Imperative Programmierung in Java Algorithmen und Datenstrukturen II 1
Mini-Java Ein Mini-Java Programm besteht aus genau einer Klasse. In dieser Klasse gibt es genau eine main-methode. Folgende Konstrukte sind Anweisungen (statements gemäß Mini-Java-Syntax, vgl. Beispiel??): 1. Die Deklaration einer Variablen vom Typ int mit sofortiger Initialisierung: int ident = expression; Jeder Bezeichner (ident) darf in höchstens einer Variablendeklaration vorkommen. Diese kontextsensitive Bedingung lässt sich nicht in der EBNF-Definition formulieren. Algorithmen und Datenstrukturen II 2
2. Die Zuweisung eines Wertes an eine Variable: ident = expression; Diese Variable muss vorher deklariert worden sein und den gleichen Typ wie der Ausdruck haben. Diese Nebenbedingung ist ebenfalls nicht in der EBNF-Definition ausgedrückt. 3. Eine bedingte Anweisung (if-then Anweisung): if(condition) statement Der Bool sche Ausdruck (condition) wird ausgewertet; ist er true, so wird die Anweisung (statement) ausgeführt. Ist er false, so wird die Anweisung nicht ausgeführt und die Programmausführung mit der nächsten Anweisung hinter der if-then Anweisung fortgesetzt. Algorithmen und Datenstrukturen II 3
4. Eine abweisende Schleife (while-schleife): while(condition) statement Der Bool sche Ausdruck wird ausgewertet; ist er true, so wird die Anweisung so lange ausgeführt, bis der Bool sche Ausdruck false wird. 5. Ein Block. { statement1; statement2;... Die Statements in der geschweiften Klammer werden von links nach rechts nacheinander abgearbeitet. Algorithmen und Datenstrukturen II 4
6. Eine Anweisung zum Schreiben auf der Standardausgabe: System.out.println(...); System ist eine Klasse, die klassenbezogene Methoden zur Darstellung des Zustandes des Systems bereitstellt. out ist eine Klassenvariable der Klasse System, ihr Inhalt ist der Standardausgabestrom. Die Methode println wird also auf das klassenbezogene Datenfeld out angewendet es wird ein String mit abschließendem Zeilenvorschub auf dem Standardausgabestrom ausgegeben. 7. Die leere Anweisung. ; Es geschieht nichts. Algorithmen und Datenstrukturen II 5
8. Die Deklaration eines eindimensionalen Feldes (Arrays) mit sofortiger Initialisierung: int[] array = new int[3]; deklariert ein Feld namens array, erzeugt ein Feld mit drei int-komponenten und weist dieses der Feldvariablen array zu. Beachte, dass die Dimension (3) einer Feldvariablen nicht bei der Deklaration (int[] array) angegeben wird, sondern nur bei der Erzeugung (new int[3]). Die erste Komponente eines Feldes hat den Index 0. Die Länge des Feldes kann aus dessen Datenfeld length ausgelesen werden (array.length). 9. Die Zuweisung eines Wertes an die i-te Komponente eines Feldes, wobei 0 i array.length 1: array[i] = expression; Algorithmen und Datenstrukturen II 6
class Echo { public static void main(string[] args) { int i = 0; while(i < args.length) { System.out.println(args[i]); i = i+1; > java Echo 10 2 10 2 > Algorithmen und Datenstrukturen II 7
class BadAddOne { public static void main(string[] args) { int i = 0; while(i < args.length) { int wert = args[i]; wert = wert+1; System.out.println(wert); i = i+1; Algorithmen und Datenstrukturen II 8
> javac BadAddOne.java BadAddOne.java:6: Incompatible type for declaration. Can t convert java.lang.string to int. int wert = args[i]; > Algorithmen und Datenstrukturen II 9
class AddOne { public static void main(string[] args) { int i = 0; while(i < args.length) { int wert = Integer.parseInt(args[i]); wert = wert+1; System.out.println(wert); i = i+1; Algorithmen und Datenstrukturen II 10
> java AddOne 6 3 20 7 4 21 > Algorithmen und Datenstrukturen II 11
Von Mini-Java zu Java Jedes Mini-Java Programm ist ein Java Programm. In diesem Abschnitt werden die Datentypen und imperativen Konstrukte von Java erläutert, die nicht bereits in Mini-Java vorhanden sind. Algorithmen und Datenstrukturen II 12
Elementare Datentypen Unicode: Java, als Sprache für das World Wide Web, benutzt einen 16-Bit Zeichensatz, genannt Unicode. Die ersten 256 Zeichen von Unicode sind identisch mit dem 8-Bit Zeichensatz Latin-1, wobei wiederum die ersten 128 Zeichen von Latin-1 mit dem 7-Bit ASCII Zeichensatz übereinstimmen. Algorithmen und Datenstrukturen II 13
Elementare Datentypen und deren Literale: Typ boolean true und false Typ int 29 (Dezimalzahl) oder 035 (Oktaldarstellung wegen führender 0) oder 0x1D (Hexadezimaldarstellung wegen führendem 0x) oder 0X1d (Hexadezimaldarstellung wegen führendem 0X) Typ long 29L (wegen angehängtem l oder L) Typ short short i = 29; (Zuweisung, es gibt kein short-literal) Typ byte byte i = 29; (Zuweisung, es gibt kein byte-literal) Typ double 18.0 oder 18. oder 1.8e1 oder.18e2 Typ float 18.0f (wegen angehängtem f oder F) Typ char Q, \u0022, \u0b87 Typ String "Hallo" (String ist kein elementarer Datentyp; s. Kapitel??) Algorithmen und Datenstrukturen II 14
Initialbelegungen: Während ihrer Deklaration kann eine Variable wie in Mini-Java initialisiert werden. final double PI = 3.141592654; float radius = 1.0f; Sind für Datenfelder einer Klasse keine Anfangswerte angegeben, so belegt Java sie mit voreingestellten Anfangswerten. Der Anfangswert hängt vom Typ des Datenfeldes ab: Feld-Typ boolean char Ganzzahl (byte, short, int, long) 0 Gleitkommazahl andere Referenzen Anfangswert false \u0000 +0.0f oder +0.0d null Algorithmen und Datenstrukturen II 15
Lokale Variablen Lokale Variablen in einer Methode (oder einem Konstruktor oder einem klassenbezogenen Initialisierungsblock) werden von Java nicht mit einem Anfangswert initialisiert. Vor ihrer ersten Benutzung muss einer lokalen Variablen ein Wert zugewiesen werden (ein fehlender Anfangswert ist ein Fehler). Algorithmen und Datenstrukturen II 16
Kommentare // Kommentar bis zum Ende der Zeile /* Kommentar zwischen */ Achtung: /* */ können nicht geschachtelt werden! /* falsch /* geschachtelter Kommentar */ */ Algorithmen und Datenstrukturen II 17
Bool sche Operatoren && logisches und logisches oder! logisches nicht Die Auswertung eines Bool schen Ausdrucks erfolgt von links nach rechts, bis der Wert eindeutig feststeht. Folgender Ausdruck ist deshalb robust: if(index>=0 && index<array.length && array[index]!=0)... Algorithmen und Datenstrukturen II 18
Bitoperatoren Die Bitoperatoren & (und) und (oder) sind definiert durch: & 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 1 1 int-zahlen werden durch diese Operatoren bitweise behandelt. Algorithmen und Datenstrukturen II 19
Beispiel 0.1 Es seien x und y folgendermaßen gewählt: x = 60 (in Binärdarstellung 00111100) und y = 15 (binär: 00001111). In diesem Fall ist x&y = 12 und x y = 63: x & y 00111100 (60) & 00001111 (15) 00001100 (12) x y 00111100 (60) 00001111 (15) 00111111 (63) Algorithmen und Datenstrukturen II 20
Inkrement und Dekrement Man kann den Wert einer Variablen x (nicht den eines Ausdrucks) durch den Operator ++ um 1 erhöhen bzw. durch - um 1 erniedrigen. Es gibt Präfix- und Postfixschreibweisen, die unterschiedliche Wirkungen haben: Bei der Präfixschreibweise wird der Wert zuerst modifiziert und danach der veränderte Wert zurückgeliefert. Bei der Postfixschreibweise wird zuerst der Wert der Variablen zurückgeliefert, dann wird sie modifiziert. Algorithmen und Datenstrukturen II 21
int i = 10; int i = 10; int j = i++; int j = ++i; System.out.println(j); System.out.println(j); > > 10 11 Der Ausdruck i++ ist gleichbedeutend mit i = i+1, jedoch wird i nur einmal ausgewertet! Algorithmen und Datenstrukturen II 22
Beispiel 0.2 (A) (B) arr[where()]++; Die Methode where() wird einmal aufgerufen. arr[where()] = arr[where()]+1; Hierbei wird die Methode where() jedoch zweimal aufgerufen. Algorithmen und Datenstrukturen II 23
Seiteneffekte Seiteneffekte können hier sogar das Ergebnis beeinflussen: In dem Kontext arr[0] = 0; arr[1] = 1; arr[2] = 2; und private static int zaehler = 0; private static int where() { zaehler = zaehler+1; return zaehler; liefert (A) arr[1] = 2 bzw. (B) arr[1] = 3. Algorithmen und Datenstrukturen II 24
Zuweisungsoperatoren i += 2; ist gleichbedeutend mit i = i+2; außer, dass der Ausdruck auf der linken Seite von i += 2; nur einmal ausgewertet wird (vgl. Inkrement und Dekrement). Entsprechend sind -=, &= und = definiert. Algorithmen und Datenstrukturen II 25
Die nichtabweisende Schleife Zusätzlich zur abweisenden Schleife gibt es eine nichtabweisende Schleife in Java: do statement while(condition); Die condition wird erst nach der Ausführung von statement ausgewertet. Solange sie true ist, wird statement wiederholt. Algorithmen und Datenstrukturen II 26
for-schleife for(init-statement; condition; increment-statement) statement ist gleichbedeutend mit (mit Ausnahme vom Verhalten bei continue): { init-statement while(condition) { statement increment-statement Algorithmen und Datenstrukturen II 27
Übliche Verwendung der for-schleife: for(int i=0; i<=10; i++) { System.out.println(i); Der Gültigkeitsbereich der (Lauf-)Variablen i beschränkt sich auf die for-schleife! int i = 0; for(int i=0; i<=10; i++) { System.out.println(i); ist jedoch nicht möglich, da die Variable i vorher schon deklariert wurde. Algorithmen und Datenstrukturen II 28
Die Initialisierungs- bzw. Inkrementanweisung einer for-schleife kann eine durch Kommata getrennte Liste von Ausdrücken sein. Diese werden von links nach rechts ausgewertet. Beispiel 0.3 (Arnold & Gosling [1], S. 144) public static int zehnerpotenz(int wert) { int exp, v; for(exp=0,v=wert; v>0; exp++, v=v/10) ; // leere Anweisung return exp; Algorithmen und Datenstrukturen II 29
Alle Ausdrücke dürfen auch leer sein; dies ergibt eine Endlosschleife: for(;;) { System.out.println("Hallo"); Algorithmen und Datenstrukturen II 30
if-then-else Anweisung if(condition) statement1 else statement2 Algorithmen und Datenstrukturen II 31
If-else-Zuordnung public double positivesumme(double[] werte) { double sum = 0.0; if(werte.length > 1) for(int i=0; i<werte.length; i++) if(werte[i] > 0) sum += werte[i]; else // hoppla! sum = werte[0]; return sum; Algorithmen und Datenstrukturen II 32
public double positivesumme(double[] werte) { double sum = 0.0; if(werte.length > 1) for(int i=0; i<werte.length; i++) if(werte[i] > 0) sum += werte[i]; else // hoppla! sum = werte[0]; return sum; Algorithmen und Datenstrukturen II 33
public double positivesumme(double[] werte) { double sum = 0.0; if(werte.length > 1) { for(int i=0; i<werte.length; i++) if(werte[i] > 0) sum += werte[i]; else { sum = werte[0]; return sum; Algorithmen und Datenstrukturen II 34
Mehrdimensionale Felder Mehrdimensionale Felder werden in Java durch Felder von Feldern realisiert. Beispiel 0.4 (Jobst [4], S. 37) Algorithmen und Datenstrukturen II 35
public class Array2Dim { public static void main(string[] args) { int[][] feld = new int[3][3]; //Weise feld[i][j] den Wert (i+1)*10+j zu for(int i=0; i<feld.length; i++) { for(int j=0; j<feld[i].length; j++) { feld[i][j] = (i+1)*10+j; System.out.print(feld[i][j]+" "); System.out.println(); Algorithmen und Datenstrukturen II 36
> java Array2Dim 10 11 12 20 21 22 30 31 32 Algorithmen und Datenstrukturen II 37
Beispiel 0.5 (Jobst [4], S. 38) Algorithmen und Datenstrukturen II 38
public class DemoArray { public static void main(string[] args) { int[][] feld = new int[3][]; for(int i=0; i<feld.length; i++) { feld[i] = new int[i+1]; for(int j=0; j<feld[i].length; j++) { feld[i][j] = (i+1)*10+j; System.out.print(feld[i][j]+" "); System.out.println(); > java DemoArray 10 Algorithmen und Datenstrukturen II 39
20 21 30 31 32 Algorithmen und Datenstrukturen II 40
Felder können bei ihrer Deklaration sofort initialisiert werden: Algorithmen und Datenstrukturen II 41
Algorithmen > java und Datenstrukturen DemoFeldInitial II 42 1 2 3 Beispiel 0.6 (Jobst [4] S. 39) public class DemoFeldInitial { public static void main(string[] args) { int[][] feld = {{1,2,3,{4,5,{7,8,9,10; //Ausgabe des Feldes for(int i=0; i<feld.length; i++) { for(int j=0; j<feld[i].length; j++) System.out.print(feld[i][j]+" "); System.out.println();
switch-anweisung switch(expression) { case const1: statement1 break; case const2: statement2 break;... default: statement Algorithmen und Datenstrukturen II 43
Beispiel 0.7 (Jobst [4], S. 15) Algorithmen und Datenstrukturen II 44
public class DemoFuerSwitch { public static void main (String[] args) { for(int i=0; i<=10; i++) switch(i) { case 1: case 2: System.out.println(i+" Fall 1,2"); // Weiter bei Fall 3 case 3: System.out.println(i+" Fall 3"); // Weiter bei Fall 7 case 7: System.out.println(i+" Fall 7"); break; default: System.out.println(i+" sonst"); Algorithmen und Datenstrukturen II 45
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> java DemoFuerSwitch 0 sonst 1 Fall 1,2 1 Fall 3 1 Fall 7 2 Fall 1,2 2 Fall 3 2 Fall 7 3 Fall 3 3 Fall 7 4 sonst 5 sonst 6 sonst 7 Fall 7 8 sonst 9 sonst 10 sonst > Algorithmen und Datenstrukturen II 47
Literatur [1] K. Arnold, J. Gosling: Java T M - Die Programmiersprache. Addison-Wesley, 1996. [2] T.H. Cormen, C.E. Leierson, R.L. Rivest: Introduction to Algorithms. MIT Press, 1990. [3] D. Flanagan: Java in a Nutshell. O Reilly & Associates Inc., 1996. [4] F. Jobst: Programmieren in Java. Hanser Verlag, 1996. [5] H. Klaeren: Vom Problem zum Programm. 2.Auflage, B.G. Teubner Verlag, 1991. [6] K. Echtle, M. Goedicke: Lehrbuch der Programmierung mit Java. dpunkt-verlag, 2000.