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DBIS - SS2011Grundlagen der Programmierung II1

Teil 2

2

Teil 2

Modul: Programmierung B-PRGGrundlagen der Programmierung II

Dr. Karsten [email protected]

Aus - und Rückblick


Hallo Welt!main :: IO () main = putStrLn "Hallo Welt!" PietHaskell


#!/usr/bin/pythonprint "Hallo ", print "Welt!"

public class hallowelt{

public static void main( String[] args ) {

System.out.println("Hallo Welt! "); }

}

~ 130 Hallo-Welt Programme unter: http://de.wikipedia.org/wiki/Liste_von_Hallo-Welt-Programmen/Programmiersprachen

Java

Python

class MainClass{

public static void Main() {

System.Console.WriteLine("Hallo Welt!"); }

Hallo Welt!

C#

DBIS - SS2011

} }

Grundlagen der Programmierung II5

public class hallowelt{

public static void main( String[] args ) {

System.out.println("Hallo Welt! "); }

}

Java

Ziel

1. Unterschiede in den Programmiersprachen verstehen und auf zukünftige Wechsel der Programmiersprache vorbereitet sein

2. Programmieren lernen in Java (zumindest die

DBIS - SS2011

Grundlagen☺)

3. Spaß haben …


Vergleich Java und Python (Typisierung)

JavaStatische Typisierung

…

int width = 20;

PythonDynamische Typisierung

…

width = 20

DBIS - SS2011

int width = 20;

int height = 5*9;

int summe = width * height;

String text1 = "hallo1";

String text2;

text2 = "hallo2";…

width = 20

height = 5*9

summe = width * height

text1 = 'hallo1'

text2 = "hallo2"

…


Vergleich Java und Python (Strukturierung)

Python (Version 2.6)

Struktur durch Einrückenund Zeilenumbruch

…

Struktur durch Klammern und Semikolon

…

Java

DBIS - SS2011

if(a == 1):

if(b > 100):

print c

print d

print e

…


if(a == 1) {

if(b > 100) {

System.out.println(c);

System.out.println(d); }

System.out.println(e);

}

… … ab Version 3: print (c)

Vergleich Java und Python (Verzweigungen)

Python

if expression:

block

[ elif expression:

if (<Bedingung_1>)

Anweisung_1;

[ else if (<Bedingung_2>)

Anweisung_2;]

Java

DBIS - SS2011

block

elif expression:

block

…]

[ else :

block]


[ else

Anweisung_3;]

Statt einzelnen Anweisungen können auch durch Klammern begrenzte Blöcke verwendet werden:{ Anweisung_1; Anweisung_2; … }

Vergleich Java und Python (Schleifen)

Python

for ziel in sequenz:

…

[ else:

for (<Element>:<Kollektion>)

Anweisung;

for (< Init >;<Bedingung>;Anweisung)

Java

DBIS - SS2011

…]

while ziel in sequenz:

…

[ else:

…]


for (< Init >;<Bedingung>;Anweisung)

Anweisung;

while (<Bedingung>) Anweisung;

do Anweisung; while (<Bedingung>);

Java - GeschichteUrsprung :„Green“-Project bei der Firma Sun Microsystems 1991

Entwicklung eines Systems mit folgenden Eigenschaften:

• hardwareunabhängig

• möglichst klein


• möglichst klein

Einsatzgebiet: Konsumgeräte, z.B. Umschalter für das Kabelfernsehen

basierend auf C++ (objektorientiert ) ohne dessen Schwierigkeiten

Name: zuerst OAK (Object Application Kernel), später Java

Durchbruch : Ende 1995, 1998 dann JAVA 2

Plattformunabhängigkeit von Java

Erinnerung : Übliche Übersetzungsvorgänge bei Programmiersprachen

• Compiler (bei Modula-2, C usw.):

MODULE p; VAR n,i:INTEGER; BEGIN FOR i:=1 TO n DO n:=n*n;

Compiler

00010110010 11001001001 00001110001 11111000001 10101010100 11001100011

Ausführung Ergebnis


• Interpreter (bei Basic, Lisp, Python usw.):

END; END p.

Programm (Quellcode)

11001100011 11001100111 11000111001

Maschinencode

10 INPUT n$ 20 FOR i=1 TO 10 30 PRINT “Hi”,n$

40 NEXT Anweisung Nr. i

Interpreterer 00010110010 11001001001

Maschinencode

Ausführung Ergebnis Nr. i

class Dreieck extends GeoObj {

Java- Interpreter (i686-CPU)

Ergebnis

Plattformunabhängigkeit von Java

Vorgehensweise bei Java (Java Virtual Machine)


class Dreieck extends GeoObj { double seite,hoehe,alpha; Dreieck(double s, double h, double a) { this.seite=s; this.hoehe=h; this.alpha=a;} double berechneFlaeche() { return 0.5*seite*hoehe);} }

Java Quellcode

Java Compiler

Java Bytecode (plattform- unabhängig)

Java- Interpreter (SPARC)

Java- Interpreter (Power PC)

Ergebnis

Ergebnis

class Dreieck extends GeoObj { double seite,hoehe,alpha; Dreieck(double s, double h, double a) { this.seite=s; this.hoehe=h; this.alpha=a; } double berechneFlaeche() { return 0.5*se ite*hoehe);} }

Java Quellcode

Java Compiler





Ergebnis

Ergebnis


unabhängig) (SPARC)

Ergebnis

Java Libraries

HalloWelt.java HalloWelt.class

javac HalloWelt.java java HalloWelt

„Hallo Welt“

Java Bytecode

javac hallowelt.java

javap –c hallowelt


Was ist Java?

Java =

• Programmiersprache (OO)

• Virtuelle Maschine

• Bibliotheken

Ergebnis


• Bibliotheken

class Dreieck extends GeoObj { double seite,hoehe,alpha; Dreieck(double s, double h, double a) { this.seite=s; this.hoehe=h; this.alpha=a;} double berechneFlaeche() { return 0.5*seite*hoehe);} }

Java Quellcode

Java Compiler





Ergebnis

Ergebnis

JRE und JDK

Java Runtime Environment (JRE) – enthält die Java Virtual Machine und eine Programmier-schnittstelle (API), welche die Standard-Klassen bereitstellt.

Java Development Kit (JDK)

DBIS - SS2011

Java Development Kit (JDK) – enthält den Compiler zu Erstellen des Byte-Codes (und Programme weitere hilfreiche Programme zum Programmieren)


Java Compiler JDK 6 update 25 und Virtuelle Maschine JRE:http://www.oracle.com/technetwork/java/javase/downloads/index.html

Literatur zu Java• Java Tutorials: http://download.oracle.com/javase/tutorial/

• Bücher in der Bib. … unter D

• … online unter: http://scholar.google.de/

• Empfehlung zum Schmökern:


• Empfehlung zum Schmökern: „Thinking in Java 3“ von Bruce Eckel !!!

http://www.smart2help.com/e-books/tij-3rd-edition/TIJ3.htm

Pause


Programmieren/Arbeitsablauf allgemein


Wiederholung: Programmieren allgemein

Parameter / Konstante � Datentypen

Bedingungen / Verzweigungen

Schleifen / Rekursion

Methoden / Funktionen, Prozeduren

DBIS - SS2011

Methoden / Funktionen, Prozeduren

Kommentare

…


Kontrollstrukturen in Java

• if

• switch

• while

• for


• for

Mehrfachauswahl (switch )

• Soll eine Variable auf mehrere Werte überprüft werden, dann kann die If -Anweisung unübersichtlich werden.


• Eine switch -Anweisung ist für solche Fälle besser geeignet.

Mehrfachauswahl (switch )int wahl = 3;

…

switch (wahl)

{


case 1: Anw1; [break;]

case 3: {Block3} [break;]

case 5: Anw5; [break;]

…

[default: . . . [break;]]

}

Mehrfachauswahl (switch )

• Die Variable wahl muss vom Typ– char

– byte

– short

– int


– int

• Nicht erlaubt sind:– long

– float

– double

– boolean

Unbestimmte Schleifen (while)

Nur wenn die Bedingung wahr ist, wird der Block ausgeführt:

while ( Bedingung)

{

Block

}

kopfgesteuert


}

Der Block wird auf jeden Fall einmal durchlaufen:do

{

Block

}

while ( Bedingung);

fußgesteuert

Bestimmte Schleifen (for )

Anzahl der Durchläufe kann vorher festgelegt werden.

for (<Init>;<Bedingung>;Anweisung)

Anweisung;


int i;for (i = 1; i <= 10;) {

System.out.println(i)i = i+1;

}

Dateinamen (Endung)

• Quellcode auf *.java

• Compilierter Code auf *.class

statt *.py in Pythonoder *.hs in Haskell


• case sensitiveJava unterscheidet zwischen Groß- und Kleinschreibung (auch im Quellcode)!

Java auf den Rechnern der RBIJava: /opt/rbi/bin/javaJavacompiler: /opt/rbi/bin/javac

Applikationen - Entwicklungsprozess Erster Schritt: Erstellen einer Klasse Hello (in einem Editor) mit dem Namen „ Hello.java “

class Hello {

public static void main(String[] args) {

System.out.println(“Hello Students!”);

}


}

}

Zweiter Schritt : Compilieren des Quellcodes Aufruf : „ javac Hello.java “Ergebnis : autom. Erzeugen des Bytecodes „Hello.class“

Dritter Schritt: Evtl. Ausführen des Programms�Aufruf : „ java Hello “ (Ausgeführt wird immer die main-Methode!)

Ausgabe: „ Hello Students! “

MUSS gleich sein!

Programmstruktur:Klassen, Methoden und Variablen

class ClassName {

type variablenName = anfangswert ;

rückgabeType methodenName( type parameter1, …){

}

}


Ein erstes Beispiel:

class Student {int semester; int getSemester() {

return semester;}

}

Klassen, Methoden und Variablen

Konstruktor:

Student() { … }

Student( int semester) { … }


Objekt student1 erzeugen:

Student student1 = new Student();

Methode aufrufen und Rückgabewert speichern:

int semanzahl = student1.getSemester();

Bibliotheken


Start!

OO

34

Einführung in die Objektorientierung

siehe auch V8 aus PRG-1 WS 2010/2011

Objektorientierung

Das Objektmodell beschreibt „die Welt“ als eine Menge interagierender Objekte .


Klasse

Eine Klasse (Typ, Schablone) ist

• Klasse dient als Bauplan für Abbildung von realen Objekten („Schablone“) – eine Abstraktion auf die für die Programmierung wichtiger Eigenschaften.

• eine Realisierung eines abstrakten Datentyps (ADT).


• eine Realisierung eines abstrakten Datentyps (ADT).

• ein benutzerdefinierter Typ in einer objektorientierten Programmiersprache.

• eine zur Compilezeit des Programms notwendige Typspezifikation.

Objekt

Ein Objekt (Instanz) ist

• eine individuelle, benennbare reale oder abstrakte Einheit mit einer wohldefinierten Rolle.

• eine klar abgrenzbare Einheit mit Merkmalen(Zustand und Verhalten) und einer Identität .


(Zustand und Verhalten) und einer Identität .

• eine Ausprägung einer Klasse .

• eine gekapselte Datenstruktur , die zur Laufzeit des Programms Speicherplatz belegt und die nur über die Operationen der definierten Schnittstelle manipuliert werden kann.

Beispiele

Klasse Objekte (Instanzen)

PKW • mein Auto• dein Auto• das Auto mit dem Kennzeichen F-CB 2000

usw.


usw.

Geometrische Formen • ein Kreis mit dem Radius 5 und Mittelpunkt (42,17)• eine Pyramide mit Grundfläche 3x4 und Höhe 6

usw.

DVD • „Mr. and Mrs. Smith“-DVD• „King Kong“-DVD

Attribute und Zustand

Die Attribute eines Objekteslegen die Eigenschaften und Zustände des Objektes fest.

Der Zustand eines Objektesist die Gesamtheit der Attribute eines Objektes plus ihre momentanen Werte .


F-CB 2000

DA-XY 123

Typ

Farbe

km/h

PKW

MethodenMethoden

• sind auf einem Objekt ausführbare Operationen.

• werden durch eintreffende Nachrichten ausgelöst.

• können den Objekt-Zustand verändern.

• werden innerhalb einer Klasse definiert.


Es gibt mehrere Arten von Methoden:Modifikation � ändert Zustand

Selektion � liest Zustand

Iteration � wiederholte Modifikation oder Selektion

Konstruktion � kreiert ein Objekt und initialisiert Zustand

Destruktion � löscht Zustand und zerstört ein Objekt

Verhalten eines Objektes

Das Verhalten eines Objektes• sind die Aktionen und Reaktionen des Objektes.

• wird durch die Methoden der Klasse des Objekts realisiert.

• wird durch den Aufruf der Methoden verursacht.


F-CB 2000

DA-XY 123

Typ Farbe km/h

PKW

beschleunigen()

bremsen()

VW Rot 60

BMW Gelb 100

Vererbung (Inheritance) in der OOP

Die Unterklasse erbt alle Merkmale der Oberklasse und istihr damit ähnlich . Sie kann die geerbten Attribute und Methoden unverändert benutzen oder neu definieren (überschreiben).Eine Unterklasse besitzt im Allgemeinen zusätzliche Attribute und Methoden. Sie ist eine Spezialisierung, Konkretisierung oder


Methoden. Sie ist eine Spezialisierung, Konkretisierung oder Erweiterung ihrer Oberklasse.Eine Unterklasse kann selbst wieder Oberklasse sein. Dadurch ergibt sich eine Baumstruktur , die so genannte Vererbungsstruktur oderKlassenhierarchie .Die Vererbung ist transitiv .

Beispiel für eine Klassenhierarchie (1)

Typ, Farbe, kmh beschleunigen() bremsen()

Kraftfahrzeug


Kraftfahrzeugist eine Klasse mit den drei Attributen Typ, Farbe und kmh und den beiden Methoden beschleunigen() und bremsen().

Es gibt aber auch „spezielle“ Kraftfahrzeuge, die ein zusätzliches, gemeinsames Merkmal haben.



Kraftfahrzeug

LKW anhängen()


LKW ist eine Unterklasse von Kraftfahrzeug. Sie erbt alle Eigenschaften von ihrer Oberklasse , hat aber die zusätzlicheMethode anhängen().

Es gibt auch Kraftfahrzeuge, die keine LKWs sind.

LKW anhängen()



Omnibus Stehplätze

Kraftfahrzeug

PKW LKW anhängen()


Omnibus, PKW und LKW sind jeweils Unterklassen der Klasse Kraftfahrzeug. LKW hat eine zusätzliche Methode, Omnibus ein zusätzliches Attribut. Die drei Unterklassen erben alle Merkmale der Oberklasse Kraftfahrzeug.

Aber es gibt es auch mehrere, verschiedene Arten von PKWs, die besondere Merkmale haben.



Omnibus Stehplätze

Kraftfahrzeug

PKW LKW anhängen()


Cabriolet und Limousine können zusätzliche Methoden bzw. Attribute haben. Beide erben alle Merkmale von PKW und damit auch von Kraftfahrzeug.

Limousine Cabriolet Verdeck öffnen()

Beispiel für eine Klassenhierarchie in UML


Mehrfach -Vererbung


Fahrzeug

PKW LKW anhängen() Schiff


Amphibien- Fahrzeug

Mehrfach-Vererbung ist in Java nicht möglich… in Python schon!

Identität eines Objektes• Objekte sind mittels Referenz eindeutig identifizierbar .

• Objekte haben eine Identität und meistens einen oder mehrere Namen bzw. Referenzen .

• Der Zustand eines Objektes kann sich ändern, nichtseine Identität.


seine Identität.

• Gleicher Zustand (also der gleiche Wert) bedeutet nicht gleiche Identität! � Dies ist besonders bei Vergleichsoperationen zu beachten.

… das ist bei Haskell anders!

Identität eines Objektes

meinAuto Referenz 2

Referenz 1deinAuto keine Referenzen


Ein Objekt ohne Namen besitzt zwar eine Identität, ist aber nicht (mehr) erreichbar …

Objekt mit zwei Namenund zwei Referenzen Objekt ohne Namen

Lebenszeit von Objekten

Die Lebenszeit eines Objektes ist die Zeit zwischen

• der Kreierung des Objektes und• dem Löschen des Objektes (bzw. der Löschung der

letzten Referenz) mit anschließender Garbage Collection.

Garbage Collection


Garbage CollectionJava gibt automatisch den Speicher unbenutzter Objekte frei!Das expliziete setzen von Referenzen auf NULL unterstützt die Garbage Collection.Mit System.gc() kann man die Garbage Collection explizit anstoßen.

Beispiel JavaScript


JavaScript = Java ???

• Sieht aus wie Java - ABER

• wird anders verarbeitet (reine Skript-Sprache),

• bietet nicht so viele Möglichkeiten wie Java, wird mit HTML vermischt und dient meist nur zur Erweiterung der Web-Seiten-Funktionalität


der Web-Seiten-Funktionalität

• dynamisch Typisiert

• läuft in einer Art Sandbox (Sandkasten) – kein direkter Dateizugriff oder Aufruf von Programmen

• … also JavaScript ≠ Java

Applets

Beispiel:

package simpleapplet;

import java.awt.Graphics;


class HelloWorld extends java.applet.Applet {

public void paint (Graphics g) {

g.drawString(“Hallo Welt!”, 10, 10);

}

}

Einbindung des Applet in HTML

<html >

<body >

<applet

codebase = "."

code = "simpleapplet.HelloWorld.class"


code = "simpleapplet.HelloWorld.class"

width = "400"

height = "300"

>

</ applet >

</ body >

</ html >

Ausführen des Applets


Arten von Java-Programmen

Applikationen :• „normale“ Programme (vergleichbar mit anderen Sprachen wie Modula-2, C)• eigenständig und ohne Sicherheitseinschränkungen• eine auszuführende Klasse muss eine main-Methode enthalten• Aufruf durch den Java-Interpreter java

Applets :


Applets :• Java-Programme für den Einsatz in einem WWW-Browser• Einbettung in eine HTML-Seite durch <applet> - oder <object> -Tag• keine main-Methode erforderlich; Erbt von java.applet.Applet –

Methoden: init(), start(), paint(), stop(), …• Sandbox-Prinzip / Sicherheitseinschränkungen, z.B. können keine

Programme gestartet und es kann nicht auf Dateien zugegriffen werden• nutzt JRE des Browsers

Server-Anwendungen :• Servlets (Java Server Pages), Enterprise Java Beans

Kommentare in Java

JAVA Erklärung Python

// Kommentar Alle Zeichen nach dem „//“ werden ignoriert.�für „normale“ einzeilige Kommentare.

# Kommentar

/* Kommentar über mehrere Zeilen

Alle Zeichen zwischen dem „/*“ und dem „*/“ werden ignoriert. � auskommentieren von Programmteilen.

""" Kommentarüber mehrere

In Java gibt es drei Möglichkeiten zur Kommentierung:


Zeilen */

� auskommentieren von Programmteilen.Die Schachtelung der „Kommentar-klammern“ ist nicht erlaubt.

mehrereZeilen """(ein String)

/*** javadoc-Kommentar * @since JDK1.0* /

Alle Zeichen zwischen dem „/**“ und dem „*/“ werden ignoriert. � für das javadoc -Programm des JDK.

Mit ihrer Hilfe wird eine einfache Online-Dokumentation erstellt.

pythondoc

Javadoc Beispiel/** * Returns an Image object that can then be painted on the screen. * The url argument must specify an absolute {@link URL} . The name* argument is a specifier that is relative to the url argument. * <p>* This method always returns immediately, whether or not the* image exists. When this applet attempts to draw the image on * the screen, the data will be loaded. The graphics primitives * that draw the image will incrementally paint on the screen. * * @param url an absolute URL giving the base location of the image

DBIS - SS2011

* @param url an absolute URL giving the base location of the image* @param name the location of the image, relative to the url argument* @return the image at the specified URL * @see Image */

public Image getImage(URL url, String name) { try

{ return getImage(new URL(url, name));

} catch (MalformedURLException e) { return null; }

}

Java - API - Dokumentation

http://download.oracle.com/javase/6/docs/api/


Javadoc

Homepage: http://java.sun.com/j2se/javadoc/

Aufruf (unter dem „bin“-Ordner des JDK):javadoc [ options ] [ packagenames ] [ sourcefilenames ] [-subpackages pkg1:pkg2:... ] [ @argfiles ]


Tags @author; {@code}; {@docRoot}; @deprecated; @exception; {@inheritDoc}; {@link}; {@linkplain}; {@literal}; @param; @return; @see; @serial; @serialData; @serialField; @since; @throws; {@value}; @version

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