen Wert kann ein case-block definiert werden Der Wert wird als Konstante nach case angegeben Nach dem Doppelpunkt wird ein Code-Block definiert, der den Programmverlauf für diesen Wert enthält Enthält dieser Code-Block nur einen Satz kann die Klammerung weggelassen werden Der Codeblock sollte mit einem break abgeschlossen werden (optional, aber die Regel) Was passiert: Der Ausdruck muss entweder vom Typ int, char, String oder enum sein Er wird ausgewertet Existiert eine Übereinstimmung so wird zu diesem Block gesprungen

16 16 Switch-Case (Besonderheiten) Ist der Programmverlauf für verschiedene Fälle identisch, so können die case-blöcke zusammengefasst werden case LITERAL 1 : case LITERAL m : case LITERAL n : Die break-anweisung ist optional Achtung: Ohne break werden alle nachfolgenden Blöcke auch ausgeführt, egal ob deren Bedingung eintrat oder nicht! Im Beispiel wird switch über einen Wert vom Typ char ausgeführt Der Datentyp char enthält mehr als nur die drei definierten Fälle Mit default anstelle von case kann Default-Verhalten festgelegt werden default : Ohne default bzw. Treffer bewirkt die switch-anweisung einfach nichts

17 17 Switch vs. if Da bei switch alle case-werte konstant sind, ist bereits vor der Laufzeit klar wo in welchem Fall hingesprungen werden muss Dynamische Probleme sind mit switch nicht lösbar: int number =? falls number < 0 falls number == 0 falls color > 0 System.out.println("klein"); System.out.println("groß"); System.out.println("null"); Die Bedingung kleiner bzw. größer als sind nicht konstant und daher nicht mit als case-fall abbildbar

18 18 Schleifen Schreiben Sie ein Programm, dass die ersten n positiven Quadratzahlen ab 1 ausgibt. int n =?; System.out.println(1); System.out.println(4); System.out.println(n * n); n Mit dem bisher bekannten müssten n-zeilen Code geschrieben werden Die Anzahl n ist allerdings unbekannt bzw. dynamisch Es bedarf eines Konstrukts, dass Code oder Codeblöcke in Abhängigkeit von einer Bedingung solange hintereinander ausführt, bis die Bedingung erfüllt ist Dieses Konstrukt wird Schleife genannt Eine Schleife wird iteriert (Mehrfachausführung des gleichen Codes) Die meisten Programmiersprachen bieten mehrere Konstrukte zur Definition von Schleifen

19 19 Schleifen (while und do-while) int n =?; while ( BEDINGUNG ) { SATZ; BLOCK int iteration = 1; while (iteration <= n) { System.out.println(iteration * iteration ); iteration = iteration + 1; BEDINGUNG == WERT VARIABLE AUSDRUCK boolean int n =?; do { int iteration = 1; do { while SATZ; BLOCK ( BEDINGUNG ) ; System.out.println(iteration * iteration ); iteration = iteration + 1; while (iteration <= n);

20 20 Schleifen (while und do-while) II Beide Beispielprogramme iterieren über die Hilfevariable iteration Solange die Bedingung nicht zu false auswertet, wird iteriert Die Hilfsvariable wird in jedem Iterationsschritt um 1 erhöht Nach n + 1 Schritten ist der Wert der Variablen größer als n Die Bedingung wird zu false und die Schleife beendet Achtung: Der Unterscheid zwischen beiden Schleife ist der Zeitpunkt zu dem die Bedingung ausgewertet wird int iteration = -1; while (iteration > 0 && iteration < 100) { System.out.println(iteration); iteration = iteration + 1; int iteration = -1; do { System.out.println(iteration); iteration = iteration + 1; while (iteration > 0 && iteration < 100); -1

21 21 Die Schleife genauer Die Iterationsdauer einer Schleife hängt direkt von der Bedingung ab Wird während der Iteration der Zustand des Programmes hinsichtlich der Bedingung niemals geändert, läuft diese unendlich lange Unendliche Schleifen sind selten gewollt In der Regel kann man den Code-Block einer Schleife wie folgt aufteilen int n =?; while ( BEDINGUNG ) { SATZ; BLOCK int iteration = 1; while (iteration <= n) { System.out.println(iteration * iteration ); UPDATE iteration = iteration + 1; Im UPDATE-Bereich wird der Programmzustand so geändert, dass dieser zur Bedingung konvergiert Das UPDATE kann auch vor dem eigentlichen Code-Block geschehen

22 22 Schleifen (for) Neben while und do-while bietet Java die for-schleife an for ( ZUWEISUNG ; BEDINGUNG ; UPDATE ) { SATZ; BLOCK Die Iteration über eine Zählvariable wie in den vorherigen Beispielen (iteration) ist der klassische Einsatz für die for-schleife int n =?; for(int iteration = 1; iteration <= n; iteration = iteration + 1) { System.out.println(iteration * iteration); int iteration = 1; ) while (iteration <= n) { System.out.println(iteration * iteration); iteration = iteration + 1;

23 23 Die for-schleife im Detail Die ZUWEISUNG findet nur vor der ersten Iteration statt Wird innerhalb der ZUWEISUNG eine neue Variable deklariert, so ist ihr Gültigkeitsbereich die for-schleife selbst Die BEDINUNG wird vor jeder Iteration überprüft und solange iteriert, wie diese zu true auswertet UPDATE dient zur Aktualisieren der Bedingung UPDATE wird nach jeder Iteration ausgeführt Alle drei ZUWEISUNG, BEDINUNG und UPDATE sind optional Die Operatoren +=, ++, -=, -- falls? == 1 iteration = iteration +?; iteration +=?; iteration ++; iteration = iteration -?; Iteration -=?; iteration --; for(int iteration = 1; iteration <= n; iteration ++) {

24 24 Schleifen mit break und continue steuern Mit break kann die Iteration direkt und damit unabhängig von der eigentlichen Bedingung abgebrochen werden int n =?; int max =?; int square; for (int i = 1; i <= n; i++) { square = i * i; System.out.println(square); if (square > max) break; Mit continue kann ein Iterationsschritt übersprungen/abgebrochen werden int n =?; int rangemin =?; int rangemax =?; int square; for (int i = 1; i <= n; i++) { square = i * i; if (square <= rangemin && square >= rangemax) continue; System.out.println(square);

25 25 Zusammenfassung Fallunterscheidung mit if-else oder switch Wie unterscheiden sich if-else und switch Iteration/Schleifen while do-while for Unterschied zwischen while und do-while Inkrement/Dekrement/Shortcut-Operatoren für -/+ Schleifensteuerung mittels break und continue

26 26 Anhang: ZIVinteraktiv-Abstimmung QR-Code zur anonymen Abstimmung:

27 27 Netbeans Zu Hause : html Mobile Version ohne Windows-Installation von Java/Netbeans Download Verschieben auf U: Rechtsklick auf Netbean Extract Here Im neuen Ordner Netbeans per Doppelklick auf starten

28 28 Netbeans Begrüßungsbildschrim

29 29 Netbeans (Neues Projekt) File New Project Categories: Java Projects: Java Application New Java Application: Project-Name: NAME Nutzerverzeichnis U:\Java Ggf. Verzeichnis erstellen Create Main Class: Nein

30 30 Netbeans (Neue Basisklasse) File New File Categories: Java File Types: Java Class New Java Class: Class-Name: NAME Alles andere lassen Die Warnung unten kann vorerst ignoriert werden

31 31 Netbeans (Übersicht) Ausführen Codeeditor Projektübersicht Klassenübersicht Konsole

32 32 Netbeans (Neue Klasse, Alternatvie) In der Projekt-Übersicht Rechtsklick auf den Projektnamen New Java Class Der File-Typ Dialog (Folie 28) entfällt

33 33 Netbeans (Ausführen) Um ein Projekt ausführen zu können, muss in mindestens einer Klasse die Methode public static void main(string[] args) { existieren! Festlegen der Main -Klasse Rechtklick Projektname Properties Categories Run MainClass Browse Auwahl Select Main Class Run:

34 34 Netbeans (Ausgabe) Die Ausgabe eines Programmes (System.out.println( )) sieht man nach dem Ausführen im Konsolen-Fenstern:

35 35 Netbeans Explizites Compilieren vor dem Ausführen entfällt Netbeans compiliert im Hintergrund mit Syntaxfehlerwerden direkt im Editor angemahnt (rot): Tooltip erscheint, wenn man den Mauszeiger über den Fehler hält

36 36 Netbeans (V) Wenn möglich werden auch Semantikfehler angemahnt (gelb) Andere Auffälligkeiten werden grau unterschlengelt.

37 37 Netbeans (V) Code-Completion bei.-operator Vorschläge basierend auf aktueller Eingabe Falls vorhanden: Dokumentation zur aktuellen Auswahl

38 38 Aufgaben Aufgabe 1 Legen Sie in Netbeans ein neues Projekt Vorlesung3 an Füge Sie dem Projekt eine neue Klassen namens Main hinzu Fügen Sie der Klasse folgende Methode hinzu: public static void main(string[] args){ Legen Sie diese Klasse als Main-Klasse fest Fügen Sie der Main-Methode eine beliebige Ausgabe hinzu und testen diese Aufgabe 2 Erweitern Sie die Main-Methode aus Aufgabe 1, so dass die ersten 10 negativen geraden Zahlen ausgegeben werden Optional: Setzen Sie die Aufgabe mit allen drei Schleifen um