Informatik. Studiengang Chemische Technologie. Michael Roth Hochschule Darmstadt -Fachbereich Informatik- WS 2012/2013.

Transkript

1 Informatik Studiengang Chemische Technologie Michael Roth Hochschule Darmstadt -Fachbereich Informatik- WS 2012/2013 Inhalt Teil VIII Einstieg in Java II Michael Roth (h_da) Informatik (CT) WS 2012/ / 34

2 Inhalt Inhalt Evaluation 4 Java - Rahmenprogramm 5 Ein- und Ausgabe in Java Michael Roth (h_da) Informatik (CT) WS 2012/ / 34 Übersicht Bislang wurde das imperative Programmierparadigma behandelt Neben diesem existieren weitere: Deklarativ Objektorientiert Begriffe aus dem imperativen Programmierparadigma: Programmablauf Prozeduren und Funktionen Anweisungen, die nacheinander ausgeführt werden Kontrollstrukturen Michael Roth (h_da) Informatik (CT) WS 2012/ / 34

3 Übersicht Der Begriff Programmierparadigma Ein Paradigma in der Programmierung beschreibt einen Programmierstil Bestimmte Paradigmen werden von bestimmten Sprachen besser unterstützt Es gibt also spezielle Programmiersprachen, die sich auf ein Paradigma festlegen, und allgemeinere Sprachen, die Konstrukte für mehrere Paradigmen anbieten (z.b. C++, oder auch Java) Hinter einem Paradigma steht immer ein gedankliches Modell, wie ein Programm auszusehen hat Michael Roth (h_da) Informatik (CT) WS 2012/ / 34 Imperatives Paradigma...in der Hamsterwelt Die Charakteristika der imperativen Hamsterwelt sind: Es existiert nur ein Hamster (der Standardhamster ) Der Hamster ist namenlos Der Hamster ist von Beginn bis Ende des Programms da Er hat 4 Grundbefehle und 3 Testbefehle Er besitzt 4 Eigenschaften (Attribute / Zustände) Aktuelle Reihe Aktuelle Spalte Blickrichtung Anzahl der Körner im Maul Ein Hamsterprogramm besteht aus einer Abfolge von Anweisungen, incl. dem Aufruf selbst definierter Funktionen Michael Roth (h_da) Informatik (CT) WS 2012/ / 34

4 Objektorientiertes Paradigma...in der Hamsterwelt Die Erzeugung weiterer Hamster ist möglich Ein neues Hamsterobjekt wird dabei durch new erzeugt Den new Operator kennen Sie bereits vom Erzeugen von Arrays: 1 int [] feld = new int [100]; Jeder neu erzeugte Hamster kennt die 4 Grundbefehle und die 3 Testbefehle Jeder Hamster besitzt darüber hinaus eigene Eigenschaften (Attribute): Reihe und Spalte (aktuelle Position) Blickrichtung Anzahl der Körner im Maul Die Attribute werden nicht mehr über den Terraineditor gesetzt, sondern im Programm angegeben Michael Roth (h_da) Informatik (CT) WS 2012/ / 34 Objektorientiertes Java-Hamster-Modell (2) Objektorientierte Hamsterwelt Objektorientiertes Hamster-Modell (Voraussetzungen): Zuordnung von von Namen zu zu Hamstern Anweisung zur zur Erzeugung von von Hamstern Welcher Notation, Hamster welcher soll Hamster welcheeinen Befehle bestimmten ausführen? Befehl ausführen soll Koordinatensystem des für Territoriums das Spalte Standard-Hamster (blau) 1 Reihe: 1 Spalte: 1 Blickrichtung: OST Körner: x 4 Reihe 0 neuer Hamster Reihe: 0 Spalte: 6 Blickrichtung: SUED Körner: y Programmierkurs Java UE 20 (Hamster-) Dietrich Boles Seite 5 Michael Roth (h_da) Informatik (CT) WS 2012/ / 34

5 Erzeugung von n Sie kennen bereits das Erzeugen/Anlegen von Variablen: 1 int i = 17; 2 double d = 23.5; Bei der Erzeugung von Arrays und n wird der new Operator verwendet: 1 int [] feld = new int [100]; // bekannt 2 Integer i = new Integer ( 17) ; // int i = 17; als Objekt 3 Double d = new Double (23.5) ; // double b = 23.5; als Objekt Warum hat Java sowohl int als auch Integer? Java unterstützt mehrere Programmierparadigma Folglich gibt es einen Datentyp int, und eine Klasse Integer Michael Roth (h_da) Informatik (CT) WS 2012/ / 34 Erzeugung von n Anatomie 1 Integer i = new Integer (5) ; Integer: i: new: Integer(5): Bezeichner der Klasse, von der ein Objekt erzeugt werden soll. Auch Datentyp des s genannt Der Name des s, bekannt aus der Variablendeklaration new Operator, der ein Objekt der angegebenen Klasse erzeugt Die Attribute eines Integer-s können durch die Parameter des Konstruktoraufrufes festgelegt werden Michael Roth (h_da) Informatik (CT) WS 2012/ / 34

6 Erzeugung von n...in der Hamsterwelt Die Zeile: 1 Hamster paul = new Hamster (0, 6, Hamster. SUED, 0);...legt ein neues des Typs Hamster an. Die Parameter sind: 1 Reihe 2 Spalte 3 Blickrichtung 4 Körner im Maul Michael Roth (h_da) Informatik (CT) WS 2012/ / 34 Hamsterobjekte Um einem bestimmten Hamster einen Befehl zu geben, wird der. Operator auf das betreffender Objekt der Klasse Hamster angewendet: 1 // Syntax : <name >. < befehl > 2 3 // Erzeuge 2 Hamster 4 Hamster paul = new Hamster (0, 6, Hamster. SUED, 0); 5 Hamster peter = new Hamster (2, 6, Hamster. OST, 0); 6 7 paul. vor (); // bewege Paul ein Feld nach Sueden 8 peter. vor (); // bewege Peter ein Feld nach Osten 9 10 while ( paul. vornfrei ()) 11 paul. vor (); Michael Roth (h_da) Informatik (CT) WS 2012/ / 34

7 Demo Objektorientiertes Paradigma Begriffe Klasse Eine Klasse ist eine Art Bauplan für gleichartige Dinge (meist der realen Welt). Klassen beinhalten Daten und verfügen über Funktionen, um diese Daten in irgendeiner Form zu verarbeiten. Klassen sind ein Grundbestandteil der objektorientierten Welt. Attribute Ein Klasse definiert intern Variablen, die den jeweiligen Zustand eines s exakt beschreiben. Ein Objekt definiert sich allein durch seine eigenen Attribute. Jedes Objekt verfügt über eigene Attribute. Das bedeutet, dass verschiedene der gleichen Klasse verschiedene Werte für ihre jeweiligen Attribute haben können. Michael Roth (h_da) Informatik (CT) WS 2012/ / 34 Demo Objektorientiertes Paradigma Begriffe sind Instanzen einer Klasse. Variablen verhalten sich zu Datentyp wie zu Klasse Methoden Methoden einer Klasse sind in der Klasse definierte Funktionen. Diese können mittels des. Operators auf dieser Klasse aufgerufen werden. Typischerweise verarbeiten Methoden (unter anderem) die Attribute einer Klasse. Konstruktor Eine spezielle Methode, die beim Erzeugen eines s aufgerufen wird. Ein Konstruktor kann, wie jede andere Methode oder Funktion auch, Parameter besitzen. Oftmals werden diese Parameter zum initialisieren von Attributen verwendet. Michael Roth (h_da) Informatik (CT) WS 2012/ / 34

8 Demo Objektorientiertes Paradigma Zusammenfassung Beim objektorientierten Programmieren wird das Arbeiten mit n in den Vordergrund gestellt Funktionalität, die sich beim imperativen Programmieren in Funktionen befindet, wird hier in Methoden der dazugehörigen Klassen implementiert Dadurch wird das Programm übersichtlicher, da Funktionen logisch den jeweiligen Klassen zuzuordnen sind Auch die Interaktion verschiedener r (bzw. verschiedener Klassen) steht im Vordergrund Objektorientierung ist in Java sehr stark vertreten Michael Roth (h_da) Informatik (CT) WS 2012/ / 34 Übersicht Im Gegensatz zu rein kompilierten Sprachen wird ein Java Programm teilweise interpretiert Bei anderen Sprachen (wie z.b. C++) übersetzt der Compiler den Quellcode in Maschinensprache, welche direkt von der CPU des Computers ausgeführt wird Zu Java existiert der Compiler javac, der den Quellcode zu Java Bytecode kompiliert Dieser Bytecode kann von einer Java Laufzeitumgebung (engl. Runtime) ausgeführt werden Die Laufzeitumgebung wird häufig auch virtuelle Maschine genannt JVM = Java Virtual Machine Michael Roth (h_da) Informatik (CT) WS 2012/ / 34

9 Arbeitsweise Java-Quell-Programm Java-Compiler Java-Bytecode für WinNT für Linux... für Explorer WinNT Ausführbares Programm Linux Ausführbares Programm... Explorer Ausführbares Applet Programmierkurs Java UE 11 Einführung in Java Dietrich Boles Seite 8 Michael Roth (h_da) Informatik (CT) WS 2012/ / 34 Vor- und Nachteile Vorteile Plattformunabhängig...das bedeutet, dass ein und das selbe Programm auf unterschiedlichen Systemen (Soft- wie Hardware) lauffähig ist Sicherheitsaspekte, da kein direkter Zugriff auf die Hardware erfolgt Nachteile Die Performanz kann niedriger sein als bei direkt kompilierten Sprachen Michael Roth (h_da) Informatik (CT) WS 2012/ / 34

10 Übersicht Java - Rahmenprogramm Ein neu erzeugtes, imperatives Hamsterprogramm sieht wie folgt aus: 1 void main () 2 { 3 } Ein minimales, lauffähiges Java Programm sieht so aus: 1 // Name der Datei : World. java 2 class World 3 { 4 public static void main ( String [] args ) 5 { 6 } 7 } Es ist wichtig, dass die Klasse Main in einer Datei gleichen Namens abgespeichert wird! Michael Roth (h_da) Informatik (CT) WS 2012/ / 34 Java - Rahmenprogramm Programmerstellung 1 Erstellen des Programmcodes mittels eines Editors 2 Abspeichern in einer Datei <NameDerKlasse>.java 3 Kompilieren des Quellcodes: javac <NameDerKlasse>.java z.b. javac World.java 4 Falls Fehlermeldungen auftreten: Fehler beseitigen Zurück zu Punkt 2 5 Der Compiler erzeugt eine nicht ausführbare Datei <NameDerKlasse>.class 6 Das Programm kann mittels Ausführung der JVM gestartet werden: java <NameDerKlasse> z.b. java World Michael Roth (h_da) Informatik (CT) WS 2012/ / 34

11 Java - Rahmenprogramm Zusammenfassung Alle Java-Programme sind Klassen 1 class < Klassenname > 2 { 3 < Funktionen und globale Variablen > 4 5 public static void main ( String [] args ) 6 { 7 < Anweisungen > 8 } 9 } Die Hamsterbefehle gibt es nicht mehr... Vor globalen Variablen und Funktionen: static Michael Roth (h_da) Informatik (CT) WS 2012/ / 34 Übersicht Ein- und Ausgabe in Java Dieses Kapitel behandelt die Ein- und Ausgabe bei Java über die Konsole Java bietet umfangreiche Möglichkeiten, grafische Benutzeroberflächen (GUIs) zu erstellen...die wir allerdings nicht nutzen werden Bei Ein/Ausgabe über die Konsole werden folgende Begriffe verwendet: Standardeingabe (engl. Standard input ): Eingaben über die Tastatur Standardausgabe (engl. Standard output ): Ausgabe auf dem Monitor Michael Roth (h_da) Informatik (CT) WS 2012/ / 34

12 Ausgabe Ein- und Ausgabe in Java Ausgaben werden mittels der Funktion System.out.println(x) getätigt System.out ist ein Objekt, welches mit der Standardausgabe verbunden ist println() ist eine Methode dieses s x kann jede beliebige Variable oder fester Wert sein: 1 System. out. println (5) ; 2 System. out. println (" Hallo, Welt!"); 3 double d = 17.3; 4 System. out. println (d); Sie können zwei Variablen des Typ String bzw. zwei Literale des Stringtyps mittels des Operators + verketten: 1 System. out. println (" Ergebnis : " + 5); // Ergebnis : 5 2 String s = " Hallo "; 3 String t = " Welt "; 4 System. out. println (s + " " + t); // Hallo Welt 5 System. out. println (3 + 4); // 7, nicht 34 Michael Roth (h_da) Informatik (CT) WS 2012/ / 34 Ausgabe print() und println() Ein- und Ausgabe in Java Die Funktion print() gibt in einer Zeile aus Die Funktion println() gibt aus, und geht anschließend in eine neue Zeile 1 System. out. print (1) ; 2 System. out. print (2) ; 3 System. out. print (3) ; 4 System. out. print (4) ; 5 // Ausgabe : System. out. println (1) ; 7 System. out. println (2) ; 8 System. out. println (3) ; 9 System. out. println (4) ; 10 /* Ausgabe : */ Michael Roth (h_da) Informatik (CT) WS 2012/ / 34

13 Eingabe Ein- und Ausgabe in Java Analog zu System.out gibt es ein Objekt System.in, welches mit der Standardeingabe verbunden ist Zum Lesen der Standardeingabe gibt es eine Klasse Scanner, die folgende Methoden anbietet: nextint() extrahiert den nächsten Integer Wert nextdouble() extrahiert den nächsten Double Wert nextline() liest eine ganze Zeile ein (als String) Die Methoden lesen dabei maximal bis zum nächsten ENTER Zeichen ein Passt das jeweils nächste Token im Strom der Standardeingabe nicht zu dem gewünschten Zeichen, so wird ein Laufzeitfehler (Exception) ausgelöst...sie kennen das bereits vom Hamster Michael Roth (h_da) Informatik (CT) WS 2012/ / 34 Eingabe Beispiel Ein- und Ausgabe in Java 1 import java. util. Scanner ; 2 3 public class JavaApplication1 4 { 5 6 public static void main ( String [] args ) 7 { 8 // Erzeugen eines neuen Scanner s, welches mit der Standardeingabe verbunden wird 9 Scanner scan = new Scanner ( System. in); 10 int i = scan. nextint (); 11 double d = scan. nextdouble (); 12 System. out. println (" Sie haben getippt : " + i + " und " + d); } 15 } Michael Roth (h_da) Informatik (CT) WS 2012/ / 34