Grundlagen der Programmierung Teil1 Einheit III - 22. Okt. 2010 GDP DDr. Karl D. Fritscher basierend auf der Vorlesung Grundlagen der Programmierung von DI Dr. Bernhard Pfeifer
Einschub Bevor wir mit den Anweisungen fortfahren, folgt zuerst ein kleiner Einschub/Nachtrag zum Thema: Arrays
Arrays Arrays sind eine Reihung/Auflistung von Elementen eines festen Grundtyps. Arrays sind semidynamisch - d.h. ihre Größe wird zur Laufzeit (=d.h. während der ein Programm von einem Rechner ausgeführt wird) festgelegt, kann jedoch im Nachhinein nicht mehr geändert werden. An dieser Stelle wieder einmal ein kleiner Ausblick: Arrays sind in Java im Grunde genommen Objekte. Obwohl dies bei der Benutzung kaum auffällt hat dies folgende Konsequenzen : ArrayVariablen sind Referenzen Arrays besitzen Instanz-Variablen und Methoden Arrays werden erst zur Laufzeit erzeugt
Arrays 2 Ein Array wird in Java wie folgt deklariert Deklaration der Array-Variablen Erzeugen eines Arrays und Zuweisung an die Array-Variable Die Deklaration entspricht dabei syntaktisch der einer einfachen Variable, mit dem Unterschied, dass am Typnamen eckige Klammern angehängt werden int[] a; double[] b; Die eckigen Klammern können theoretisch auch hinter dem Variablennamen geschrieben werden (eher unkonventionell) 71
Arrays 3 Bei der Erzeugung eines Arrays mit n Elementen werden die Elemente von 0 bis n-1 durchnummeriert Erzeugung eines int-arrays mit 3 Elementen oder int[] a = new int[3]; int[] a = 1, 5, 3;
Zugriff auf Arrayelemente 1 Der Zugriff auf die Elemente erfolgt dabei über den numerischen Index, der nach der Arrayvariable in eckigen Klammern angegeben wird public class ArrayTest public static void main (String[] args) int[] values = new int[10]; values[0] = 20; System.out.println ( Erstes Element: + values[0]); System.out.println ( Zweites Element: + values[1]); Ausgabe??
Zugriff auf Arrayelemente 2 values ai 20 15 2 44 77 12 2 9 0 1 index i 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 public class ArrayTest2 public static void main (String[] args) int[] values = 20,15,2,44,77,12,2,9,0,1; System.out.println ( Erstes Element: + values[0]); System.out.println ( Zweites Element: + values[1]); Ausgabe??
Mehrdimensionale Arrays Mehrdimensionale Arrays werden erzeugt, indem zwei oder mehr Paare eckiger Klammern bei der Deklaration angegeben werden. Mehrdimensionale Arrays werden als Arrays von Arrays angelegt. Die Initialisierung erfolgt analog zu eindimensionalen Arrays. Beispiel: int [][] twodim = new int[3][2]; i/j 0 1 0 0 0 Anzahl Zeilen Anzahl Spalten 1 0 0 2 0 0 74
Switch- Anweisung Für eine Mehrfachselektion, d.h. eine Selektion mit mehreren Alternativen kann die switch-anweisung verwendet werden: Syntax switch (ausdruck) case constant : anweisung; break; case constant : default : Die mit dem Wortsymbol case eingeleiteten Konstanten mit nachfolgendem Doppelpunkt legen dabei so genannte Einsprungmarken für den Programmablauf fest. Zwischen dieses Einsprungsmarken müssen nicht unbedingt Anweisungen stehen. Außerdem sind auch die Abbruchanweisung (break) sowie die Marke default und die nachstehenden Anweisungen optional. 82
Switch-Anweisung 2 Syntax switch (ausdruck) case constant : anweisung; break; case constant : default : Es handelt sich im switch Block um eine Folge von Anweisungen, von denen einige als Einsprungsmarken definiert sind. Es wird zunächst der Ausdruck ausgewertet, dessen Ergebnistyp byte, short, int oder char (auch enum ist erlaubt) sein muss. Daraufhin wird der Programmablauf genau an der case- Marke fortgesetzt, die mit der Auswertung übereinstimmt. Es wird der Code ausgeführt, bis auf eine break Anweisung gestoßen wird. Die break Anweisung bewirkt, dass die switch Anweisung verlassen wird. Wird keine passende case Konstante gefunden, so wird bei der default Marke (sofern vorhanden) fortgesetzt. 82
Switch-Anweisung 3 b = 5;??? a b 1 20 2 20 3 20 4 40 5 0 83
Schleifen In Java gibt es drei verschiedene Schleifenanweisungen. Diese werden wie folgt bezeichnet: abweisende Schleife (while-schleife) nichtabweisende Schleife (do-while-schleife) Zählschleife (for-schleife) 84
While-Schleife Die while Schleife while (ausdruck) anweisung; Zuerst wird der Ausdruck, der vom Typ boolean sein muss ausgewertet. Ist er true, wird die Anweisung ausgeführt, andernfalls wird mit der ersten Anweisung hinter der Schleife weitergemacht. Nachdem die Schleifenanweisung ausgeführt wurde, wird der Ausdruck erneut geprüft usw. 85
Die while Schleife while (ausdruck) anweisung; While-Schleife public class WhileSchleife public static void main(string args[]) int i=0; while (i<10) // Solange i < 10 i=i+1; System.out.println("Die Zahl ist: " + i); 85
Die do-while-schleife do anweisung; while(ausdruck); do-while-schleife Die do-while-schleife arbeitet nichtabweisend. Dies bedeutet, dass sie zumindest einmal ausgeführt werden muss, denn erst nach dem ersten Durchlauf wird der Ausdruck geprüft. Die Schleife wird immer dann beendet, wenn der Ausdruck false ergibt 86
do-while-schleife Die do-while Schleife do anweisung; while(ausdruck); public class DoWhileSchleife public static void main(string args[]) int i = 11; do Wird Schleife durchlaufen?? System.out.println("i = " + i); while (i < 10); 86
Die for-schleife: for (init; test; update) anweisung; Der Kopf der for Schleife besteht aus drei Ausdrücken - jeder ist optional: for-schleife (Schleifen)-Kopf Der init Ausdruck wird einmal vor dem Start der Schleife aufgerufen. Dort werden Initialisierungen durchgeführt. Der init Teil darf aus mehreren Ausdrücken bestehen, wenn die einzelnen Teilausdrücke durch Kommata getrennt sind. Fehlt dieser Teil, so wird keine Initialisierung durchgeführt. Der init Teil darf auch Variablendeklarationen enthalten (Schleifenzähler) Der test Teil bildet den zu testenden Ausdruck. Analog zur while Schleife wird dieser zu Beginn der Schleife ausgeführt. Ist der Ausdruck true wird in die Schleife gegangen. Fehlt der Testausdruck wird vom Compiler true eingesetzt. 87
Die for-schleife for (init; test; update) anweisung; for-schleife 2 Der update Ausdruck dient dazu, den Schleifenzähler zu verändern. Er wird nach jedem Schleifendurchlauf ausgewertet. Fehlt dieser Ausdruck, so wird nichts gemacht. 88
for-schleife 3 public class ForSchleife public static void main (String [] args) for (int i = 0; i < 4; i++) Was passiert hier?? for (int j = 0; i < 4; j++) System.out.println((i+1)+ " * "+ (j+1) +" = " + (i+1)*(j+1)); System.out.println(); Test-Ausdruck in 2. Schleife führt zu Endlosschleife!! Typischer copy-paste bug!! Korrekt: for (int j = 0; j < 4; j++) 88
for-schleife + Array Befüllen eines 2 dimensionalen Arrays mit Zahlen: public class Fill2DimArray public static void main (String [] args) int [][] multitab = new int [4][4]; for (int i = 0; i < 4; i++) for (int j = 0; j < 4; j++) multitab[i][j] = (i+1) * (j+1); i j multitab 0 0,1,2,3 1,2,3,4 1 0,1,2,3 2,4,6,8 2 0,1,2,3 3,6,9,12 3 0,1,2,3 4,8,12,16 i/j 0 1 2 3 0 1 2 3 4 1 2 4 6 8 2 3 6 9 12 3 4 8 12 16 88
Die erweiterte for-schleife Mit Java 5.0 (1.5) wurde die for-schleife um eine syntaktische Variante erweitert, die den Umgang mit listenartigen Strukturen stark erleichtert. Diese Variante ist auch als foreach bekannt for(formalparameter anweisung; : ausdruck) Der»formalparameter«ist dabei eine aus Datentyp und Variablenname bestehende Parameterdeklaration (der Art java.lang.object obj)»ausdruck«ist eine Instanz oder ein Ausdruck des Typs java.lang.iterable oder ein Array. 90
Die erweiterte for-schleife Wendet man die erweiterte for-schleife auf Arrays an, so ist wie folgt vorzugehen: int[] a = 1,2,3,4,5; for(int element : a) // Für jedes Element aus a System.out.println (element); äquivalent zu: int[] a = 1,2,3,4,5; for (int i = 0; i < a.length; i++) System.out.println (a[i]); 91
Labels, Break & continue In Java gibt es zwei verschiedene Möglichkeiten, die normale Auswertungsreihenfolge in einer Schleife mit den Sprunganweisungen break und continue zu verändern: Taucht innerhalb der Schleife ein break auf, wird die Schleife verlassen, und das Programm wird mit der ersten Anweisung nach der Schleife fortgesetzt. Taucht ein continue auf, so springt das Programm an das Ende des Schleifenrumpfs und beginnt mit der nächsten Iteration. Darüber hinaus gibt es in Java die Möglichkeit Schleifen mit Labels zu versehen. Zusätzlich zu den Anweisungen break und continue gibt es daher in Java noch break label; und continue label; - In diesem Fall wird zum definierten Label gesprungen bzw. zur ersten Anweisung nach dem definierten Label. 89
Break & continue Beispiel gelabeltes break: public class LabeledBreak public static void main(string args[]) int[][] a = new int [10][10]; loop1: for (int i=0; i<10; ++i) for (int j=0; j<10; ++j) if (a[i][j] > 42) break; if (a[i][j] == 0) System.out.println("a ist 0. j = " + j + ", i = "+ i); break loop1; 89
Break & continue Beispiel gelabeltes loop: public class LabeledLoop public static void main(string args[]) int[][] a = new int [10][10]; loop1: for (int i=0; i<10; ++i) for (int j=0; j<10; ++j) if (a[i][j] > 42) continue; if (a[i][j] == 0) System.out.println("a ist 0. j = " + j + ", i = "+ i); continue loop1; 89
assert - Anweisung Die assert Anweisung assert ausdruck1 [ : ausdruck2 ]; Diese Anweisung dient dazu, an einer bestimmten Stelle im Programm einen logischen Ausdruck (ausdruck1) zu platzieren, von dem der Programmierer annimmt, dass er stets wahr ist. In diesem Fall fährt das Programm mit der nächsten Anweisung fort, andernfalls wird eine Ausnahme des Typs AssertionException ausgelöst (bzw. der optionale Ausdruck 2 als Fehlermeldung ausgegeben) Ein solcher Ausdruck wird auch als Invariante bezeichnet, denn er bleibt unverändert true, solange das Programm korrekt funktioniert. Eine assert Anweisung erlaubt den Zustand eines Programmes zu überprüfen und sicherzustellen, dass die prinzipielle Forderung für einen korrekten Programmablauf eingehalten wird. BEACHTE: Assertions sind in JAVA standardmässig deaktiviert. Aktiviertung durch Parameter ea zb: Java ea HelloWorld 92
Die assert Anweisung Beispiel: assert - Anweisung assert ausdruck1 [ : ausdruck2 ]; int[] a = 1,2,3,4,10; for(int element : a) // Für jedes Element aus a assert (el<=5) : Zahl muss kleiner oder gleich 5 sein!! ; System.out.println (element); 92
assert - Anweisung Ein assert kann natürlich auch mit einem if simuliert werden. Assert hat jedoch folgende Vorteile Code ist kürzer es ist sofort zu erkennen, dass es sich um einen Korrektheitscheck und nicht um ein logisches Programmkonstrukt handelt Assertions können zur Laufzeit wahlweise an als auch ausgeschaltet werden