Programmieren in Java

Transkript

1 Einführung in die (imperative) Programmierung (Teil 3)

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 ist Primitive Datentypen: Datentypen deren Werte nicht in andere Datentypen zerlegt werden können Beispiel: 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 CallNumber {( areacode, number ) areacode int, number 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 Großund 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 kann es keine Deklaration zweier Variablen mit gleichen Namen geben Wenn eine Variable für Werte eines bestimmten Typs deklariert wurde, kann sie innerhalb ihres Scopes 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 = 37.0f * 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 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

8 8 Wiederholung: Bedingte Anweisung Die if-else-anweisung: int number =?; if ( BEDINGUNG ) { if (number > 0) { SATZ; BLOCK System.out.println("Größer 0"); else { SATZ; BLOCK else { System.out.println("Kleiner gleich 0"); BEDINGUNG == WERT VARIABLE AUSDRUCK boolean!-operator Umkehr einer booleschen Aussage! int number =?; true false false true Negation boolean notnull = number < 0 && number > 0; notnull = number!= 0; notnull =!(number == 0); notnull =!(number < 0 number > 0);

9 9 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

10 10 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 Im schlechtesten Fall muss jede Bedingung überprüft werden

11 11 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;

12 12 Switch-Case Die switch-zeile erwartet einen geklammerten Ausdruck Der Ausdruck muss entweder vom Typ int, String oder enum sein Pro möglichen Wert kann ein case-block definiert werden Nach case muss ein konstanter Wert (Literal) angegeben werden Nach dem Doppelpunkt wird ein Code-Block definiert, der den Programmverlauf für dieses Literal enthält Enthält dieser Code-Block nur einen Satz kann die Klammerung weggelassen werden Der Codeblock wird mit einem break abgeschlossen Was passiert: Der Ausdruck wird ausgewertet Das Programm wird im übereinstimmenden case-block fortgefahren Existiert keine Übereinstimmung wird der nächsten Satz nach dem switch-block ausgeführt

13 13 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 : case 'A': case 'B': case 'C': { Die break-anweisung ist optional Achtung: ohne break werden alle nachfolgenden Blöcke bis zum ersten break ausgeführt, egal ob deren Bedingung eintrat oder nicht! case 'D': {System.out.println("D"); case 'E': {System.out.println("E"); break; case 'F': {System.out.println("F"); break; char color = 'D'; D E Im Beispiel wird switch über einen Wert vom Typ char ausgeführt Der Datentyp char enthält mehr Werte als nur die drei definierten Fälle Mit default anstelle von case kann Default-Verhalten festgelegt werden default : default: {System.out.println("Unbekannte Eingabe"); break;

14 14 Switch vs. if Da bei switch alle case-werte konstant sind, ist bereits beim Compilieren also 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

15 15 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 Die meisten Programmiersprachen bieten mehrere Konstrukte zur Definition von Schleifen

16 16 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);

17 17 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

18 18 Die Schleife genauer Die Laufzeit 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

19 19 Schleifen (for) Neben while und do-while gibt es noch die for-schleife 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;

20 20 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 ++) {

21 21 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 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);

22 22 Don t repeat yourself Annahme: Java habe keinen Multiplikationsoperator (für positive Zahlen) Die Multiplikation ist die wiederholte Anwendung der Addition a* b b b... b a Diese mathematische Vorschrift lässt sich durch eine Schleife realisieren: int a =?; int b =?; int result = 0; for (int i = 1; i <= a; i++) { result += b; a i 1 b Ohne Multiplikation müsste überall dort wo bisher der *-Operator genutzt wurde obiger Code stehen Der Code sähe allerdings immer gleich aus In der Programmierung herrscht das DRY-Prinzip: Don t repeat yourself

23 23 Don t repeat yourself Mit den aktuellen Mitteln führt allerdings nichts an DRY vorbei Es wird ein Konstrukt benötigt, mit dem immer wiederkehrender Code ausgelagert werden kann In der imperativen Programmierung: Funktion bzw. Methode bzw. Prozedur In Java: Methode MODIFIKATOREN optional RÜCKGABETYP BEZEICHNER ( DATENTYP PARAMETER-, ) BEZEICHNER optional { SATZ; BLOCK return RETURN-WERT ; MODIFIKATOREN SICHTBARKEIT RETURN-WERT RÜCKGABETYP SICHTBARKEIT static final public protected private Beispiel: Main-Methode public static void main(string[] args) {

24 24 Statische Methode Methoden sind Teil von Javas OOP-Ansatz Die MODIFIKATOREN legen folgendes fest: Sichtbarkeit: Von wo darf die Methode aufgerufen werden Zugehörigkeit (static): Gehört die Methode zum Objekt oder zur Klasse Überschreibbarkeit (final): Kann die Methode überschrieben werden Für den imperativen Ansatz sind diese Festlegungen mit Ausnahme der Zugehörigkeit irrelevant Aktuell sind Objekte noch unbekannt Klassen wurden zumindest schon gesichtet Der Modifikator static steht für zur Klasse gehörig Daher vorerst: static RÜCKGABETYP BEZEICHNER ( DATENTYP PARAM- BEZEICHNER, ) optional {

25 25 Die Multiplikations-Methode Die Multiplikationsvorschrift als Methode: static int mult(int a, int b) { int result = 0; for (int i = 1; i <= a; i++) { result += b; return result; Mit dem BEZEICHNER wird der Name der Methode festgelegt Methoden werden aufgerufen Der Aufruf erfolgt über ihren Namen Optional kann eine Methode eine beliebige Anzahl an Parametern definieren Pro Parameter muss beim Aufruf ein Wert angegeben werden Dieser Wert muss vom Typ der Parameterdefinition sein Innerhalb der Methode sind Parameter Variablen mit den beim Aufruf übergebenen Initialwerten

26 26 Aufruf einer Methode Ein Aufruf der Methode: mult(27, 37); Die Parameter a und b wurden als Variablen vom Typ int definiert Die Werte 27 und 37 sind vom Typ int Es gelten die Typumwandlungsregeln von Operatoren Werte eines kleineren Typs werden automatisch umgewandelt Werte eines größeren Typs müssen per Cast umgewandelt werden Typfremde Werte führen zu Compilerfehlern mult(27.0f, 37); mult((int) 27.0f, 37); mult(27, false); Die Werte werden in der Reihenfolge der Parameterdefinition zugwiesen a = 27 b = 37

27 27 Rückgabe einer Methode Eine Methode muss ein Ergebnis liefern Dieses Ergebnis muss vom angegebenen RÜCKGABETYP sein Der letzte ausführbare Satz einer Methode muss das Ergebnis liefern Dies erfolgt über das Schlüsselwort return static int mult(int a, int b) { int result = 0; for (int i = 1; i <= a; i++) { result += b; return result; Die Multiplikation soll int liefern Die Variable result hält das Zwischenergebnis der n-ten Addition Sie ist vom Typ int Am Ende wird der zuletzt in result gespeicherte Werte zurückgegeben Methodenaufrufe können daher analog zu Operatoren in Ausdrücken und insbesondere Zuweisungen genutzt werden int somevalue = mult(27, 37) + 1; // somevalue == 1000

28 28 Wohin mit der Methode Im Default-Rahmen tauchte bereits eine Methode auf: die main-methode Methoden können nicht innerhalb von Methoden geschachtelt werden Methoden müssen innerhalb von Klassen definiert werden class Program { Methoden public static void main(string[] args){ Programmfluss class Program { static int mult(int a, int b) { int result = 0; for (int i = 1; i <= a; i++) { result += b; return result; public static void main(string[] args){ int somevalue = mult(27, 37) + 1; System.out.println(someValue);

29 29 Der spezielle Rückgabetyp void Die main-methode hat eine besondere Auffälligkeiten: Ihr Rückgabetyp ist der bisher unbekannte Datentyp void Zudem liefert sie keinen Rückgabewert Der Datentyp void steht für Nichts Ist der Rückgabetyp einer Methode void, so kann sie kein Ergebnis liefern (oder liefert, wenn man so will, automatisch DAS leeres Ergebnis) Es kann keine Variablen vom Typ void geben! (es gibt keinen Wert vom Typ void) Methoden mit void dienen zumeist zum Ausführen von Nebeneffekten Die bereits benutzte Methode println ist so eine Methode System.out.println("Hello World"); Sie liefert kein Ergebnis und veranlasst sozusagen nebenläufig, dass ein Wert auf der Console ausgegeben wird

30 30 Virtual Box Virtuelle Maschine mit Linus + Java + Netbeans Einbinden Windows-Explorer: Klick auf Navigationszeile (rot) Eingabe: /zivpool1/zivkurse/mhass_01/java Doppel-Klick auf Javamaschine.ova startet Virtual Box Importieren

31 31 Virtual Box Einbinden eines gemeinsamen Ordners Rechtsklick auf, dann auf Ändern Ordner hinzufügen Als gemeinsamen Ordner am besten das Laufwerk U: einbinden

32 32 Netbeans Begrüßungsbildschrim

33 33 Netbeans (Neues Projekt) File New Project Categories: Java Projects: Java Application Browse: Project-Name: NAME Nutzerverzeichnis U: Create Main Class: Nein

34 34 Netbeans (Neue Basisklasse) File New File Categories: Java File Types: Java Class New Java Class: Class-Name: NAME Alles andere lassen Die Warnung unten wird erst einmal ignoriert

35 35 Netbeans (Übersicht) Codeeditor Ausführen Projektübersicht Klassenübersicht Konsole

36 36 Netbeans Compilieren vor dem Ausführen entfällt Ausgabe wird in der Konsole angezeigt Syntaxfehler werden direkt im Editor angemahnt (rot): Tooltip erscheint, wenn man den Mauszeiger über den Fehler hält

37 37 Netbeans (V) Wenn möglich werden auch Semantikfehler angemahnt (gelb)

38 38 Netbeans (V) Code-Completion bei.-operator Vorschläge basierend auf aktueller Eingabe Falls vorhanden: Dokumentation zur aktuellen Auswahl

39 39 Aufgaben Aufgabe 1 Schreiben Sie eine Methode test, die zwei int-werte erwartet und true zurückliefert, falls diese identisch sind, ansonsten false Erweitern Sie die Methode test, so dass sie per Nebeneffekt ihr Rückgabeergebnis ausgibt, in etwa: Die Eingaben sind identisch. Die Eingaben sind verschieden. Aufgabe 2: Schreiben Sie eine Methode mult zur Multiplikation zweier ganzzahliger Zahlen (int) ohne den mult-operator Achtung: In der Vorlesung wurde die Multiplikation nur für positive ganze Zahlen umgesetzt! Nutzen Sie wenn möglich die Methode aus Aufgabe 1 zum Testen Setzen Sie die Methode einmal per while, do-while und for um