Grundkurs Programmieren in Java

Transkript

1 Dietmar Ratz Jens Scheffler Detlef Seese Jan Wiesenberger Grundkurs Programmieren in Java 7., überarbeitete und erweiterte Auflage HANSER

2 Inhaltsverzeichnis Vorwort 17 1 Einleitung Java - mehr als nur kalter Kaffee? Java für Anfänger - das Konzept dieses Buches Zusatzmaterial und Kontakt zu den Autoren Verwendete Schreibweisen 22 2 Einige Grundbegriffe aus der Welt des Programmierens Computer, Software, Informatik und das Internet Was heißt Programmieren? 26 I Einstieg in das Programmieren in Java 29 3 Aller Anfang ist schwer Mein erstes Programm Formeln, Ausdrücke und Anweisungen Zahlenbeispiele Verwendung von Variablen Auf den Schirm!" Das Programmgerüst Eingeben, übersetzen und ausführen Übungsaufgaben 38 4 Grundlagen der Programmierung in Java Grundelemente eines Java-Programms Kommentare Bezeichner und Namen Literale Reservierte Wörter, Schlüsselwörter 44

3 Inhaltsverzeichnis Trennzeichen Interpunktionszeichen Operatorsymbole import-anweisungen Zusammenfassung Übungsaufgaben Erste Schritte in Java Grundstruktur eines Java-Programms Ausgaben auf der Konsole Eingaben von der Konsole Schöner programmieren in Java Zusammenfassung Übungsaufgaben Einfache Datentypen Ganzzahlige Datentypen Gleitkommatypen Der Datentyp char für Zeichen Zeichenketten Der Datentyp boolean für Wahrheitswerte Implizite und explizite Typumwandlungen Zusammenfassung Übungsaufgaben Der Umgang mit einfachen Datentypen Variablen Operatoren und Ausdrücke Arithmetische Operatoren Bitoperatoren Zuweisungsoperator Vergleichsoperatoren und logische Operatoren Inkrement- und Dekrementoperatoren Priorität und Auswertungsreihenfolge der Operatoren Allgemeine Ausdrücke 77 4AÄ Ein-und Ausgabe Statischer Import der IOTools-Methoden Zusammenfassung Übungsaufgaben Anweisungen und Ablaufsteuerung Anweisungen Blöcke und ihre Struktur Entscheidungsanweisung Die if-anweisung 86

4 Inhaltsverzeichnis Die switch-anweisung Wiederholungsanweisungen, Schleifen Die f or-anweisung Vereinfachte f or-schleifen-notation Die while-anweisung Die do-anweisung Endlosschleifen Sprungbefehle und markierte Anweisungen Zusammenfassung Übungsaufgaben 95 5 Referenzdatentypen Felder Was sind Felder? Deklaration, Erzeugung und Initialisierung von Feldern Felder unbekannter Länge Referenzen Ein besserer Terminkalender Mehrdimensionale Felder Mehrdimensionale Felder unterschiedlicher Länge Vorsicht, Falle: Kopieren von mehrdimensionalen Feldern Vereinfachte for-schleifen-notation Zusammenfassung Übungsaufgaben Klassen Was sind Klassen? Deklaration und Instantiierung von Klassen Komponentenzugriff bei Objekten Ein erstes Adressbuch Klassen als Referenzdatentyp Felder von Klassen Vorsicht, Falle: Kopieren von geschachtelten Referenzdatentypen Auslagern von Klassen Zusammenfassung Übungsaufgaben Methoden, Unterprogramme Methoden Was sind Methoden? Deklaration von Methoden Parameterübergabe und Ergebnisrückgabe 152

5 Inhaltsverzeichnis Auf ruf von Methoden Überladen von Methoden Variable Argument-Anzahl bei Methoden Vorsicht, Falle: Referenzen als Parameter Sichtbarkeit und Verdecken von Variablen Zusammenfassung Übungsaufgaben Rekursiv definierte Methoden Motivation Gute und schlechte Beispiele für rekursive Methoden Zusammenfassung Die Methode main Kommandozeilenparameter Anwendung der vereinfachten f or-schleifen-notation Zusammenfassung Übungsaufgaben Methoden aus anderen Klassen aufrufen Klassenmethoden Die Methoden der Klasse java. lang.math Statischer Import Methoden von Objekten aufrufen Instanzmethoden Die Methoden der Klasse java. lang. String Übungsaufgaben 180 Objektorientiertes Programmieren in Java 185 Die objektorientierte Philosophie Die Welt, in der wir leben Programmierparadigmen - Objektorientierung im Vergleich Die vier Grundpfeiler objektorientierter Programmierung Generalisierung Vererbung Kapselung Polymorphismus Weitere wichtige Grundbegriffe Modellbildung - von der realen Welt in den Computer Grafisches Modellieren mit UML Entwurfsmuster Zusammenfassung Übungsaufgaben 201

6 Inhaltsverzeichnis 9 8 Der grundlegende Umgang mit Klassen Vom Referenzdatentyp zur Objektorientierung Instanzmethoden Zugriffsrechte Was sind Instanzmethoden? Instanzmethoden zur Validierung von Eingaben Instanzmethoden als erweiterte Funktionalität Statische Komponenten einer Klasse Klassenvariablen und -methoden Klassenkonstanten Instantiierung und Initialisierung Konstruktoren Überladen von Konstruktoren Der statische Initialisierer Der Mechanismus der Objekterzeugung Zusammenfassung Übungsaufgaben Vererbung und Polymorphismus Wozu braucht man Vererbung? Aufgabenstellung Analyse des Problems Ein erster Ansatz Eine Klasse für sich Stärken der Vererbung Vererbung verhindern durch final Übungsaufgaben Die super-referenz Überschreiben von Methoden und Variablen Dynamisches Binden Überschreiben von Methoden verhindern durch final Die Klasse java. lang.object Übungsaufgaben Abstrakte Klassen und Interfaces Übungsaufgaben Weiteres zum Thema Objektorientierung Erstellen von Paketen Zugriffsrechte Innere Klassen Anonyme Klassen Zusammenfassung Übungsaufgaben 284

7 10 Inhaltsverzeichnis 10 Exceptions und Errors Eine Einführung in Exceptions Was ist eine Exception? Übungsaufgaben Abfangen von Exceptions Ein Anwendungsbeispiel Die Runt imeexcept ion Übungsaufgaben Exceptions für Fortgeschrittene Definieren eigener Exceptions Übungsaufgaben Vererbung und Exceptions Vorsicht, Falle! Der f inally-block Die Klassen Throwable und Error Zusammenfassung Übungsaufgaben Assertions Zusicherungen im Programmcode Compilieren des Programmcodes Ausführen des Programmcodes Zusammenfassung Fortgeschrittene objektorientierte Programmierung Aufzählungstypen Deklaration eines Auf Zählungstyps Instanzmethoden der enum-objekte Selbstdefinierte Instanzmethoden für enum-objekte Übungsaufgaben Generische Datentypen Generizität in alten Java-Versionen Generizität ab Java Einschränkungen der Typ-Parameter Wildcards Bounded Wildcards Generische Methoden Ausblick Übungsaufgaben Sortieren von Feldern und das Interface Comparable Einige wichtige Hilfsklassen Die Klasse StringBuff er 349

8 Inhaltsverzeichnis Arbeiten mit St ring-objekten Arbeiten mit StringBuf fer-objekten Übungsaufgaben Die Wrapper-Klassen (Hüll-Klassen) Arbeiten mit eingepackten" Daten Aufbau der Wrapper-Klassen Ein Anwendungsbeispiel Automatische Typwandlung für die Wrapper-Klassen Übungsaufgaben Die Klassen Biginteger und BigDecimal Arbeiten mit langen Ganzzahlen Aufbau der Klasse Biginteger Übungsaufgaben Arbeiten mit langen Gleitkommazahlen Aufbau der Klasse BigDecimal Viele Stellen von Nullstellen gefällig? Übungsaufgaben Die Klasse DecimalFormat Standard-Ausgaben in Java Arbeiten mit Format-Objekten Vereinfachte formatierte Ausgabe Übungsaufgaben Die Klassen Date und Calendar Arbeiten mit Zeitpunkten" Auf die Plätze, fertig, los! Spezielle Calendar-Klassen Noch einmal: Zeitmessung Übungsaufgaben Die Klassen SimpleDateFormat und DateFormat Arbeiten mit Format-Objekten für Datum/Zeit-Angaben Übungsaufgaben Die Collection-Klassen Sammlungen" von Objekten - der Aufbau des Interface Collection Sammlungen" durchgehen - der Aufbau des Interface Iterator Mengen Das Interface Set Die Klasse HashSet Das Interface SortedSet Die Klasse TreeSet Listen 399

9 12 Inhaltsverzeichnis Das Interface List Die Klassen ArrayList und LinkedList A3 Suchen und Sortieren - die Klassen Collections und Arrays Übungsaufgaben Die Klasse StringTokenizer Übungsaufgaben 408 III Grafische Oberflächen in Java Aufbau grafischer Oberflächen in Frames - von AWT nach Swing Grundsätzliches zum Aufbau grafischer Oberflächen Ein einfaches Beispiel mit dem AWT Let's swing now! Etwas Fill-in" gefällig? Die AWT- und Swing-Klassenbibliothek im Überblick Übungsaufgaben Swing-Komponenten Die abstrakte Klasse Component Die Klasse Container Die abstrakte Klasse JComponent Layout-Manager, Farben und Schriften Die Klasse Color Die Klasse Font Layout-Manager Die Klasse FlowLayout Die Klasse BorderLayout Die Klasse GridLayout Einige Grundkomponenten Die Klasse JLabel Die abstrakte Klasse AbstractButton Die Klasse JButton Die Klasse JToggleButton Die Klasse JCheckBox Die Klassen JRadioButton und ButtonGroup Die Klasse JComboBox Die Klasse JList Die abstrakte Klasse JTextComponent Die Klassen JTextField und JPasswordField Die Klasse JTextArea Die Klasse JScrollPane 456

10 Inhaltsverzeichnis Die Klasse JPanel Spezielle Container, Menüs und Toolbars Die Klasse JFrame Die Klasse JWindow Die Klasse JDialog Die Klasse JMenuBar Die Klasse JToolBar Übungsaufgaben Ereignisverarbeitung Zwei einfache Beispiele Zufällige Grautöne als Hintergrund Ein interaktiver Bilderrahmen Programmiervarianten für die Ereignisverarbeitung Innere Klasse als Listener-Klasse Anonyme Klasse als Listener-Klasse Container-Klasse als Listener-Klasse Separate Klasse als Listener-Klasse Event-Klassen und-quellen Listener-Interfaces und Adapter-Klassen Listener-Registrierung bei den Event-Quellen Auf die Plätze, fertig, los! Übungsaufgaben Einige Ergänzungen zu Swing-Komponenten Zeichnen in Swing-Komponenten Grafische Darstellung von Komponenten Das Grafik-Koordinatensystem Die abstrakte Klasse Graphics Ein einfaches Zeichenprogramm Layoutveränderungen und der Einsatz von revalidate Noch mehr Swing gefällig? Übungsaufgaben Applets Erstellen und Ausführen von Applets Vom Frame zum Applet am Beispiel Applet in HTML-Datei einbetten Applet über HTML-Datei ausführen Die Methoden der Klasse JApplet Zwei Beispiele Auf die Plätze, fertig, los! 529

11 14 Inhaltsverzeichnis Punkte verbinden im Applet Details zur HTML-Einbettung Der Applet-Tag Die Methode showdocument Sicherheitseinschränkungen bei Applets Übungsaufgaben 542 IV Threads, Datenströme und Netzwerk-Anwendungen Parallele Programmierung mit Threads Ein einfaches Beispiel Threads in Java Die Klasse Thread Das Interface Runnable Threads vorzeitig beenden Wissenswertes über Threads Lebenszyklus eines Threads Thread-Scheduling Dämon-Threads und Thread-Gruppen Thread-Synchronisation und -Kommunikation Das Leser/Schreiber-Problem Das Erzeuger/Verbraucher-Problem Threads in Frames und Applets Auf die Plätze, fertig, los! Spielereien Swing-Komponenten sind nicht Thread-sicher Übungsaufgaben Ein- und Ausgabe über I/O-Streams Grundsätzliches zu I/O-Streams in Java Dateien und Verzeichnisse-Die Klasse File Ein- und Ausgabe über Character-Streams Einfache Reader-und Writer-Klassen Gepufferte Reader- und Writ er-klassen Die Klasse StreamTokenizer Die Klasse PrintWriter Die Klassen IOTools und Scanner Was machen eigentlich die IOTools? Konsoleneingabe über ein Scanner-Objekt Ein- und Ausgabe über Byte-Streams Einige InputStream-und OutputStream-Klassen Die Serialisierung und Deserialisierung von Objekten

12 Inhaltsverzeichnis Die Klasse PrintStream Einige abschließende Bemerkungen Übungsaufgaben Client/Server-Programmierung in Netzwerken Wissenswertes über Netzwerk-Kommunikation Protokolle IP-Adressen Ports und Sockets Client/Server-Programmierung Die Klassen ServerSocket und Socket Ein einfacher Server Ein einfacher Client Ein Server für mehrere Clients Ein Mehrzweck-Client Wissenswertes über URLs Client/Server-Kommunikation über URLs Netzwerkverbindungen in Applets Übungsaufgaben 627 V Aktuelles, Ausblick und Anhang Neuerungen in Java Spracherweiterungen Elementare Datentypen und Anweisungen Binäre ganzzahlige Literalkonstanten Unterstrich als Trennzeichen in Literalkonstanten Strings in der switch-anweisung Verkürzte Notation bei generischen Datentypen Ausnahmebehandlung Mehrere Ausnahme-Typen in einem catch-block try-block mit Ressourcen Erweiterungen der Klassenbibliothek Dateien und Verzeichnisse Das Interface Path und die Klasse Paths Die Klasse Files Grafische Oberflächen Neuerungen in Java Lambda-Ausdrücke Lambda-Ausdrücke in Aktion - zwei Beispiele Lambda-Ausdrücke im Detail 659

13 16 Inhaltsverzeichnis Lambda-Ausdrücke und funktionale Interfaces Vordefinierte funktionale Interfaces und Anwendungen auf Datenstrukturen Methoden-Referenzen als Lambda-Ausdrücke Zugriff auf Variablen aus der Umgebung innerhalb eines Lambda-Ausdrucks Interfaces mit Default-Methoden und statischen Methoden Deklaration von Default-Methoden Deklaration von statischen Methoden Auflösung von Namensgleichheiten bei Default-Methoden Interfaces und abstrakte Klassen in Java Streams und Pipeline-Operationen Streams in Aktion Streams und Pipelines im Detail Erzeugen von endlichen und unendlichen Streams Die Stream-API Blick über den Tellerrand Der Vorhang fällt A fool with a tool Alles umsonst? Und fachlich? Zu guter Letzt 692 A Der Weg zum guten Programmierer 693 A.l Die goldenen Regeln der Code-Formatierung 694 A.2 Die goldenen Regeln der Namensgebung 697 A.3 Zusammenfassung 699 B Die Klasse IOTools-Tastatureingaben in Java 701 B.l Kurzbeschreibung 701 B.2 Anwendung der IOTools-Methoden 702 C Der Umgang mit der API-Spezifikation 705 C.l Der Aufbau der API-Spezifikation 705 C.2 Der praktische Einsatz der API-Spezifikation 706 D Glossar 711 Literaturverzeichnis 725 Stichwortverzeichnis 729