Vorlesungsfolien ab Set 1

• Java basiert auf C++

• viele Grundelemente gleich oder ähnlich

• Erweiterungen (Grafik, ...)

• Einschränkungen aus Sicherheitsgründen (keine Pointerarithmetik, ...)

• konsequente Objektorientierung

• wichtige Änderungen bei Feldern, Parameterübergabe, ...

• Programme werden i.A. in eine portable Zwischensprache übersetzt und auf dem Zielsystem interpretiert

• zur Laufzeit werden ggf. die innersten Schleifen in Maschinencode übersetzt

• es können leicht fensterorientierte Programme erstellt werden, die sowohl z.B. unter X-Windows, als auch unter Microsoft Windows, Mac OS, etc. ausgeführt werden können

• Elemente: Fenster, Menüs, Ereignisgesteuerte Programme etc.

• kleine Programmstücke, die nicht selbständig ausgeführt, sondern in einem Internet-Browser wie Firefox oder MS-Internet-Explorer als Komponenten aufgerufen werden

  -> sie werden heutzutage kaum benutzt und von vielen Browsern nicht mehr unterstützt

• Skriptsprache ähnlich zu Java

• Befehlstexte werden direkt in HTML-Dokumente für das Internet eingefügt

• portabel auf Quelltextebene (standardisierte Sprache und Bibliotheken)

• portabel auf Codeebene (maschinenunabhängiger Bytecode mit Interpreter)

• einfache Sprache, auf Basis bekannter Sprache (Ähnlichkeit zu C++)

• sicher (bewusste Einschränkungen beim Umfang)

• multi-threaded (ermöglicht parallele Ausführung von Prozessen in Programmen)

• verteilte Anwendungen (Internet)

• einfaches Erstellen von Window-Programmen (Klassenbibliotheken)

• Java-Quelltext: in der Programmiersprache geschriebene, textförmige Beschreibung des Programms

  -> hat die Endung .java

• Java-Bytecode: durch Compilierung des Quelltextes entstande hardwareunabhängiger Zwischencode

  -> hat die Endung .class

• Java-Compiler: erstellt aus dem Quellcode das eigentliche Programm in Bytecode

• Java-Interpreter: interpretiert den Bytecode und führt das Pogramm aus

Präzise Beschreibung einer Berechnung oder allgemein eines Verfahrens

• Finitheit: das Verfahren muss durch einen endlichen Text oder eine endliche Grafik beschrieben werden

• Ausführbarkeit: jeder Schritt des Verfahrens muss eindeutig ausführbar sein

• Determinismus: der nächste anzuwendende Schritt des Verfahrens muss zu jedem Zeitpunkt eindeutig definiert sein

• dynamische Finitheit: das Verfahren darf zu jedem Zeitpunkt nur endlich viel Speicherplatz benötigen

• Terminierung: das Verfahren muss nach endlich vielen Schritten enden

in manchen Fällen sind Ausnahmen sinnvoll!

• keine Terminierung: mathematisches Iterationsverfahren: konvergiert gegen Lösung

• keine Terminierung: Betriebssystem eines Rechners

• keine Terminierung: Steuersoftware eines Geräts (z.B. Handy, Smart Phone, Auto) oder Fertigungsprozess (z.B. in Chemiewerk) sollen dauerhaft laufen

• kein Determinismus: Verwendung einer (echten) Zufallszahl, unvorhersehbare zeitliche Abläufe in Parallelrechner oder Mehrkernprozessor

• der Euklidische Algorithmus:

• Algorithmus “Sieb des Eratosthenes”:

• Beispiele für keine Algorithmus:

Variable erhält den Wert der rechten Seite

Beispiele:

x = 27;

y = 3 * x + 2;

Variable erhält einen eingelesenen Wert

Beispiele:

i = sc.nextInt();

x = sc.nextDouble();

der Wert wird ausgegeben

Beispiele:

System.out.println ("Bitte x eingeben: ");

System.out.println (y);

System.out.println ("Ergebnis = " + y);

Alle verwendeten Variablen müssen zuvor definiert werden!

Beispiele:

int i, j, k;

double x, y;

• kompliziertere Algorithmen müssen formal beschrieben werden!

• Flussdiagramme / Programmablaufpläne Anweisungen in Rechtecken / Rauten / Parallelogrammen

• Reihenfolge der Anweisungen wird mit Pfeilen angezeigt

• in DIN 66001 genormt

• kann unübersichtlich werden schwierig zu bearbeiten

Gib 1 bis 39 und 61 bis 100 aus:

• kompliziertere Algorithmen müssen formal beschrieben werden

• Alternative zu Flussdiagrammen

• rechteckige Kästen enthalten elementare Anweisungen

  -> die Kästen können aneinander gereiht und geschachtelt werden

• von Isaac Nassi und Ben Shneiderman entwickelt (1972/73, USA)

• in DIN 66261 genormt

bei einer Folge von Anweisungen:

bei einer einfachen Auswahl von Anweisungen:

bei einer zweiseitigen Auswahl von Anweisungen:

bei einer Wiederholung von Anweisungen:

oder:

oder:

bei einer Auswahl von Anweisungen:

beim Aufruf einer Methode:

bei Zusammensetzung geschachtelter Anweisungen:

• steht für Unified Modeling Language

• weitere Alternative zu Struktogrammen

  • ist eine weit verbreitete Möglichkeit Programmabläufe strukturiert darzustellen

• etablierter Industriestandard

• bietet viele verschiedene Möglichkeiten, Programmabläufe darzustellen

• Darstellung kann auf verschiedenen Ebenen (Prozessebene, Klassenebene, ...) erfolgen

• jede Klasse wird durch einen Kasten beschrieben

  -> oben steht ihr Name, in der Mitte ihre Attribute und unten die Methoden

Beispiel für den Aufbau:

• Klassen werden mit folgenden Symbolen in Relation zueinander gestellt:

• Kommentare können nicht beliebig geschachtelt werden und dürfen nicht in Namen und Wortsymbolen stehen!

• Dokumentationskommentare werden wirksam, wenn man die Java-Datei mit dem im JDK enthaltenen Programm javadoc bearbeitet

• javadoc legt mehrere Webseiten (html-Dateien) an, die zusammen mit den class-Dateien als Dokumentation ausgeliefert werden können

• folgende Tags werden dabei berücksichtigt:

• Bezeichner (auch geläufig als Namen) bestehen aus beliebig langen Folgen von Unicodebuchstaben und Ziffern

• ein Bezeichner beginnt mit einem Buchstaben, es folgen Buchstaben oder Ziffern

• A bis Z, a bis z, _ und $ sind Unicodebuchstaben,

  0 bis 9 sind Unicodeziffern

• Groß- und Kleinbuchstaben werden strikt unterschieden

• nicht erlaubt sind alle Wortsymbole und die Literale true, false und null

• Klassen: Anfangsbuchstabe groß, Rest klein, Wortanfänge groß,

  z.B. HalloWelt

• Methoden und Variablen: Anfangsbuchstabe klein, sonst identisch mit Konventionen für Klassennamen,

  z.B. main, xWert, piMalDaumen

• Konstanten: lauter Großbuchstaben,

  z.B. MAX, DIM

• unter dem Begriff werden folgende Zeichen zusammengefasst:

  • Leerzeichen

  • Zeilenendezeichen

  • Tabulator

  • Seitenvorschub

• erhöhen die Lesbarkeit des Quelltextes und werden zum Trennen von Wortsymbolen, Bezeichnern, usw. benötigt (z.B. public class Hallo)

  -> ansonsten besitzen sie keine Wirkung

• dienen zur Trennung, Abschluss und Zusammenfassung von Literalen, Bezeichner und Anweisungen

  -> sie dürfen nur da eingesetzt werden, wo sie auch hingehören

• werden verwendet, um Bibliotheken, die in separaten Klassen ausgelagert sind, der eigenen Klasse zugänglich zu machen

• Achtung: import–Anweisungen müssen vor der Definition der Klasse erfolgen!

• wesentliches Konzept von Java ist die objektorientierte Programmierung

  -> daher muss die main-Methode in einer Klasse definiert sein

• für Applikationen muss genau eine Methode der folgenden Form definiert sein - dies ist das Hauptprogramm:

• typische Anweisungen sind Wertzuweisungen der Form:

  Variable = Ausdruck

• ebenfalls typisch: die Ausgabe von Zeichenketten auf dem Bildschirm

• als Literal bezeichnet man in Programmiersprachen eine Zeichenfolge, die zur direkten Darstellung der Werte von Basistypen (z. B. Ganzzahlen, Gleitkommazahlen, Zeichenketten) definiert bzw. zulässig ist

  
  

• Datentypen sind vorgegebene oder selbst definierte Mengen von Werten, z.B. ganze Zahlen, Zeichen, Zeichenketten

• Literalkonstanten sind Darstellungen dieser Werte im Programmtext

• folgende Datentypen gibt es:

• in Java dürfen ganzzahlige Konstanten zur Basis 10 (dezimal), 8 (oktal) oder 16 (hexadezimal) dargestellt werden; ab Java 7 auch zur Basis 2 (binär)

• als Ziffern für Basen b > 10 werden Buchstaben verwendet:

  A = 10, B = 11, ..., F = 15, ..., Z = 35

• ab Java 7 können Zahlen durch das Zeichen _ zwischen den Ziffern zur besseren Lesbarkeit gegliedert werden

(allgemeines Verfahren: Hornerschema)

• stellen eine Teilmenge der rationalen Zahlen dar

• sind heute fast immer nach dem IEEE-Standard 754 implementiert

• englische Bezeichnung floating point number weist auf die englische Schreibweise mit einem Dezimalpunkt hin - im Deutschen sind Dezimalkommas üblich

-> trotz der deutschen Bezeichnung „Gleitkommazahl“ werden die Nachkommastellen in Java-Programmen mit einem Punkt getrennt!

besteht aus:

• Mantisse (Ziffernfolge, ggfs. mit Dezimalpunkt)

• Exponentenangabe (e bzw. E, ggfs. Vorzeichen, Ziffernfolge)

-> Gleitkommakonstanten müssen einen Dezimalpunkt oder eine Exponentenangabe enthalten. Andernfalls ist es eine ganzzahlige Konstante!

• ab Java 7 können Zahlen durch das Zeichen “_ “ zwischen den Ziffern zur besseren Lesbarkeit gegliedert werden:

• die Suffixe f, F legen eine Konstante vom Typ float an

• die Suffixe d, D entsprechend eine Konstante vom Typ double

• zum Bespiel 1.2f, 1.2d.

  -> ohne Suffix ist die Konstante vom Typ double

• tritt Überlauf ein, so wird mit ± Infinity weitergerechnet!

• bei einem mathematisch sinnlosen Ergebnis (z.B. 0/0, ∞ − ∞, 0 ∗ ∞) wird NaN (Not a Number) als Ergebnis eingesetzt

  -> damit kann das Programm formal fortgesetzt werden

• Zeichen zählen in Java ebenfalls zu den numerischen Datentypen!

  -> mit ihnen darf gerechnet werden und das Ergebnis ist dann ein int

• char ist der einzige vorzeichenlose numerische Datentyp

• Zeichenkonstanten werden in Hochkommata geschrieben

• Codierung von speziellen Zeichen

• eine Liste aller Unicode-Zeichen gibt es unter unicode.org/charts

• dient zur Speicherung (beliebig langer, endlicher) Zeichenketten

• String zählt zu den Referenztypen!

  -> hat Auswirkungen bei manchen Operationen

• "5" ist nicht vom Typ char, sondern eine Zeichenkette und damit vom Typ String! -> mit Strings kann nicht gerechnet werden

• tritt die gleiche Zeichenkette mehrmals auf, so wird diese i.a. nur einmal gespeichert:

• boolsche Variablen speichern Wahrheitswerte, also z.B. Ergebnisse von Vergleichen

• der Datentyp lautet “boolean”

• die Größe ist 1 Bit.

• es können nur die Wahrheitswerte true (wahr) und false (falsch) angenommen werden

• Referenztypen treten auf bei Objekten (Klassen, Feldern, Strings)

• sie verhalten sich anders als die bisher genannten Grundtypen / elementaren Typen

• eine Referenzvariable enthält nicht die Daten, sondern nur eine Referenz darauf (d.h. Adresse, Pointer, Verweis)

• der Speicherbedarf ist abhängig vom System entweder 32 oder 64 Bit

• null bezeichnet die Nullreferenz, die auf kein Objekt verweist

• ist ein Pseudotyp und tritt bei Methoden auf

• besitzt eine Methode keinen Rückgabewert, so wird void, d.h. „nichts“ als Ergebnis zurückgegeben

• Variablen sind Elemente eines Programms, in denen veränderliche Werte abgespeichert werden

• in Konstanten werden unveränderliche Werte abgespeichert

• Speicherstellen können Variablen, d. h. veränderliche Werte oder Konstanten, also unveränderliche Werte, darstellen

• diese, wie auch Funktionen, müssen vor dem ersten Auftreten vereinbart, d. h. einem Datentyp zugeordnet werden!

• bei der Definition werden Name, Typ und Speicherbedarf einer Größe festgelegt

• die Definition der Variablen erfolgt durch eine Typangabe, der für einen der Datentypen steht

  -> dabei wird dem Typ entsprechender Speicherplatz reserviert

• die darauf folgende Namensliste ist eine kommaseparierte Liste von Bezeichnern

• ein Modifizierer ist z. B. static

• die Initialisierung der Variablen erfolgt durch eine Wertzuweisung:

• der Ausdruck muss vom gleichen Typ wie der Name sein (oder durch eine implizite Typumwandlung (Kap.6.6) in den Typ des Namens umgewandelt werden können)

• der Ausdruck muss auswertbar sein, darf also keine nicht initialisierten Variablen enthalten

• bereits initialisierte Variablen können durch erneute Wertzuweisungen verändert werden

• das zusätzliche Wortsymbol final bewirkt, dass der Wert der „Variablen“ nicht verändert werden darf

  -> daraus folgt, dass symbolische Konstanten initialisiert werden müssen oder durch eine Wertzuweisung einmalig einen Wert erhalten

• Achtung: das Wortsymbol “const” wird zur Zeit von Java nicht unterstützt!

• für die Umsetzung von mathematischen Formeln mit Operatoren, Standardfunktionen, ...

• einstellige Operatoren: Vorzeichen sowie die Inkrement- und Dekrementoperatoren; brauchen nur ein Argument (beziehen sich nur auf eine Variable)

• zweistellige Operatoren: Arithmetische Operatoren; brauchen immer zwei Argumente

• der Inkrementoperator ++ erhöht den Operanden um Eins

• der Dekrementoperator -- vermindert den Operanden um Eins

-> beide Operatoren können sowohl vor als auch nach dem Operanden stehen - ihre Wirkung auf den Operanden ist dabei gleich, allerdings unterscheiden sich die beiden Varianten im Wert des Ausdrucks:

• bei der Präfixvariante wird zuerst der Wert des Operanden um eins verändert (erhöht bzw. vermindert) und erst danach der Wert des Ausdrucks zugewiesen

• bei der Postfixvariante geschieht dies in genau umgekehrter Reihenfolge

• der Zuweisungsoperator = steht zwischen einer Variablen (linke Seite) und einem Ausdruck (rechte Seite)

• der Ausdruck wird ausgewertet und der Wert anschließend der Variablen zugewiesen

  -> da es sich um einen Operator handelt, erhält der gesamte Ausdruck ebenfalls den ermittelten Wert

• mathematische Standardfunktionen sind in Java in der Klasse java.lang.Math enthalten

• diese Klasse braucht nicht importiert zu werden, sie wird standardmäßig geladen

• allerdings muss bei der Verwendung von Methoden und Konstanten jeweils der Klassenname Math vorangestellt werden

• seit Java 5 geht auch import static java.lang.Math.*; danach kann Math. weggelassen werden.

• zu Beginn eines jeden Quelltextes mit Eingabe muss mit Hilfe der import-Anweisung die Klasse java.util.Scanner; bekannt gemacht werden:

• zusätzlich muss ein Scanner erzeugt werden und die Eingabe sollte auf den US-Stil mit Dezimalpunkt umgestellt werden

  -> dies geschieht mit folgenden Zeilen vor der ersten Eingabe: