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Transkript

1 .%: %YXSVIR9PVMOI&ÔXXGLIV(MVO*VMWGLEPS[WOM -RLEPXPMGLIW0IOXSVEX%RHVIEW,SPYFIO %YJPEKIZSQ2SZIQFIV F],)6(8:IVPEKJÚV&MPHYRKWQIHMIR+QF, &SHIRLIMQ -RXIVRIX[[[LIVHX]SYHIEXGL [[[LIVHXFYWMRIWWHIEXGL [[[LIVHXZLWHIEX %PPI 6IGLXI ZSVFILEPXIR /IMR 8IMP HIW ;IVOIW HEVJ MR MVKIRHIMRIV*SVQ(VYGO*SXSOSTMI1MGVSJMPQSHIVIMRIQ ERHIVIR :IVJELVIR SLRI WGLVMJXPMGLI +IRILQMKYRK HIW,IVEYWKIFIVW VITVSHY^MIVX SHIV YRXIV :IV[IRHYRK IPIOXVSRMWGLIV 7]WXIQI ZIVEVFIMXIX ZIVZMIPJÂPXMKX SHIV ZIVFVIMXIX[IVHIR (MIWI 9RXIVPEKI [YVHI QMX KVS½IV 7SVKJEPX IVWXIPPX YRH KITVÚJX 8VSX^HIQ OÔRRIR *ILPIV RMGLX ZSPPOSQQIR EYW KIWGLPSWWIR [IVHIR :IVPEK,IVEYWKIFIV YRH %YXSVIR OÔRRIRJÚVJILPIVLEJXI%RKEFIRYRHHIVIR*SPKIR[IHIV IMRI NYVMWXMWGLI :IVERX[SVXYRK RSGL MVKIRHIMRI,EJXYRK ÚFIVRILQIR (MI &MPHYRKWQIHMIR HIW,)6(8:IVPEKW IRXLEPXIR 0MROW F^[ :IV[IMWI EYJ -RXIVRIXWIMXIR ERHIVIV %RFMIXIV %YJ -RLEPX YRH +IWXEPXYRK HMIWIV %RKIFSXI LEX HIV,)6(8 :IVPEK OIMRIVPIM )MRJPYWW,MIVJÚV WMRH EPPIMRI HMI NI[IM PMKIR%RFMIXIVZIVERX[SVXPMGL *AVA3$+V +VYRHPEKIR4VSKVEQQMIVYRK Ã Ã Ã.%:

2 INHALTSVERZEICHNIS Java 2 SDK v Grundlagen Programmierung 1 Einführung Was Sie wissen sollten Java - die Programmiersprache Einsatzgebiete von Java Java Development Kit (JDK) Wie arbeitet Java? Informationsquellen im Internet Schnellübersicht Installation des JDK Systemvoraussetzungen Installieren des JDK Installieren der Dokumentation JDK konfigurieren Installation testen Verzeichnisstruktur des JDK Beispiele und Übungen installieren Übung Programme compilieren und ausführen Erstellen eines Java-Programms Der Java-Compiler javac Der Java-Interpreter java (javaw) Der Appletviewer Aufbau von Programmen Grundelemente Anwendungen und Applets Aufbau von Anwendungen Standard-Ein- und -Ausgabe über die Konsole Übung Grundlegende Sprachelemente Grundlegende Sprachelemente Reservierte Wörter Literale Bezeichner Kommentare Anweisungen und Anweisungsblöcke Gültigkeitsbereich Ausdrücke Wertzuweisungen Primitive Datentypen Numerische Datentypen Zeichen-Datentyp Boolescher Datentyp Variablen Syntax der Variablendeklaration Wertzuweisung an Variablen Konstanten Operatoren Arithmetische Operatoren Inkrementierung und Dekrementierung Logische Operatoren Bitweise Operatoren Vergleichsoperatoren Übung Kontrollstrukturen Grundlagen if-anweisung if-else-anweisung Bedingungsoperator?: switch-anweisung for-anweisung while-anweisung do-while-anweisung Weitere Kontrollstrukturen Schnellübersicht Übungen Klassen, Objekte und Methoden Einführung Klassen und Kapselung Daten und Methoden Klassen und Instanzen Klassenhierarchie und Vererbung Klassen Grundlagen und Verwendung Syntax Regeln zum Benennen von Klassen Objekte erzeugen und freigeben Methoden Syntax Regeln zum Benennen von Methoden Parameterübergabe an Methoden Überladen von Methoden Rekursion this Konstruktoren Destruktoren Zugriffsattribute Statische Variablen und Methoden Übung Arrays und Wrapper-Klassen Arrays Wrapper-Klassen Übung Vererbung Grundlagen Die Klasse Object Konstruktoraufrufe Vererbungsketten und Zuweisungskompatibilität Polymorphie...103

3 Inhaltsverzeichnis I 9.3 Methoden überschreiben Abstrakte Klassen und Methoden Finale Klassen Übung Packages Grundlagen Packages einbinden Zugriffsrechte in Packages Übung Interfaces Interfaces Adapterklassen Innere Klassen Anonyme Klassen Übung Exceptions Grundlagen Exceptions behandeln und weitergeben Exceptions behandeln Exceptions weitergeben Ressourcenschutzblöcke Exceptions auslösen Eigene Exceptions erzeugen Übung Assertions Grundlagen Verwendung von assert Übung Arbeit mit Strings Die Klasse String Methoden der Klasse String Die Klasse StringBuffer Übung Ein-/Ausgaben auf die Konsole und in Dateien Grundlagen Standard-Ein- und -Ausgabe Die Klasse File RandomAccessFiles Übung Streams Grundlagen CharacterStreams Ausgabe-Streams Eingabe-Streams Ein- und Ausgabe in Dateien Gepufferte Ein- und Ausgabe Ein- und Ausgabe von primitiven Datentypen Gefilterte Ein- und Ausgabe Ein- und Ausgabe in Strings und Character-Arrays ByteStreams Übung Collections Grundlagen Collections vom Typ List Implementationen von List Iterator-Interfaces Praktische Hinweise Hash-Tabellen und Bäume Collections vom Typ Set Collections vom Typ Map Die Klasse Collections Übung Nützliche Klassen und Packages Zufallszahlen Datum und Zeit Die Klasse System Systeminformationen ermitteln Weitere Methoden der Klasse System Übung jar-archive Grundlagen Manifest-Datei Archive erstellen und bearbeiten Verwendung von Archiven Übung Anwendungsweitergabe mit dem JRE Grundlagen Vorbereitung JRE installieren und konfigurieren Anwendung weitergeben Übung Dokumentation mit javadoc Grundlagen Verwendung von javadoc Optionen Dokumentationskommentare Doclets Taglets Übung Stichwortverzeichnis

4 14 Java 2 SDK v Grundlagen Programmierung 14 Arbeit mit Strings In diesem Kapitel erfahren Sie welche nützlichen Methoden die Klasse String bietet wie Sie Strings vergleichen wozu die Klasse StringBuffer dient wie Sie effizient Strings verketten Voraussetzungen Erzeugen von Objekten Verwenden von Methoden 14.1 Die Klasse String Für die Arbeit mit Zeichenketten stellt Java die Klasse String zur Verfügung. Aufgrund der Tatsache, dass es sich um eine Klasse handelt, besitzt String noch zusätzliche Methoden zur Arbeit mit Zeichenketten. Außerdem gelten einige Besonderheiten. String ist eine Klasse und kein Array aus Zeichen wie in anderen Programmiersprachen. Damit referenzieren Variablen vom Typ String Objekte. Die Klasse String ist als final deklariert, sodass Sie davon keine weiteren Klassen ableiten können. Da diese Klasse außerdem keine set-methoden zum Ändern der gespeicherten Zeichenkette besitzt (wie auch die Wrapper-Klassen für die Grunddatentypen), werden die erzeugten Objekte auch unmutable (unveränderlich) genannt. Obwohl es sich bei String um eine Klasse handelt, müssen Sie deren Instanzen nicht über new erzeugen (es ist aber möglich), z. B. String s = "Neue Zeichenkette ohne new". Zeichenketten werden in doppelte Anführungszeichen eingeschlossen und können über das Zeichen + verkettet werden. Die Zeichenketten bestehen aus UniCode-Zeichen. Der einem String zugewiesene Wert kann nicht mehr geändert werden. In diesen Fällen wird immer ein neues String-Objekt erzeugt und das alte freigegeben. Damit bleiben die Länge und der Inhalt eines Strings immer konstant. Erzeugen eines Strings oder Deklarieren Sie eine Variable vom Typ String, z. B. String s;. Initialisieren Sie die Variable sofort nach der Deklaration, z. B.. Weisen Sie der Variablen ein Literal oder eine andere String-Variable zu: s = "Neue Zeichenkette"; String s2 = "Neu"; s = s2; 140

5 Arbeit mit Strings 14 Verketten von Strings Das Verketten von Strings können Sie über das Zeichen + durchführen. Dabei führt Java bei der folgenden Verkettung die angegebenen Operationen durch: String s = "Auf Wiedersehen"; String s1 = "Hal"; String s2 = "lo"; s = s1 + s2; Aus dem Ergebnis der Verkettung s1 + s2 wird ein neues String-Objekt erzeugt. Die Variable s referenziert nicht mehr das String-Objekt "Auf Wiedersehen", sondern den neu erzeugten String. Das vorher referenzierte Objekt "Auf Wiedersehen" wird vom Garbage-Collector bereinigt. Die oben beschriebene Arbeitsweise hängt zusätzlich von der Implementierung des Java-Compilers ab, der in vielen Situationen eine Optimierung vornimmt. Dadurch kann z. B. eine wie oben angegebene Operation (s1 + s2) schon zur Compilierzeit erfolgen, und der String s besitzt schon zum Programmstart den Inhalt Hallo. In den Fällen, in denen der Compiler keine Optimierung vornehmen kann, wird der beschriebene Weg verfolgt. Gleichheit von Strings testen Es gibt verschiedene Möglichkeiten, die Gleichheit von Strings zu testen. Dabei spielt es eine große Rolle, wie Java Strings intern verwaltet (dies kann sich jedoch in verschiedenen Implementierungen ändern). Strings, deren Inhalt zur Compilierzeit feststeht, z. B. String s = "Hallo", werden nur einmal angelegt (ein String-Pool wird erzeugt). Existieren zur Compilierzeit weitere Strings mit dem gleichen Inhalt, verweisen alle auf die gleiche interne Zeichenkette "Hallo", d. h. auf das gleiche Objekt. Werden Strings dynamisch zur Laufzeit eines Programms erzeugt oder verändert, erzeugt Java immer ein neues separates String-Objekt. == Über diesem Operator vergleichen Sie keine Inhalte der String-Objekte, sondern Referenzen auf String-Objekte. Im Falle von zwei identischen String-Konstanten, vgl. folgendes Beispiel, liefert == das Ergebnis true. Haben Sie jedoch im Programm einen String mit dem identischen Inhalt dynamisch erzeugt, wird false als Ergebnis geliefert, da dieser als neues Objekt erzeugt wird. equals compareto Der Vergleich mit equals ist die richtige Vorgehensweise zum String-Vergleich, denn hier wird wirklich der Inhalt der Zeichenketten verglichen. Als Ergebnis wird true oder false geliefert. Über compareto haben Sie zusätzlich die Möglichkeit, Strings lexikografisch zu vergleichen. Rückgabewerte sind 0, kleiner und größer als 0. Notizen 141

6 14 Java 2 SDK v Grundlagen Programmierung Beispiel: com\herdt\java14\kap14\stringcompare.java Das folgende Beispiel zeigt die möglichen Vergleiche von Zeichenketten und gibt deren Ergebnisse auf der Konsole aus. = public static void main(string[] args) { String s1 = "Hallo"; String s2 = "Hallo"; String s3 = new String("Hallo"); String s4 = "Hallo2"; A B System.out.println("s1 == s2 : " + (s1 == s2)); System.out.println("s2 == s3 : " + (s2 == s3)); // liefert true // liefert false C D E System.out.println("s1 equals s2 : " + (s1.equals(s2))); // liefert true System.out.println("s2 equals s3 : " + (s2.equals(s3))); // liefert true System.out.println("s1 compareto s2 : " + (s1.compareto(s2))); // liefert 0 System.out.println("s2 compareto s3 : " + (s2.compareto(s3))); // liefert 0 System.out.println("s2 compareto s4 : " + (s2.compareto(s4))); // liefert -1 } = Die Variable s1 wird mit dem Literal Hallo initialisiert. > Die Variable s2 wird mit dem Literal Hallo initialisiert.? Der Variablen s3 wird erst zur Laufzeit die Zeichenkette Hallo zugewiesen. Der Compiler kann hier nicht feststellen, dass es sich um das gleiche Literal wie bei s1 und s2 Die Variable s4 wird mit dem Literal Hallo2 initialisiert. Bei s1, s2 und s4 steht schon während der Compilierzeit der Wert dieser Variablen fest. Aus diesem Grund kann Java diese Literale intern verwalten und erzeugt für die Literale Hallo nur ein Objekt. Auf diese verweisen dann sowohl s1 als auch s2. A Die Variablen s1 und s2 werden auf die Gleichheit ihrer Referenzen auf ein Objekt geprüft. Dadurch, dass Sie zur Compilierzeit angelegt wurden, verweisen sie auf das gleiche interne Objekt. B Da s3 dynamisch erzeugt wird, liefert der Vergleich der Objektgleichheit mit s2 das Ergebnis false. C Mit equals wird wirklich die Zeichenkette selbst verglichen. Da s1 und s2 auf das gleiche Objekt zeigen, wird true zurückgegeben. D Jetzt liefert auch der Vergleich von s2 und s3 das Resultat true, da nur der Inhalt der Zeichenketten verglichen wird. E Über compareto können Sie nicht nur die Zeichenketten auf Gleichheit testen. Zusätzlich ist ein Vergleich auf größer und kleiner als möglich. Da s1 und s2 die Zeichenkette Hallo referenzieren, liefert compareto den Wert 0 (entspricht gleich). Auch s3 und s2 sind bei dem Vergleich mit compareto gleich. Die Variable s4 referenziert eine andere Zeichenkette als s2. Deshalb liefert compareto den Wert -1 (s4 ist lexikografisch größer als s2) Methoden der Klasse String Die Klasse String bietet einige nützliche Methoden, die im Folgenden erläutert werden. Die Methoden können auf die folgenden Arten verwendet werden. String s = String.valueOf(..); // Klassenmethode String s = "abc".substring(..); // "abc" wird auch als String-Objekt interpretiert String s = s.substring(..); // üblicher Methodenaufruf für das aktuelle Objekt 142

7 Arbeit mit Strings 14 Methode Beschreibung Beispiel char charat(int index) boolean endswith (String value) boolean equals (Object value) boolean equalsignorecase (String value) int indexof (String value) String intern() Liefert das Zeichen an der Position index (0..n-1) Überprüft, ob der String mit value endet; liefert true, wenn value gleich "" oder gleich dem String ist Überprüft den String auf inhaltliche Gleichheit mit einem Objekt bzw. anderen String. equalsignorecase ignoriert dabei die Groß-/Kleinschreibung. Liefert den Index innerhalb eines Strings, an dem der übergebene Teil- String value beginnt. Es gibt noch weitere Varianten von indexof. Über diese Methode wird ein String aus dem vorhandenen StringPool geliefert bzw. ein nicht vorhandener darin eingefügt. char c = "abc".charat(1); // c hat den Inhalt b String s = "Test"; s.endswith("test") => true s.endswith("st") => true boolean b; b = s.equals("hall"); // b = false int i = s.indexof("ll"); // i = 2 String s2 = s.intern(); int length() Liefert die Länge der Zeichenkette int len = s.length(); // 5 String replace (char oldc, char newc) String substring(int s) String substring(int s1, int s2) Ersetzt alle vorkommenden Zeichen oldc durch das Zeichen newc Liefert einen Teil-String beginnend beim Index s bis zum Ende bzw. von s1 bis (s2-1) s = s.replace('l', 's'); // s = "Hasso"; s = s.substring(2, 4); // s = "ll"; String tolowercase() String touppercase() Diese Methoden wandeln die Zeichen eines Strings in Klein- bzw. Großschreibung um. Prüfen Sie gegebenenfalls, wie Buchstaben wie das Zeichen ß konvertiert werden. s = s.touppercase(); // s = "HALLO" trim Entfernt alle Zeichen <= '\u0020' am Beginn und Ende des Strings String s = " Hallo "; s = s.trim(); // "Hallo" String valueof (Datentyp var) Liefert die String-Beschreibung des Datentyps bzw. des Objekts int i = 10; String s; s = String.valueOf(i); // = "10" Notizen 143

8 14 Java 2 SDK v Grundlagen Programmierung 14.3 Die Klasse StringBuffer Die Klasse String bietet keine Möglichkeit, einen String nachträglich zu ändern. In diesem Fall wird immer ein neues Objekt erzeugt und der entsprechenden Variablen zugewiesen. Abhilfe schafft die Klasse String- Buffer, die sich dynamisch der Größe der gespeicherten Zeichenkette anpasst. Sie hat die folgenden Eigenschaften: Die Klasse StringBuffer kann veränderliche Strings verwalten. Sie stellt Methoden zu deren Manipulation bereit. Aufgrund der dynamischen Verwaltung der Zeichenkette sind alle Operationen mit einem StringBuffer schneller als mit Strings. Strings sind jedoch in der Handhabung einfacher und in einigen Situationen aufgrund ihrer Unveränderbarkeit besser einzusetzen. Die Größe des Puffers passt sich dynamisch an die Größe des Strings an. Die Vergrößerung des Puffers wird durch Verdopplung der momentanen Speichergröße erreicht. Gegenüber der Klasse String hat die Klasse StringBuffer die Nachteile, dass sie mehr Speicher benötigt (die Kapazität eines StringBuffer ist größer als die gespeicherte Länge des Strings) und nicht mehrfach einen identischen String referenzieren kann. Für zur Compilierzeit identische Strings wird nur ein String-Objekt angelegt. StringBuffer erzeugen Verwenden Sie den parameterlosen Konstruktor, um einen StringBuffer mit der eingestellten Initialkapazität (16 Zeichen) zu erzeugen: StringBuffer(). Durch die Angabe einer Länge als Parameter kann die Initialkapazität angepasst werden: StringBuffer(int length). Durch die Angabe eines Strings wird eine Kopie im StringBuffer erzeugt. Die Kapazität wird der String-Größe angepasst: StringBuffer(String str). Die Verkettung von Strings wird intern in Operationen eines StringBuffers umgewandelt. Für die Anweisungen, String a = "Sie "; String b = "verwenden "; String c = "einen "; String d = "StringBuffer"; a = a + b + c + d; wird durch den Compiler die folgende Anweisung erzeugt: a = new StringBuffer(a).append(b).append(c).append(d).toString(); Umwandeln eines StringBuffer-Objekts in einen String oder Verwenden Sie die Methode tostring der Klasse StringBuffer: StringBuffer sb = new StringBuffer("Hallo"); String s = StringBuffer.toString(); Verwenden Sie den Konstruktor von String, der einen Parameter vom Typ StringBuffer erlaubt: StringBuffer sb = new StringBuffer("Hallo"); String s = new String(sb); 144

9 Arbeit mit Strings 14 Methoden der Klasse StringBuffer Methode Beschreibung Beispiel StringBuffer s; s = new StringBuffer(); append(typ value) Es gibt verschiedene Varianten von append, die unterschiedliche Parametertypen verwenden (int, double, Object,...). Diese Typen werden in einen String umgewandelt und an den Puffer angehängt. s.append("1 + 2 = "); s.append(1+2); // s = "1 + 2 = 3" int capacity() Liefert die aktuelle Kapazität des Puffers int i = s.capacity(); // 16 char charat(int index) setcharat(int index, char c) Liefert das Zeichen mit dem betreffenden Index bzw. ändert es char c = s.charat(2); // c = '+' insert(int index, Typ value) Fügt ab der Position index die String- Repräsentation des Parameters value ein (vgl. append) s.insert(0, "("); s.insert(6, ")"); // s = "(1 + 2) = 3" int length() Liefert die Länge des gespeicherten Strings int i = s.length(); // 11 setlength(int value) Ändert die String-Länge, nicht die des Puffers. Entweder wird der String abgeschnitten oder mit \u0000 aufgefüllt. s.setlength(10); // s = "(1 + 2) = "; String tostring() Liefert die String-Repräsentation des StringBuffer String str = s.tostring(); Beispiel: com\herdt\java14\kap14\stringpuffer.java Das folgende Beispiel demonstriert, wie Sie durch die Verwendung der Klasse StringBuffer wesentliche Performance-Steigerungen bei umfangreichen String-Operationen erreichen. Die Verkettung über Strings benötigt teilweise bis zu 1000-mal mehr Zeit als die Methode append der Klasse StringBuffer. Dies hängt natürlich auch von der gewählten Puffergröße ab. Beachten Sie, dass das Programm je nach Hardwareausstattung mehrere Minuten benötigt. Verringern Sie gegebenenfalls die Anzahl der Durchläufe. = A B C public static void main(string[] args) { String s1 = "X"; StringBuffer sb = new StringBuffer(); long t1, t2; t1 = System.currentTimeMillis(); for(int i = 1; i < 50001; i++) s1 = s1 + "X"; t2 = System.currentTimeMillis(); System.out.println("Verkettung mit String: " + (t2 - t1)); D t1 = System.currentTimeMillis(); for(int i = 1; i < 50001; i++) sb.append("x"); t2 = System.currentTimeMillis(); System.out.println("Verkettung mit StringBuffer: " + (t2 - t1)); } 145

10 14 Java 2 SDK v Grundlagen Programmierung = Die Zeichenkette s1 wird mit dem Zeichen X initialisiert. > Ein StringBuffer-Objekt muss explizit über new erzeugt werden. Es wird die Standardkapazität verwendet. Sie können dieses Beispiel noch effizienter machen, indem Sie den StringBuffer mit einer Initialkapazität von z. B erzeugen (new StringBuffer(51000)). Dadurch entfallen die Operationen für das Vergrößern des Buffers. Diese Vorgehensweise sollte immer angewendet werden, wenn sicher ist, das die Standardgröße des StringBuffers von 16 nicht ausreicht. Ansonsten wird Speicherplatz verschwendet.? Die Variablen t1 und t2 werden zur Zeitmessung Die Methode currenttimemillis liefert die aktuelle Zeit in Millisekunden seit dem Für die spätere Differenzbildung ist der Startzeitpunkt des Zählers nicht relevant. A In einer for-anweisung wird mal das Zeichen X an den String s1 angehängt. Dadurch werden sehr viele temporäre Objekte erzeugt, was dementsprechend viel Zeit in Anspruch nimmt. B Die Zeit wird erneut gemessen. C Die benötigte Zeit wird in Millisekunden ausgegeben. D Die gleiche Vorgehensweise wird für die Verkettung über einen StringBuffer genutzt. Da hier nur ein Objekt erzeugt wird und höchstens dessen Kapazität wächst, wird eine wesentlich kürzere Zeit zur Ausführung benötigt. Nach der Operation könnten Sie das Ergebnis wieder einem String zuweisen Übung = Sortieren Sie die Namen Meier und Mayer über die Methode compareto der Klasse String, und geben Sie diese alphabetisch sortiert aus. > Wandeln Sie vor der Ausgabe die Namen aus Übung = in Kleinbuchstaben um.? Schreiben Sie eine Methode, die einen Namen als Parameter entgegennimmt. In der Methode soll über die Klasse StringBuffer der folgende String zusammengesetzt und ausgegeben werden: Sehr geehrte(r) Frau/Herr <hier kommt der Parameter>, wir gratulieren Ihnen zur erfolgreichen Lösung der Übungsaufgabe. 146

11 Arbeit mit Strings 14 Notizen 147