Überblick. 5 Java. Insel Indonesiens. ( km 2, 65 Mill. Einw.) amerikanischer Slang für Kaffee (" Betriebsstoff der Java-Programmierer")

Transkript

1 Überblick 5 Java 5.1 Interpretation und Übersetzung von Programmen 5.2 Java als objekt-orientierte Programmiersprache 5.3 Ein erstes Java-Beispiel 5.4 Java Syntaxkonstrukte 5.5 Elementare Java-Klassen 5.6 Vererbung 5.7 Interfaces 5.8 Programmierkonventionen und Dokumentation 5-1 Java ist Insel Indonesiens ( km 2, 65 Mill. Einw.) amerikanischer Slang für Kaffee (" Betriebsstoff der Java-Programmierer") Software-Technologie für objektorientierte Programmierung und verteilte Anwendungen 5-2

2 5.1 Interpretation und Übersetzung von Programmen Interpreter: Ein Interpreter ist ein Programm, das Programme einer Programmiersprache A direkt ausführt. Arbeitsweise: Schrittweise syntaktische Analyse der Anweisungen des Quellprogramms Ermittlung der Parameter und Aufruf einer internen Funktion zur Ausführung einer Anweisung Interpretierte Sprachen: APL, BASIC, LISP, PROLOG, POSTSCRIPT 5-3 Interpretation und Übersetzung von Programmen Compiler: Ein Übersetzer (Compiler) ist ein Programm, das Programme aus einer Programmiersprache A in eine Programmiersprache B übersetzt. Eine Übersetzung ist somit die folgende Abbildung: Quellsprache A! Zielsprache B Somit wird jedem Quellprogramm genau ein Zielprogramm zugeordnet. Wichtig: Quell- und Zielprogramm müssen gleiche Bedeutung haben - semantische Korrektheit! Ziel: Zielprogramm soll möglichst schnell ausführbar sein bei geringem Speicherplatzbedarf! Effizienz! 5-4

3 5.2 Java als objekt-orientierte Programmiersprache Java, OOP und das Internet Java ist mehr als eine Programmiersprache! Java als Softwaretechnologie umfaßt: objektorientierte Programmierung leistungsfähige Klassenbibliothek (Application Programming Interface API) "Internet-Fähigkeiten" Module und Schnittstellen für die schnelle Entwicklung verteilter Anwendungen Entwicklung und Vertrieb durch Sun Microsystems: Java Development Kit (JDK)/ Software Development Kit (SDK) frei verfügbar 5-5 Java als objekt-orientierte Programmiersprache Java nutzt das Internet als Infrastrukturbasis Java Programme (Java-Byte-Code) sind plattformunabhängig Applets: in WWW-Seiten eingebundene, über das Internet verteilbare und in jedem Java-fähigen Browser ausführbare Java-Programme Applikationen: eigenständig ausführbare Java-Progamme, z. B. HotJava-Browser 5-6

4 Geschichte 1991 Erstes Projekt bei Sun (James Gosling) Ziele: Entwicklung einer einfachen Programmiersprache für Unterhaltungselektronik / Haushaltsgeräte klein, einfach portierbar, 1993 World Wide Web auf dem Internet architekturneutrale Sprache wie Java ideal für Internet 1995 Sun kündigt Java auf der SunWorld 95 an jetzt Netscape 2.0 wird "Java-fähig" Java boomt! 5-7 Java als Programmiersprache Java: A simple, object-oriented, distributed, interpreted, robust, secure, architecture neutral, portable, high-performance, multithreaded and dynamic language. aus: The Java Language: A White Paper vollständig objektorientiert ohne prozedurale Altlasten unkompliziert - einfach und leicht erlernbar Beschränkung auf das Notwendige (keine Zeiger, keine Header- Dateien, keine Mehrfachvererbung, keine Unions wie in C, C++) Verzicht auf Trickkisten Syntax ähnlich zu C, C++ 5-8

5 Java als Programmiersprache plattformunabhängig (architekturneutral) übersetzte Java-Programme (Java-Byte-Code) sind auf jeder Javafähigen Rechner-plattform ausführbar (virtuelle Maschine) definierte Wertebereiche für Zahlen sicher keine direkten Speicherzugriffe mit Zeigerarithmetik strenge Typüberprüfung keine Programmierung mit Sprachverletzung 5-9 Java als Programmiersprache robust keine Rechnerabstürze durch Programmierfehler Überprüfung der Speicherzugriffe Ausnahmeroutinen (exceptions) zur Fehlerbehandlung multithreaded parallele Ausführung von Programmteilen (Threads) Java ist schnell (sagt Sun), doch langsamer als vergleichbare C-Programme (Java-Compiler sorgen für schnellere Java-Programme) Internet-fähig Java-Applets sind über das Netz verteilbar und auf lokalen Rechnern ausführbar Klassen für TCP/ IP-Kommunikation, HTTP-/ FTP-Anwendungen, 5-10

6 Übersetzung von Java Programmen Aus Java-Programmtext erzeugt der Java-Compiler eine Java- Bytecode-Datei Auf dem Zielrechner interpretiert die Java Virtual Machine JVM diesen Bytecode und führt das Programm aus Geschwindigkeitsprobleme 5-11 Ausführung von Java Programmen Compilierte Java Programme (d. h. Bytecode) laufen auf jeder JVM-fähigen Plattform 5-12

7 Bytecode / Class-Files Java wird vom Java Compiler in eine fest definierte Zielsprache übersetzt. Die Zielsprache ist der Bytecode maschinenähnlich, hat z. B. Register kann einfach interpretiert bzw. in Maschinencode anderer Plattformen übersetzt werden Jede Java-Klasse wird separat übersetzt und in separater Datei, dem Class-File gespeichert. Das Format der Dateien wird Bytecode genannt. Auch andere Sprachen lassen sich nach Bytecode übersetzen JDK / JRE Java Development Kit (JDK) / Software Development Kit (SDK) Kostenlose Software-Entwicklungsumgebung der Firma JavaSoft für die Entwicklung von Java-Programmen Alle Entwicklungen sind mit JDK / SDK alleine möglich, kommerzielle Tools können jedoch Entwicklung unterstützen: XCode (Apple) Visual Age (IBM) JBuilder (Inprise, Borland) Visual J++ (Microsoft) Java Workshop / Studio (Sun) Darf nicht ohne Lizenzgebühren weiterverkauft werden! Java Runtime Environment (JRE) Untermenge des JDK / SDK, die benötigt wird, um Java- Applikationen laufen zu lassen Darf ohne Lizenzgebühren eigenen Produkten beigefügt werden 5-14

8 Virtual Machine / JIT-Compiler Virtual Machine ist der Teil des JRE, der benötigt wird, um Bytecode zu interpretieren Classfiles werden nur bei Bedarf geladen und entweder interpretiert oder vor Verwendung "just in time" in die Maschinensprache der Zielplattform übersetzt. JIT-Compiler (Just-In-Time-Compiler) ist ein Compiler, der Klassen nur bei Bedarf zur Ausführungszeit übersetzt Es gibt in der Regel Geschwindigkeitsvorteile im Vergleich zur Interpretation. Bestandteile der Java Virtual Machine JVM: Byte Code Loader Byte Code Verifier Byte Code Interpreter 5-15 Java Applikationen vs. Java Applets Java Applets laufen innerhalb der JVM eines Webbrowsers haben eigene, festgelegte Zeichenfläche im Webbrowser Java Applikationen eigenständige Applikationen laufen innerhalb der JVM werden auf der Befehlszeilenebene oder als Mac-/Windows- Applikation gestartet Programmieren in Java für beide identisch 5-16

9 Java-Plattform Plattform: Hard- und Softwareumgebung, in der ein Programm ausgeführt wird. Java-Plattform: Java API: umfangreiche Sammlung von Softwarekomponenten, die viele nützliche Funktionalitäten bereitstellen, z.b. Bausteine (widgets) für graphische Benutzerschnittstellen (GUI) aufgeteilt in Bibliotheken (! packages) von zueinander in Beziehung stehenden Klassen und Interfaces Ein erstes Java-Beispiel Klassen sind allgemeine Beschreibungen für "Dinge" (Objekte) mit ähnlichen Eigenschaften und gleichem Verhalten. legen mögliche Eigenschaften und Verhaltensweisen (ihrer Objekte) fest. Objekte sind Mitglieder einer Klasse. haben Eigenschaften / Zustand, beschrieben durch Attribute haben ein Verhalten (Behavior), beschrieben durch Methoden Instanzen sind konkrete (instantiierte) Objekte einer Klasse (belegen Speicher mit Werten). 5-18

10 Beispiel: Girokonto public class Girokonto { private int kontostand; // in Pfennigen gerechnet Modifier class Klassenname { Attribut-Deklarationen Methoden public Girokonto() { kontostand = 0; /* Einzahlen und Abheben */ public void zahle(int pfennige) { kontostand = kontostand + pfennige; public int holekontostand() { return (kontostand); // Kommentar /* Kommentar */ 5-19 Von Klassen zu Objekten Exemplare aus einer Klassen-Schablone: Girokonto Kontostand (in Pfennigen) Ein-/ Auszahlen Kontostand abfragen Objekt Objekt Objekt Objekt Erzeugen von Objekten durch Instantiierung: Objekt Girokonto meinkonto = new Girokonto(); Objekt wird automatisch gelöscht, wenn es nirgendwo mehr benutzt wird (! automatische Garbage-Collection) Zustand eines Objekts verändern (! Attribute) Nachrichten an ein Objekt senden (! Methoden) 5-20

11 Attribute Attribute zur Beschreibung des Zustands eines Objekts private int kontostand; private Girokonto gehaltskonto; Modifier Datentyp attributname Verändern von Attributen kontostand = kontostand + pfennige; Einkapseln von Attributen (! Ziel: möglichst alle Attribute einkapseln) privat (private), d. h. nur innerhalb des Objekts sichtbar öffentlich (public), d. h. auch außerhalb des Objekts sichtbar 5-21 Methoden Methoden zur Beschreibung des Verhaltens von Objekten (d.h. zur Verarbeitung von Nachrichten, die an Objekte geschickt werden) public void zahle(int pfennige) { kontostand = kontostand + pfennige; Spezieller Rückgabewert: void public int holekontostand() { return (kontostand); Modifier Rückgabetyp Methodenname(Typ1 ParamName1, Typ2 ParamName2...){ Liste von Anweisungen; [ return (Rückgabewert) ] 5-22

12 und ihr Aufruf Beispiel: Auf die Nachricht "Einzahlung 50 Pfennig" reagiert ein Kontoobjekt mit der Ausführung der Methode einzahlen mit dem Parameterwert 50. meinkonto.zahle(50); saldo = meinkonto.holekontostand(); Übergabe von Parametern statt komplette Objekte zu übergeben, nur Zeiger darauf (by reference) bei einfachen Datentypen als Wert kopiert (by value) Einkapseln von Methoden privat, d. h. nur als interne Hilfsmethode zugreifbar (private) öffentlich, d. h. extern sichtbar (public) 5-23 Spezielle Methode main Ausführung eines Java-Programms besteht im Versenden von Nachrichten (! bewirken Ausführung von Methoden). Dieser Prozess wird von einer Methode main ausgelöst, die jedes Java-Programm enthalten muß: public static void main(string[] args) Zur Ausführung eines Java-Programms wird dem Interpreter der Name einer Klasse übergeben, die Ausführung des Progamms beginnt dann mit dem Aufruf der main-methode dieser Klasse. Übergeben von Argumenten an main aus Kommandozeile möglich main geeignet zum Testen von Klassen-Implementierungen public class TestGirokonto {... public static void main(string[] args) { // Hier Code zum Testen einfügen!

13 Hilfsklasse Bildschirm Benutzereingaben und Bildschirmausgaben später detaillierter, im Augenblick genügt Anwendersicht: "Welche Methoden gibt es? komfortable Ausgabe auf den Bildschirm: Bildschirm.gibAus(text) komfortable Eingabe eines Textes von Tastatur: eingabetext = Bildschirm.gibEin() Warten auf Tastendruck Bildschirm.warteAufTastendruck() 5-25 Übung: Attribute und Methoden Lernziele Klasse erweitern um Attribute, Methoden Erzeugen von Objekten und Nachrichtenaustausch (Methoden) zwischen Objekten Aufgaben Ergänzen Sie die Klasse "Girokonto" zum Sperren eines Kontos: boolesches Attribut istgesperrt Methoden void sperre() void entsperre() boolean istgesperrt() zum Überschreiben des aktuellen Kontostandes mit einem übergebenen Betrag:! Fortsetzung Methode void setzekontostand(int neuerkontostand) 5-26

14 Übung: Attribute und Methoden Testen der Klasse Girokonto (! Methode main in der Klasse TestGirokonto) Erzeugen eines Girokonto-Objekts Nacheinander Einzahlen von 100 Pfennigen, Abheben von 20 Pfennigen und Einzahlen von 30 Pfennigen Anschließend Kontostand ausgeben 5-27 Übung: Attribute und Methoden public class Girokonto {... private boolean istgesperrt;... public void sperre() { istgesperrt = true; public void entsperre() { istgesperrt = false; public boolean istgesperrt() { return (istgesperrt);

15 Übung: Attribute und Methoden public class TestGirokonto { public static void main(string[] args) { // erzeuge neues Konto Girokonto konto = new Girokonto(); // führe Transaktionen durch konto.zahle(+100); konto.zahle(+30); konto.zahle(-20); //gib Kontostand aus int saldo = konto.holekontostand(); Bildschirm.gibAus(saldo); Klasse Bildschirm 5-29 Zusammenfassung Programm = Mehrere Objekte, die Nachrichten austauschen Klassen: Schablonen für Objekte Attribute, Methoden Objekte Erzeugen Nachrichtenaustausch Aufruf von Methoden eines Objektes (Punkt-Notation), z. B. konto.holekontostand() 5-30