Gliederung der Veranstaltung

Technische Universität Braunschweig Dr. Werner Struckmann Institut für Programmierung und Reaktive Systeme 13. Juli 2018

Programmieren

Übersicht

Programmieren I

Art der Veranstaltung: Wintersemester, Bachelor, 6 LP, 2 VL + 2 UE + Rechnerübung Kurzbeschreibung: In der Vorlesung »Programmieren I« werden die Grundlagen der impe- rativen und objektorientierten Programmierung anhand der Programmiersprache »Java«

vermittelt und in der Übung, in der die Teilnehmer kleine Programme selbstständig ent- wickeln sollen, angewendet.

Stichwörter: Algorithmen und Programme, Programmiersprachen, Grundlagen der impe- rativen und objektorientierten Programmierung, Java, primitive Datentypen, Referenz- typen, Felder und Zeichenketten, Anweisungen, Klassen, Objekte, (statische) Attribute, (statische) Methoden, Konstruktoren, Vererbung, Schnittstellen, abstrakte Klassen, Be- ziehungen zwischen Klassen und Objekten, Rekursion, funktionale Programmierung, Aus- nahmebehandlung, Programmkorrektheit, Test von Programmen, Ein- und Ausgabe.

Termine:

Beginn: Mo. 17. Oktober 2016

Vorlesung: Mo. 15:00–16:30 Uhr PK 15.1 Übung: Do. 08:00–09:30 Uhr PK 15.1 Sprechstunde: Mi. 10:30–11:30 Uhr IZ 244

Programmieren II

Art der Veranstaltung: Sommersemester, Bachelor, 6 LP, 2 VL + 2 UE + Rechnerübung Kurzbeschreibung: Der zweite Teil der Veranstaltung erweitert und vertieft die im ersten Semester erworbenen Kenntnisse. In den Übungen werden Datenstrukturen wie Listen, Bäume und Graphen sowie Such- und Sortierverfahren programmiert. Darüber hinaus werden die Grundlagen der Parallel- und der Grafikprogrammierung behandelt.

Stichwörter:Strukturierung von Programmen, Vertiefung der objektorientierten Program- mierung, Aufzählungstypen, Annotationen, weiterführende Sprachkonzepte von Java, Da- tenstrukturen, generische Klassen, Listen, Bäume, Graphen, Hashverfahren, Such- und Sortierverfahren, Parallelprogrammierung, Grafikprogrammierung, Überblick über C und C++, Zeiger, Mehrfachvererbung, Überladen von Operatoren, Ausblick.

Termine:

Beginn: Mo. 3. April 2017

Vorlesung: Di. 08:00–09:30 Uhr SN 19.1 Übung: Fr. 11:30–13:00 Uhr SN 19.1 Sprechstunde: Mi. 10:30–11:30 Uhr IZ 244

Gliederung der Veranstaltung

Vorbemerkungen

1 Algorithmus und Programm

1.1 Vom Algorithmus zum Programm 1.2 Programmiersprachen

1.3 Korrektheit, Komplexität und Entscheidbarkeit 1.4 Software-Grundlagen

2 Erste Schritte in Java

3 Java: Grundlagen der Sprache 3.1 Lexikalische Elemente 3.2 Datentypen und Variable 3.3 Ausdrücke

3.4 Anweisungen

3.5 Speicherung von Werten 3.6 Beispiele aus der Praxis

3.7 Ein Blick auf imperatives Programmieren 4 Objektorientierte Programmierung in Java

4.1 Klassen, Objekte und Methoden 4.2 Vererbung

4.3 Modifikatoren

4.4 Klassenvariable und statische Methoden 4.5 Abstrakte Klassen

4.6 Schnittstellen 4.7 Zusammenfassung

5 Rekursion/Funktionale Programmierung 5.1 Einführung und Begriffe

5.2 Beispiele rekursiver Methoden in Java 5.3 Ein Blick auf funktionales Programmieren 6 Zuverlässigkeit von Programmen

6.1 Behandlung von Ausnahmesituationen 6.2 Grundlagen der Programmverifikation 6.3 Die Zusicherungsanweisung

6.4 Testen von Programmen

7 Klassen und Methoden zur Ein- und Ausgabe

8 Weiterführende Sprachkonzepte von Java 8.1 Lokale und anonyme Klassen

8.2 Weiteres zu den Wrapper-Klassen 8.3 Aufzählungstypen

8.4 Die Klassen String,StringBuffer und StringTokenizer 8.5 Strukturierung von Programmen

8.6 Annotationen

9 Java und Datenstrukturen 9.1 Lineare Listen

9.2 Generische Datentypen 9.3 Keller und Schlangen 9.4 Graphen

9.5 Bäume und Suchen und Sortieren 9.6 Hash-Verfahren

9.7 Persistenz von Daten

9.8 Das Java Collections Framework 10 Grafikprogrammierung in Java

10.1 Grundlagen

10.2 Grafische Grundelemente 10.3 Fensterklassen

10.4 Ereignisse und Widgets 10.5 Applets

10.6 Die Swing-Klassen

11 Parallelprogrammierung in Java

11.1 Das Problem des gegenseitigen Ausschlusses 11.2 Grundlagen und Begriffe

11.3 Verwaltung von Threads

11.4 Kommunikation und Synchronisation 11.5 Die speisenden Philosophen

11.6 Das Concurrent-Paket Quellenverzeichnis

A Fallstudie

B Themen der Übungsaufgaben B.1 1. Übungsblatt

B.2 2. Übungsblatt B.3 3. Übungsblatt B.4 4. Übungsblatt B.5 5. Übungsblatt B.6 6. Übungsblatt B.7 7. Übungsblatt

B.8 8. Übungsblatt B.9 9. Übungsblatt B.10 10. Übungsblatt B.11 11. Übungsblatt B.12 12. Übungsblatt B.13 13. Übungsblatt B.14 14. Übungsblatt

Vorbemerkungen

Informatik als Wissenschaft; inhaltlicher Überblick über die Vorlesung; organisatorische Aspekte; Literaturempfehlungen.

1 Algorithmus und Programm

1.1 Vom Algorithmus zum Programm

Algorithmusbegriff; Spezifikation; Eigenschaften von Algorithmen; Algorithmus und Pro- gramm; Programmiersprache; programmieren; grundlegende Aspekte der Entwicklung von Algorithmen: Paradigma, Komplexität, Korrektheit, Verifikation, Berechenbarkeit, Ent- scheidbarkeit, Church’sche These, Entwurf von Algorithmen, abstrakter Datentyp, Vari- anten des Algorithmusbegriffs, Hinweis auf Standardalgorithmen; Paradigmen zur Algo- rithmenbeschreibung: imperativ, funktional, objektorientiert und logisch; weitere Paradig- menbegriffe: prozedural, deklarativ, hybrid; Beispiel eines imperativen Algorithmus; der Algorithmus von Euklid; Zustand; Zustandstransformation; Datenstrukturen; Typsystem;

natürliche und künstliche Sprachen; Sprachen der Informatik.

1.2 Programmiersprachen

Entwicklung der Programmiersprachen; Definition von Programmiersprachen; lexikalische Struktur; Syntax; Semantik; Pragmatik; Klassifikation der Programmiersprachen: Ma- schinensprachen, Assembler und problemorientierte Sprachen; Implementierung von Pro- grammiersprachen: Interpreter, Compiler, Mischverfahren, Just-in-Time-Compiler; Verar- beitung von Java-Programmen.

1.3 Korrektheit, Komplexität und Entscheidbarkeit

Spezifikation; Korrektheit; partielle und totale Korrektheit; Verifikation; Nachweis der par- tiellen und totalen Korrektheit des Algorithmus von Euklid; Schleifeninvariante; Test; Va- lidation; Komplexität; Komplexität des Algorithmus von Euklid; O-Notation, landausche Symbole; Entscheidbarkeit; Herleitung der Komplexität eines Sortieralgorithmus; Halte- problem; Nachweis der Unentscheidbarkeit des Halteproblems; Berechenbarkeit; Existenz nicht berechenbarer Funktionen.

1.4 Software-Grundlagen

Systemsoftware; Anwendungssoftware; Softwarewerkzeuge; Betriebssystem; textuelle und grafische Oberfläche; wichtige Betriebssysteme; Dateiverwaltungssystem; Editor; Program- mierwerkzeuge; Programmierumgebungen.

2 Erste Schritte in Java

Abstraktion; Modellbildung; Beispiel: Kontoverwaltung; Klassen- und Objektdiagramm;

Kommentare; Klasse; Objekt; Attribut; Methode; Parameter; Rückgabewert; Variable;

Konstruktor; Applikation; main-Methode; Hinweis auf Applets; Regeln zur Code-Forma- tierung; Programmkommentare; der Dokumentationsgenerator javadoc; objektorientierte Programmiersprachen; der Algorithmus von Euklid als statische Methode; Sprachmerk- male von Java; Entwicklung von Java; einige Java-Konzepte; einige Programme des JDK;

Zusammenfassung der Einführung.

3 Java: Grundlagen der Sprache

3.1 Lexikalische Elemente

Lexik; Lexem; Eingabezeichen; Unicode, Unicode-Transformationsformat; Ausgabe von Systemeigenschaften; Kommentare; Dokumentationskommentare; Bezeichner (identifier);

Regeln zur Wahl von Bezeichnern; Literale; Wahrheitswerte; Zahlen; Zeichen; Zeichen- ketten; Null-Literal; Schlüsselwörter; reservierte Wörter; Trennzeichen; Operatoren; Inter- punktionszeichen.

3.2 Datentypen und Variable

Struktur von Java-Programmen; Übersicht über die Datentypen; primitive Datentypen:

boolean, char, byte, short, int, long, float, double; Wertebereiche und Literale der primiti- ven Datentypen; Variable; Instanz- und Klassenvariable; lokale Variable; Deklaration und Initialisierung von Variablen; Zuweisung:Storage-Semantik,Assignment by sharing of refe- rences; Lebensdauer; Sichtbarkeit; Arrays; Deklaration, Allokation und Initialisierung von Arrays; mehrdimensionale Arrays; Strings; Referenztypen; Erzeugung von Objekten; Zu- weisung von Referenztypen; Vergleich von Referenztypen; Garbage Collector; die Begriffe

»statisch«, »dynamisch« und »semidynamisch«; einschränkende und erweiternde Typkon- vertierungen; Typkonvertierungen für primitive Datentypen; impliziter und expliziter Cast.

3.3 Ausdrücke

Ausdruck; Operand; Operator; Stelligkeit eines Operators; Rückgabewert; Priorität eines Operators; Linksassoziativität; Rechtsssoziativität; Seiteneffekt; Auswertungsreihenfolge;

arithmetische, relationale und logische Operatoren; ganzzahlige Division; Zuweisungsopera- toren; Fragezeichen-Operator; cast-Operator; weitere Operatoren; Vorrangregeln für Ope- ratoren.

3.4 Anweisungen

Die Java Language Specification; Beispiele aus dem Kapitel zur Syntax; Übersicht über die Java-Anweisungen; elementare Anweisungen; leere Anweisung; Block; Variablendekla- ration; definite assignment; Datenflussanalyse; Ausdruck als Anweisung; If- und Switch-

Anweisung; While- und Do-Anweisung; abweisende und nicht abweisende Schleifen; For- Anweisung; erweiterte For-Anweisung; Break- und Continue-Anweisungen mit Marken;

Return-Anweisung; Beispiele: größter Teiler einer Zahl, Primzahlberechnung, Vertauschen zweier Werte, Maximum zweier Zahlen, Maximum dreier Zahlen, Maximum eines Feldes, Summe ganzer Zahlen, Summe der Elemente eines Felds; Summe der Elemente einer Ma- trix; Betrag einer Zahl, Fakultät einer Zahl, Potenz, Fibonacci-Folge.

3.5 Speicherung von Werten

Beispiele für fehlerhafte Rechnungen mit einem Java-Programm; Speicherung von Informa- tion; Byte Order; big endian, little endian; ASCII- und ISO-Latin-1-Zeichensatz; Unicode- Zeichensatz; Unicode-Transformations-Formate (UTF); Speicherung ganzzahliger Daten- typen; Zweierkomplement; Gleitkommadarstellung reeller Zahlen und ihre Problematik;

Beispiel; Summe von Zahlen unterschiedlicher Größenordnung; Auslöschung; Vergleich von Gleitkommazahlen; Java-Beispiel; Pseudoarithmetik; Speicherung von primitiven und Re- ferenztypen; schematisches Speicherbild.

3.6 Beispiele aus der Praxis

Vertiefung der bisher behandelten Sprachkonzepte an Beispielen aus verschiedenen Ge- bieten: Berechnung von Zinseszinsen; Teilbarkeit; Darstellung einer natürlichen Zahl zu einer beliebigen Basis; schnelle Exponentiation; Horner-Schema; Skalarprodukt von Vek- toren; Länge eines Vektors; Produkt von Matrizen; Nullmatrix; Beispiel zu Break- und Continue-Anweisungen mit Marken; Newton-Verfahren zur Nullstellenbestimmung; Bub- blesort; Erzeugung von Pseudozufallszahlen mit der linearen Kongruenzmethode.

3.7 Ein Blick auf imperatives Programmieren

Variable; Zustand; Wertzuweisung; Sequenz; Selektion; Iteration; Ein- und Ausgabe; Zu- stand eines Objekts; Zustand des Programms; der Algorithmus von Euklid in imperativer Fassung in den Sprachen Java, JavaScript, Pascal, C, Modula-2 und Scheme; Ausblick auf Konzepte imperativer Programmiersprachen: Funktionen, Prozeduren, Datentypen, Mo- dule, Ausnahmebehandlung, Parallelverarbeitung; Algorithmus von Euklid: imperative vs.

funktionale Version, funktionale Variante in Scheme und Haskell.

4 Objektorientierte Programmierung in Java

4.1 Klassen, Objekte und Methoden

Objekt; Zustand; statische und dynamische Eigenschaften; Schnittstelle; Dienst eines Ob- jekts; Nachricht; wert- und identitätsbasierte Objektmodelle; Kapselung und Geheimnis- prinzip; Abstraktion und Modellierung; Klasse; Objekt; Instanz; Methode; Memberva- riable; Instanzvariable; Attribut; Erzeugung und Initialisierung von Objekten; Deklara- tion von Variablen und Methoden; Zuweisung von Objekten; Semantik von Variablen und Zuweisungen; Storage-Semantik; Assignment-by-sharing; Parameter einer Methode;

Aufruf einer Methode; Punktnotation;this-Zeiger; Parameterübergabe; Rückgabewert ei- ner Methode; Überladen von Methoden; Signatur einer Methode; Konstruktoren; Default- Konstruktor; Verkettung von Konstruktoren; Destruktoren; get-/set-Methoden;toString;

equals; typischer Aufbau einer Klasse; Beispiele: Adresskartei, Horner-Schema, Aufruf von Methoden, Bubblesort, Newton-Verfahren, Methoden mit einer variablen Parameterzahl;

Fallstudie: Polynomarithmetik.

4.2 Vererbung

Beziehungen zwischen Klassen; Vierecke und ihre Beziehungen; einfache Vererbung; Basis- klasse; Oberklasse; abgeleitete Klasse; Unterklasse; Spezialisierung; Generalisierung; Zu- weisungen; Polymorphie; Verdecken von Variablen; Überlagern von Methoden; dynamische Methodensuche; diesuper-Notation; die KlasseObject; die MethodeString toString();

die Methode boolean equals(); die Methode Object clone(); Konstruktoren; der Su- perklassenkonstruktor; Reihenfolge der Aufrufe von Konstruktoren; finale Klassen; Ver- erbungshierarchien; Vererbungshierarchien als gerichtete Bäume; mehrfache Vererbung;

Klassendiagramm; Objektdiagramm; Beziehungen zwischen Klassen und Objekten: der instanceof-Operator; Beziehungen zwischen Objekten: Assoziation, Kardinalität, Multi- plizität, Aggregation, Komposition.

4.3 Modifikatoren

Modifikator; die Modifikatoren public,final und abstractfür Klassen; die Modifikato- ren public,private, protected, static, final und abstract für Variable und Metho- den; Bemerkungen zum Einsatz von Modifikatoren; Hinweis auf weitere Modifikatoren.

4.4 Klassenvariable und statische Methoden

Klassenvariable; Deklaration und Zugriff; Beispiel: Objektzähler; Konstante; Klassenme- thoden; Deklaration und Zugriff; Beispiele: Objektzähler, Tabelle der Quadratwurzeln; die Methode main und ihr Argument; statische Konstruktoren; utility class.

4.5 Abstrakte Klassen

Abstrakte und konkrete Methoden; abstrakte und konkrete Klassen; Fallbeispiel für ab- strakte Klassen und Polymorphismus: Gehaltsberechnung; polymorphe Methoden in Kon- struktoren.

4.6 Schnittstellen

Definition einer Schnittstelle; Implementierung einer Schnittstelle; Beispiel; das Interface Comparable; Aussage der API über die Methode compareTo; die Klasse String; kleinstes Element und Bubblesort als Beispiele; Generizität; mehrfache Implementierung; Schnitt- stellen und Vererbung; Verwendung von Schnittstellen; Konstanten.

4.7 Zusammenfassung

Wiederholung, Überblick und Zusammenfassung über objektorientiertes Programmieren;

Vorteile der Vererbung; Vorgehensweise beim objektorientierten Programmieren.

5 Rekursion/Funktionale Programmierung

5.1 Einführung und Begriffe

Rekursives Konzept; Fakultät; Motivierendes Beispiel: Berechnung der Quersumme ei- ner natürlichen Zahl durch eine iterative und eine rekursive Methode; partielle und tota- le Funktionen; Definitionsbereich; Möglichkeiten zur Definition von Funktionen: Tabelle, Ausdruck; rekursive Definitionen; Ersetzungssystem; Auswertung; Formen der Rekursion:

lineare Rekursion, Endrekursion, Baumrekursion, geschachtelte Rekursion, verschränkte oder wechselseitige Rekursion; Beispiele: Fakultät, Fibonacci-Folge, Algorithmus von Eu- klid, schnelle Exponentiation, Summe, Skalarprodukt; dynamische Algorithmen; operatio- nelle und denotationale Semantik einer rekursiven Definition; Innermost-, Outermost- und Mixed-Auswertung; Ackermann-Funktion.

5.2 Beispiele rekursiver Methoden in Java

Fallbeispiele rekursiver Methoden: Newton-Verfahren, Intervallschachtelung (Bisektion), Geldwechsel, Türme von Hanoi, das Acht-Damen-Problem; der Fragezeichen-Operator;

for-Anweisungen mit Initialisierungs- und Update-Listen; Wiederholung des Bubblesort- Algorithmus; Quicksort; Wrapper-Klassen der primitiven Datentypen; einige Konstrukto- ren und Methoden der Wrapper-Klassen; Autoboxing und Unboxing.

5.3 Ein Blick auf funktionales Programmieren

Funktionen höherer Ordnung; funktionale Algorithmen; funktionale Programmiersprachen;

Lisp und Scheme; funktionale Version des Algorithmus von Euklid; Haskell; Algorithmus von Euklid in Scheme und Haskell; Zusammenfassung der Aspekte; Java 8: Beispiele für funktionales Interface, Lambda-Ausdrücke, static-Methode im Interface, default-Methode im Interface; Hinweis: Streams und Pipeline-Operationen werden wir später behandeln.

6 Zuverlässigkeit von Programmen

Motivation.

6.1 Behandlung von Ausnahmesituationen

Die AusnahmenArithmeticExceptionundArrayIndexOutOfBoundsException; Behand- lung von Ausnahmen; Beispiele für Ausnahmen; grundlegende Begriffe: Ausnahme, Auslö- sen einer Ausnahme, Behandeln einer Ausnahme; die try-catch-Anweisung; prinzipielle

Vorgehensweise; die MethodeparseInt; Beispiel: Zahldarstellung zu verschiedenen Basen;

Fehlerobjekte; Fortsetzen nach einer Ausnahme; mehrere catch-Klauseln; die finally- Klausel; die catch-or-throw-Regel; Weitergabe einer Ausnahme; die throws-Klausel; die Klassen Throwable, Error, Exception, RuntimeException und ArithmeticException;

die throw-Anweisung; Erzeugen und Auslösen von Ausnahmen; eigene Fehlerklassen; Bei- spiele; wichtige Javadoc-Markierungen.

6.2 Grundlagen der Programmverifikation

Hoare’sche Logik; Hoare’scher Kalkül; Nachbedingung; Vorbedingung; Schleifeninvariante;

Axiomenschema; Ableitungsregeln; Zustand; partielle und totale Korrektheit; Korrektheit und relative Vollständigkeit des Kalküls; Beispiele: ganzzahlige Division mit Rest, schnelle Exponentiation; abessinische Bauernmethode zur Multiplikation ganzer Zahlen.

6.3 Die Zusicherungsanweisung

Die assert-Anweisung; Aufruf des Compilers und des Interpreters; Anwendungen der assert-Anweisung; Beispiel: ganzzahlige Division mit Rest; Anwendung in öffentlichen Methoden; Anwendung in privaten Methoden; Nachbedingungen; Vorbedingungen; Schlei- feninvariante; Kontrollflussinvariante; komplexe Zusicherungen; Klasseninvariante; beding- te Übersetzung; Ausschalten von Zusicherungen; Seiteneffekte; Einschalten von Zusiche- rungen.

6.4 Testen von Programmen

Phasen der Software-Entwicklung; Modelle der Software-Entwicklung; Dokumente; Mo- dellierungssprachen; UML; Struktur- und Verhaltensdiagramme; Werkzeuge; Spezifikati- on; Verifikation; Sicherheits- und Lebendigkeitseigenschaften; Validierung; Test; systema- tisches Testen; Modultest; Integrationstest; Auswahl der Testdaten; Black- und White- Box-Tests; Überdeckungsmaße für White-Box-Tests; JUnit: Einführung mit Beispiel.

7 Klassen und Methoden zur Ein- und Ausgabe

Wiederholung einiger Aspekte und einige neue Aspekte; Möglichkeiten zur Ein- und Aus- gabe von Daten; Grundlagen; wahlfreier und sequentieller Zugriff; Streams; Byte- und Character-Streams; Öffnen und Schließen einer Datei; Brückenklassen; die Stream-Basis- klassen; die Klasse PrintStream; die Klasse System; die Methode exit; System.out, System.in und System.err; Properties; Ausgabe auf dem Bildschirm; Ausgabe in eine Datei; Eingabe von der Tastatur; Lesen aus einer Datei; Pufferung der Ein- und Ausgabe;

die Klasse File; Transaktion; Anlegen und Löschen einer Datei; Zugriff auf den Pfadna- men; Informationen über eine Datei; Ändern von Verzeichniseinträgen; Beispiel: rekursiver Durchlauf durch ein Verzeichnis; formatierte Ausgabe; Formatstring; Steuerzeichen; die Klasse Scanner.

8 Weiterführende Sprachkonzepte von Java

8.1 Lokale und anonyme Klassen

Lokale Klassen; Definition und Benutzung lokaler Klassen; Beispiel; statische lokale Klas- sen; anonyme Klassen; Beispiel; Realisierung von Funktionen höherer Ordnungen durch Schnittstellen; Beispiel für anonyme Klassen; Erweiterung desnew-Operators; Anwendung lokaler und anonymer Klassen.

8.2 Weiteres zu den Wrapper-Klassen

Wiederholung der Datentypen; Wrapper-Klassen zu den primitiven Datentypen; Konstruk- toren der Wrapper-Klassen; Wertrückgabe; parse-Methoden; Konstante und weitere Me- thoden; die Klasse Integerals Beispiel; Autoboxing und Unboxing.

8.3 Aufzählungstypen

Motivation; Aufzählungstypen; Enum-Klassen; Eigenschaften und Methoden der Aufzäh- lungstypen; selbstdefinierte Methoden in Enum-Klassen; Datenfelder in Enum-Klassen;

Enum-Konstruktoren; Anwendungsmöglichkeiten für Enum-Klassen; Beispiel: Berechnung des Wochentags eines gegebenen Datums.

8.4 Die Klassen String, StringBuffer und StringTokenizer

Wiederholung und Erweiterung der Klasse String; Konstruktoren; Methoden zur Zei- chenextraktion, zum Vergleich, zum Suchen und Ersetzen sowie Konvertierungsfunktionen;

die Klasse StringBuffer; Unterschiede zur Klasse String; Konstruktoren; einige Metho- den der KlasseStringBuffer; Beipiel: Effizienzsteigerung bei häufiger Konkatenation; die Klasse StringTokenizer; Konstruktoren und einige Methoden; Beispiel.

8.5 Strukturierung von Programmen

Programmelemente von Java; Pakete; Applikationen; Applets; Verwendung von Paketen;

qualifizierter und unqualifizierter Import; statischer Import; das Paketjava.lang; wichtige Java-Pakete; Klassen des Pakets java.util; Bedeutung der Paketnamen; Erstellen eige- ner Pakete; Verzeichnisstruktur der Pakete; das Default-Paket; Zugriffsrechte für Klassen, Methoden und Variable; dieCLASSPATH-Variable.

8.6 Annotationen

Annotation; Metainformation; Annotationsprozessor; reflektive Auswertung; annotierte Programmelemente; Annotationen vs. Kommentare vs. Modifikatoren; die vordefinier- ten Annotationen @Deprecated, @Override, @SuppressWarnings, @Retention, @Target,

@Documentedund @Inherited; Erstellung von Annotationen; Beispiel.

9 Java und Datenstrukturen

9.1 Lineare Listen

Definition und grundlegende Eigenschaften linearer Listen; typische Listenoperationen; „li- neare Liste“ als abstrakter Datentyp; Schnittstelle und Implementierung des abstrakten Datentyps; Strukturinvariante; ausführliche Herleitung der insert-Methode mit Erhal- tung der Strukturinvariante; modifizierte Schnittstelle mit zugehöriger Implementierung;

Behandlung von Elementklassen; Implementierung durch Felder; sortierte Listen; alterna- tive Implementierung mit Zeiger auf das erste Element und Zusatzinformationen; Senti- nel; Aufzählungen; Implementierung und Anwendung von Aufzählungen; zirkuläre Listen;

die Josephus-Funktion; Implementierung von Datenstrukturen; Wiederholung: die Klasse Object; die Klasse Class; Kopieren von Objekten; flache und tiefe Kopien; die Methode clone() der Klasse Object; die Schnittstelle Cloneable; Kopieren einer Liste; unverän- derliche Klassen.

9.2 Generische Datentypen

Wiederverwendbarkeit (reusability); Generizität; generische Methoden; generische Klas- sen; generische Schnittstellen; Beispiel: lineare Listen; die Klasse Number; Typebounds;

Klassen als Typebounds; Schnittstellen als Typebounds; Klassen und Schnittstellen als Typebounds; Wildcards; Invarianz; Bivarianz; Kovarianz; Kontravarianz; Übersicht; er- laubte Operationen; Wiederholung: Typkompabilität; Generizität in Java; Zusammenstel- lung kompatibler Datentypen; Kovarianz bei Array-Typen.

9.3 Keller und Schlangen

Keller; LIFO-Prinzip; Anwendungen; Kelleroperationen; Implementierung eines Kellers durch eine Liste; Implementierung eines Kellers durch ein Feld; Schlangen; FIFO-Prinzip;

Anwendungen; Operationen für Schlangen; Implementierung einer Schlange durch eine Lis- te; Implementierung einer Schlange durch ein Feld; Deques; Bemerkungen zur Java-API.

9.4 Graphen

Graph; Knoten; Kante; gerichteter Graph; ungerichteter Graph; bewerteter Graph; Mehr- fachkante; Zyklus; Schlinge; Attribute; Anwendungsbeispiele; Adjazenz; Grad eines Kno- tens; Pfad; Zusammenhang; vollständiger Graph; gewichteter Graph; Speicherung von Gra- phen: Kantenliste, Knotenliste, Adjazenzmatrix, Adjazenzliste; Komplexität der Operatio- nen; Variationen dieser Möglichkeiten.

9.5 Bäume und Suchen und Sortieren

Baum; Definition; Wurzel; innerer Knoten; Blatt; Pfad; Tiefe; Anwendungen von Bäu- men; Anzahl der Knoten in einem Binärbaum; Durchlauf durch einen Binärbaum; binäre

Suchbäume und ihre Implementierung; Sortieren mit binären Suchbäumen; Erzeugung von Zufallszahlen; Mergesort; Wiederholung: Bubblesort, Quicksort.

9.6 Hash-Verfahren

Grundlagen; Hash-Funktion; Hash-Tabelle; Kollision; Beispiel; Behandlung von Kollisio- nen; Hash-Verfahren ohne Überlaufbereich; lineare Verschiebung; quadratische Verschie- bung; Hash-Verfahren mit linearer Liste als Überlaufbereich; die Klasse Hashtable; die Klasse HashMap; Dictionary: assoziativer Speicher.

9.7 Persistenz von Daten

Persistenz von Daten; Serialisierung und Deserialisierung von Objekten; der Modifika- tor transient; die Schnittstelle Serializable; Anwendungen: Schreiben und Lesen von Objekten in bzw. aus Dateien; tiefes Kopieren durch Serialisierung; Versionierung von se- rialisierten Daten; das Programm serialver; dynamisches Laden von Klassen; Beispiele aus dem Paket java.lang.reflect.

9.8 Das Java Collections Framework

Kollektionen; Mengen; Relationen; Funktionen; das Java Collections Framework; Überblick über wichtige Schnittstellen, Implementierungen (abstrakte, konkrete Klassen) und Algo- rithmen:Collection,AbstractCollection,AbstractList,AbstractSet,AbstractMap, Set,SortedSet,List,Queue,Deque,Map,SortedMap,Stack,Vector,TreeSet,HashMap, Iterable, Iterator, ListIterator; Anwendung: sortierte endliche Mengen am Beispiel

„Lottotipp“; Comparator; die Kollektion-Algorithmen; Beispiel: die Klasse ArrayList;

ArrayList und LinkedList im Vergleich; kurzer Blick auf Heaps; Prioritätsschlangen;

die Klasse PriorityQueue.

10 Grafikprogrammierung in Java

10.1 Grundlagen

Schnittstelle für Anwenderprogramme; API; das Abstract Window Toolkit (AWT); die Swing-Bibliothek; Hinweis auf das Standard Window Toolkit (SWT); Möglichkeiten des AWTs; grundsätzliche Vorgehensweise; der grafische Kontext; Beispiel: ein einfaches Fens- ter; Ein-Ausgabe-Programmierung; ereignisgesteuerte Programmierung; Delegation Based Event Handling; Quelle eines Ereignisses; Beobachter; Single-Cast-Ereignis; Multi-Cast- Ereignis; Schließen eine Fensters; Adapter-Klassen; die KlasseWindowAdapterals Beispiel.

10.2 Grafische Grundelemente

Das grafische Koordinatensystem; Benutzerbereich eines Fensters; Auswahl elementarer Grafikroutinen zur Darstellung von Text, Linien, Rechtecken, Polygonen, Ellipsen und

Ellipsenbögen; Schriftarten; Schriften mit Serifen; serifenlose Schriften; Schriften mit va- riabler und konstanter Zeichenbreite; Fett- und Kursivdruck; Methoden zur Ermittlung von Font-Informationen und -Metriken; das RGB-Farbmodell; vordefinierte Farben; ge- bräuchliche Farbwerte; Erzeugung und Verwendung von Farben; die KlasseSystemColor.

10.3 Fensterklassen

Die Behälterklassen Component, Container, Applet, Window und Frame; Aufrufen und Schließen eines Fensters; Eigenschaften eines Fensters.

10.4 Ereignisse und Widgets

Ereignis; Ereignisquelle; Beobachter; ereignisgesteuerte Programmierung; Single-Cast- und Multi-Cast-Ereignis; Adapter-Klasse; Überblick über die Ereignisklassen und Beobachter- Schnittstellen; Low-Level-Events; Widget; wichtige Widgets; Beispiele: Rollbalken, Label, Button, Textfeld, Checkbox, Checkboxgroup, Choice; Realisierung von Widgets.

10.5 Applets

Anwendungen und Applets; Eigenschaften von Applets; Beispiel; grundlegende Methoden;

Umwandlung zwischen Anwendungsprogrammen und Applets; Beispiel.

10.6 Die Swing-Klassen

Die Java Foundations Classes; AWT und Swing im Vergleich; der Peer-Ansatz; leicht- und schwergewichtige Komponenten; einfaches Beispiel mit AWT- und Swing-Klassen; Ein- ordnung der Swingklassen; die Komponentenklassen Component,Container,JComponent, FlowLayout, BorderLayout, GridLayout, Graphics, JLabel, AbstractButton, JRadio Button, JComboBox, JList, JTextComponent, JScrollPane, JPanel, JProgressBar; die Behälterklassen JFrame, JWindow, JDialog, JApplet, JMenuBar, JToolBar,Border; Bor- derFactory, Vorgehensweise zur Erstellung von grafischen Oberflächen; Adapterklassen;

Strukturierung von Behälter- und Beobachterklassen; Beispiel: Fenster mit Menü- und Werkzeugleiste. Einige weitere Swing-Klassen/Schnittstellen. Zum BeispielJFileChooser.

11 Parallelprogrammierung in Java

11.1 Das Problem des gegenseitigen Ausschlusses

Varianten des Algorithmusbegriffs: terminierend, nichtterminierend (reaktiv), determinis- tisch, nichtdeterministisch, approximativ, determiniert, randomisiert, sequenziell, parallel, verteilt; Einstieg in die Parallelprogrammierung; ein paar Aspekte zur Programmierung von Nebenläufigkeit: Prozessverwaltung; Kommunikation zwischen Prozessen; Synchroni- sation von Prozessen; Eigenschaften; Sicherheit, Lebendigkeit, Fairness; das Problem des

gegenseitigen Ausschlusses; elementare Aktion; Ausführung paralleler Prozesse; interlea- ving semantics; Beispiel: Betriebsmittelzuweisung; Abstraktion des Problems; verschiede- ne Lösungsansätze; Szenarium; Sicherheitseigenschaft; Lebendigkeitseigenschaft; Verklem- mung; Verschwörung; der Algorithmus von Dekker; aktives Warten.

11.2 Grundlagen und Begriffe

Prozess; Thread; leicht- und schwergewichtige Prozesse; sequentielle und parallele Ver- arbeitung; Parallelität; Quasi-Parallelität; Nebenläufigkeit; unabhängige und gekoppel- te Anweisungen und Prozesse; Beispiele; Prozessverwaltung; Erzeugen und Beenden von Prozessen; Kommunikation; gemeinsame Variable; Nachrichtenaustausch; Synchronisation;

synchrone und asynchrone Arbeitsweise; Konzepte zur Nebenläufigkeit in Programmier- sprachen; Semaphore; Monitore; Standardaufgaben der Parallelprogrammierung; Erzeuger- Verbraucher-Problem; Leser-Schreiber-Problem; Problem der speisenden Philosophen; ei- nige Fairness Begriffe; Nebenläufigkeit in Java.

11.3 Verwaltung von Threads

Die Klasse Thread; Erzeugung eines Threads durch Überlagerung von run; die Methode start; Ende einer Anwendung; Dämonen; als “deprecated” gekennzeichnete Methoden;

Transaktionen; Beenden eines Threads; weitere Methoden der KlasseThread; Lebenszyklus eines Threads; die Schnittstelle Runnable; Beispiel.

11.4 Kommunikation und Synchronisation

Kommunikation durch gemeinsame Variable; Synchronisation durch Monitore; Beispiel:

Bankbetrieb und verlorene Buchungen; der Modifikator synchronized; synchronisierte Methoden und Blöcke; Sperren für Objekte und Klassen; Grundregel zur Synchronisati- on; Wartemenge eines Objekts; die Methoden wait und notify; Fairness; der Modifika- tor volatile; weak/strong transition/process fairness; Lösung des Erzeuger-Verbraucher- Problems; die Methode notifyAll; Beispiel: Parkhausbetrieb; Priorität eines Threads;

Thread-Gruppen; Übersicht über die Methoden der Klasse Object; Programmierrichtlini- en zur Parallelprogrammierung.

11.5 Die speisenden Philosophen

Problemstellung; Lösung in Java mit waitund notifyAll.

11.6 Das Concurrent-Paket

Überblick; die Schnittstellen und Klassen Executor, Executors und ExecutorService;

das Erzeuger-Verbraucher-Problem; die Schnittstellen und Klassen Lock, ReentrantLock und Condition; die Klasse ArrayBlockingQueue; die Klasse Semaphore; Nachrichtenaus- tausch; das Rendez-Vous-Konzept; Hinweis auf die Synchronizer-Klassen (zum Beispiel

Exchange), das Unterpaketatomic und die „Concurrent Collections“; Zusammenfassung:

Programmierung von Nebenläufigkeit.

Quellenverzeichnis

[1] Alagić, Suad;Arbib, Michael A.: The Design of Well-Structured and Correct Pro- grams. New York: Springer Verlag, 1978

[2] Alber, Klaus; Struckmann, Werner: Einführung in die Semantik von Program- miersprachen. Mannheim Wien Zürich: BI-Wissenschaftsverlag, 1988

[3] Barnes, David J.; Kölling, Michael: Objects First With Java. 1. Auflage. Harlow, England: Prentice Hall, 2003

[4] Bell, Douglas; Parr, Mike: Java für Studenten. 3. Auflage. München: Pearson Studium, 2003

[5] Ben-Ari, Mordechai: Grundlagen der Parallelprogrammierung. 1. Auflage. München Wien: Carl Hanser Verlag, 1985

[6] Ben-Ari, Mordechai: Principles of Concurrent and Distributed Programming. 2. Auf- lage. Harlow London: Addison-Wesley, 2006

[7] Bentley, Jon: Programming Pearls. Reading, Massachusetts: Addison-Wesley Pu- blishing Company, 1986

[8] Bloch, Joshua; Gafter, Neal: Java Puzzlers. 1. Auflage. Upper Sadle River NJ, Boston: Addison-Wesley Verlag, 2005

[9] Breymann, Ulrich: C++ – Einführung und professionelle Programmmierung. 9., neu bearbeitete Auflage. München: Hanser Verlag, 2007

[10] Budd, Timothy:Classic Data Structures in Java. 1. Auflage. Boston: Addison-Wesley Verlag, 2001

[11] Cormen, Thomas H.; Leiserson, Charles E.; Rivest, Ronald L.; Stein, Clifford:

Algorithmen – Eine Einführung. 3., überarb. u. erw. Auflage. München Wien: Olden- bourg Verlag, 2010

[12] Deitel, Harvey M.; Deitel, Paul J.: Java—How to Program. 6. Auflage. Upper Saddle River, New Jersey: Pearson Education International, 2005

[13] Duden: Informatik. 4. Auflage. Mannheim: Dudenverlag, 2006

[14] Ehrenberger, Wolfgang: Software-Verifikation. 1. Auflage. München: Hanser Ver- lag, 2002

[15] Esser, Friedrich: Java 6 Core Techniken. 1. Auflage. München: Oldenbourg Verlag, 2008

[16] Esser, Friedrich: Scala für Umsteiger. München: Oldenbourg Verlag, 2011

[17] Ford, William H.;Topp, William R.: Data Structures with Java. 1. Auflage. Upper Saddle River, New Jersey: Pearson Education International, 2005

[18] Gallenbacher, Jens: Abenteuer Informatik. 2. Auflage. Heidelberg: Spektrum Akademischer Verlag, 2008

[19] Gamma, Erich;Helm, Richard;Johnson, Ralph;Vlissides, John:Design Patterns.

1. Auflage. Boston: Addison-Wesley Verlag, 1995

[20] Harel, David; Feldman, Yishai: Algorithmik. 1. Auflage. Berlin Heidelberg New York: Springer-Verlag, 2006

[21] Henning, Peter A.;Vogelsang, Holger:Taschenbuch Programmiersprachen. 2. Auf- lage. München: Carl Hanser Verlag, 2007

[22] Hettel, Jörg; Tran, Man T.: Nebenläufige Programmierung mit Java. 1. Auflage.

Heidelberg: dpunkt.verlag, 2016

[23] Hoffmann, Dirk W.: Theoretische Informatik. 1. Auflage. München: Hanser Verlag, 2009

[24] Hohlfeld, Bernhard; Struckmann, Werner: Einführung in die Programmverifika- tion. Mannheim Wien Zürich: BI-Wissenschaftsverlag, 1992

[25] Kecher, Christoph: UML 2. 3., durchgesehene Auflage. Bonn: Galileo Press, 2009 [26] Krienke, Rainer: Shell-Programmierung für Unix und Linux. 3., erweiterte Auflage.

München: Hanser Verlag, 2007

[27] Krüger, Guido: Handbuch der Java-Programmierung. 7. Auflage. München:

Addison-Wesley Verlag, 2012

[28] Krüger, Guido;Hansen, Heiko: Java-Programmierung – Das Handbuch zu Java 8.

8. Auflage. Köln: O’Reilly Verlag, 2014

[29] Lahres, Bernhard; Raýman, Gregor: Objektorientierte Programmierung. 2., aktua- lisierte und erweiterte Auflage. Bonn: Galileo Computing, 2009

[30] Lang, Hans W.: Algorithmen in Java. 2. Auflage. München: Oldenbourg Wissen- schaftsverlag, 2006

[31] Lewis, John; Chase, Joseph: Java—Software Structures. 2. Auflage. Upper Saddle River, New Jersey: Pearson Education International, 2005

[32] Louis, Dirk; Müller, Peter: Java — Der umfassende Programmierkurs. Köln:

O’Reilly Verlag, 2014

[33] Mehlhorn, Kurt; Sanders, Peter: Algorithms and Data Structures. 1. Auflage.

Berlin Heidelberg: Springer Verlag, 2008

[34] Nowak, Johannes: Fortgeschrittene Programmierung mit Java 5. 1. Auflage. Heidel- berg: Dpunkt Verlag, 2005

[35] Oechsle, Rainer: Parallele und verteilte Anwendungen in Java. 2., vollständig über- arbeitete und erweiterte Auflage. München: Carl Hanser Verlag, 2007

[36] Ottmann, Thomas; Widmayer, Peter: Algorithmen und Datenstrukturen. 5. Auf- lage. Heidelberg Berlin: Spektrum Akademischer Verlag, 2012

[37] Pomberger, Gustav;Dobler, Heinz: Algorithmen und Datenstrukturen. 1. Auflage.

München: Pearson Studium, 2008

[38] Ratz, Dietmar;Scheffler, Jens; Seese, Detlef;Wiesenberger, Jan: Grundkurs Programmieren in Java. 6. aktualisierte und erweiterte Auflage. München Wien:

Hanser Verlag, 2011

[39] Ratz, Dietmar;Scheffler, Jens; Seese, Detlef;Wiesenberger, Jan: Grundkurs Programmieren in Java. 7. überarbeitete und erweiterte Auflage. München Wien:

Hanser Verlag, 2014

[40] Rechenberg, Peter: Was ist Informatik? 3. Auflage. München: Hanser Verlag, 2000 [41] Regionales Rechenzentrum für Niedersachsen RRZN(Hrsg.):Linux – Nut- zung mit der grafischen Oberfläche KDE. 1. Auflage. Hannover: Regionales Rechen- zentrum für Niedersachsen RRZN, 2000

[42] Regionales Rechenzentrum für Niedersachsen RRZN (Hrsg.): Grundlagen der Programmierung. 4. Auflage. Hannover: Regionales Rechenzentrum für Nieder- sachsen RRZN, 2004

[43] Regionales Rechenzentrum für Niedersachsen RRZN (Hrsg.): Unix – Eine Einführung in die Benutzung. 18. Auflage. Hannover: Regionales Rechenzentrum für Niedersachsen RRZN, 2008

[44] Regionales Rechenzentrum für Niedersachsen RRZN (Hrsg.): Java 6 (1. Band). 7. Auflage. Hannover: Regionales Rechenzentrum für Niedersachsen RRZN, 2009

[45] Regionales Rechenzentrum für Niedersachsen RRZN (Hrsg.): Java 6 (2. Band). 2. Auflage. Hannover: Regionales Rechenzentrum für Niedersachsen RRZN, 2011

[46] Saake, Gunter; Sattler, Kai-Uwe: Algorithmen und Datenstrukturen. 4., über- arb. Auflage. Heidelberg: dpunkt.verlag, 2010

[47] Schaefer, Ina; Struckmann, Werner: Programmieren und Software Engineering (zusammengestellt). 1. Auflage. Pearson Verlag, 2012

[48] Schiedermeier, Reinhard:Programmieren mit Java. 2., aktualisierte Auflage. Mün- chen: Pearson Studium, 2010

[49] Schiedermeier, Reinhard; Köhler, Klaus: Das Java-Praktikum. 1. Auflage. Hei- delberg: Dpunkt Verlag, 2008

[50] Sedgewick, Robert: Algorithms. 2. Auflage. Reading, Mass.: Addison-Wesley, 1988 [51] Sedgewick, Robert: Algorithmen in Java, Teil 1–4. 3. überarbeitete Auflage. Mün-

chen: Addison-Wesley Verlag, Pearson Studium, 2003

[52] Sedgewick, Robert: Algorithms in Java, Part 5. 3. Auflage. Boston: Addison-Wesley Verlag, 2004

[53] Struckmann, Werner; Wätjen, Dietmar: Mathematik für Informatiker – Grund- lagen und Anwendungen. 2. Auflage. Berlin Heidelberg: Springer Vieweg Verlag, 2016

[54] Vogt, Carsten: C für Java-Programmierer. 1. Auflage. München: Hanser Verlag, 2007

[55] Weinert, Albrecht: Java für Ingenieure. 1. Auflage. München: Fachbuchverlag Leipzig im Carl-Hanser-Verlag, 2001

[56] Weiss, Mark A.: Data Structures & Problem Solving Using Java. 3. Auflage. Boston:

Pearson Addison Wesley, 2006

[57] Weiss, Mark A.:Data Structures and Algorithm Analysis in Java. 2. Auflage. Boston:

Pearson Addison Wesley, 2007

[58] Zeller, Andreas; Krinke, Jens: Programmierwerkzeuge. 1. Auflage. Heidelberg:

Dpunkt Verlag, 2000

A Fallstudie

Fallstudien auf Internetseite

B Themen der Übungsaufgaben

B.1 1. Übungsblatt

Aufgabe 1: Unix-Grundlagen, an- u. abmelden, Passwortänderung.

Aufgabe 2: Editor, Java-Compiler u. -Interpreter.

Aufgabe 3: Editor, Java-Compiler, Fehlermeldungen.

Aufgabe 4: Änderung eines Java-Ausdrucks.

B.2 2. Übungsblatt

Aufgabe 5: Unix-Grundlagen, Wiederholung.

Aufgabe 6: Ein erstes Programm: Arithmetische und Vergleichsoperatoren, lineares Pro- gramm (Lösung quadratischer Gleichungen), Ein-/Ausgabe.

Aufgabe 7: Ausgabeanweisung.

Aufgabe 8: Compilermeldungen, Fehlersuche und -berichtigung.

Aufgabe 9: Einfache Ausdrücke, Eingabe von der Kommandozeile.

B.3 3. Übungsblatt

Aufgabe 10: Kommentare.

Aufgabe 11: Bezeichner.

Aufgabe 12: Bezeichner, Deklarationen.

Aufgabe 13: Ausdrücke und Operatoren: Zeichenketten, Konkatenation, Zuweisungsope- ratoren, bitweise Operatoren.

Aufgabe 14: Einführung in das Programmieren; arithmetische Operatoren, Fallunter- scheidung, Eingabe über Kommandozeile (Zeitzone).

Aufgabe 15: Einführung in das Programmieren; arithmetische Operatoren, Fallunter- scheidung, Eingabe über Kommandozeile (Zeitzone). Erweiterung der vorigen Aufgabe.

Aufgabe 16: Einführung in das Programmieren; arithmetische Operatoren, Fallunter- scheidung, Eingabe über Kommandozeile (13-stellige ISBN).

Pflichtaufgabe 17: Erster Teil eines Spiels.

B.4 4. Übungsblatt

Aufgabe 18: Zeichensätze, Darstellung und Speicherung von Zeichen und ganzzahligen Werten.

Aufgabe 19: Literale, Speicherung von Gleitkommazahlen, der primitive Datentypfloat.

Operatoren, Anweisungen.

Aufgabe 20: Deklarationen, primitive Datentypen.

Aufgabe 21: Operatoren.

Aufgabe 22: If-Anweisung.

Aufgabe 23: Umsetzen eines gegebenen Algorithmus: Drei Schleifentypen von Java.

Pflichtaufgabe 24: Objektorientierung: Erweiterung des Spiels.

B.5 5. Übungsblatt

Aufgabe 25: Anwendung einfacher Schleifen (σ-Funktion).

Aufgabe 26: Anwendung einfacher Schleifen (Geburtstagsproblem).

Aufgabe 27: Variable, Ausdrücke, Schleifen (fröhliche und traurige Zahlen).

Aufgabe 28: Anweisungen, Ausgabe (Klasse BrowserTest).

Aufgabe 29: Variable, Ausdrücke, Schleifen, Ausgabe (Mid-Square-Methode).

Aufgabe 30: Klasse, Objekt, Attribut, Methode, Überlagerung von Methoden der Klasse Object(toString,equals,clone), statische Methode, Instanzmethode, typischer Aufbau einer Klasse, Aufgabe zur objektorientierten Programmierung ohne Vererbung (Mengen, Zeichen als Elemente).

Pflichtaufgabe 31: Objektorientierung, Vererbung von Klassen: Erweiterung des Spiels.

B.6 6. Übungsblatt

Aufgabe 32: Klasse, Objekt, Attribut, Methode, Methoden der Klasse Object: clone, equals,toString, Aufgabe zur objektorientierten Programmierung ohne Vererbung (Uhr- zeiten).

Aufgabe 33: Vererbung, Überlagern von Methoden.

Aufgabe 34: Wiederholung der Objektorientierung, Klasse, Objekt, Attribut, Metho- de, Überlagerung von Methoden der KlasseObject (toString, equals, clone), statische Methode, Instanzmethode, typischer Aufbau einer Klasse, Aufgabe zur objektorientierten Programmierung ohne Vererbung (rationale Zahlen).

Aufgabe 35: Abstrakte Klassen, Vererbung, Überlagern von Methoden, Schnittstellen, Polymorphismus (Figuren, Dreiecke, Kreise).

Aufgabe 36: Abstrakte Klassen, Vererbung, Überlagern von Methoden, Schnittstellen, Polymorphismus (Funktion, Wertetabelle, Newton-Verfahren, Parabel).

Pflichtaufgabe 37: Objektorientierung mit abstrakter Klasse und Interface.

B.7 7. Übungsblatt

Aufgabe 38: Nachvollziehen eines rekursiven Algorithmus (Geldwechsel).

Aufgabe 39: Auswertung einer rekursiv definierten Funktion.

Aufgabe 40: Iterative und rekursive Implementierung einer rekursiv definierten Funktion.

Aufgabe 41: Diverse Auswertungen (innermost, outermost) einer rekursiv definierten Funktion.

Aufgabe 42: Implementierung eines rekursiven Algorithmus (Sortieren eines Feldes).

Pflichtaufgabe 43: Ein Programm mit Rekursion.

B.8 8. Übungsblatt

Aufgabe 44: Wiederholung: Programmverifikation, partielle und totale Korrektheit, Vor- und Nachbedingung, Schleifeninvariante,assert-Anweisung.

Aufgabe 45: Wiederholung: C0- und C1-Überdeckungstests.

Aufgabe 46: Wiederholung: Ausnahmebehandlung, assert-Anweisung, Programmveri- fikation, Test, (Ganzzahlige Arithmetik).

Aufgabe 47: Wiederholung: Programmverifikation, partielle und totale Korrektheit von Programmen, Vor- und Nachbedingung, Scheifeninvariante, assert-Anweisung, Komple- xität.

Aufgabe 48: Wiederholung: Ausnahmebehandlung, benutzerdefinierte Fehlerklasse.

B.9 9. Übungsblatt

Aufgabe 49: Wiederholung: Grundlagen des imperativen und objektorentierten Program- mierens (gemischte Zahlen).

Aufgabe 50: JDK: Debuggerjdb, Archivierungswerkzeugjar, Dokumentationsgenerator javadoc.

Aufgabe 51: Wiederholung: Grundlagen des imperativen und objektorentierten Program- mierens (Widerstandsnetz).

Aufgabe 52: Wiederholung: Komplexität, partielle und totale Korrektheit von Program- men, assert-Anweisung (Insertionsort).

Aufgabe 53: Aufzählungstypen (physikalische Einheiten).

B.10 10. Übungsblatt

Aufgabe 54: Wiederholung Rekursion: Verkannte Schwester der Fibonacci-Folge.

Aufgabe 55: Programmierung linearer Listen durch Verkettungen.

Aufgabe 56: Programmierung linearer Listen durch Verkettungen.

Aufgabe 57: Programmierung linearer Listen durch Felder.

Pflichtaufgabe 58: Datenstrukturen: zirkuläre, verkettete Liste.

B.11 11. Übungsblatt

Aufgabe 59: Implementierung generischer Keller durch verkettete Listen und Felder, Anwendung von generischen Kellern (Löschsymbol), Testen von Programmen.

Aufgabe 60: Implementierung generischer Keller durch verkettete Listen und Felder, An- wendung von generischen Kellern (Umwandlung eines arithmetischen Ausdrucks von Infix- in Postfixnotaion mit einem Character-Keller, Auswertung des Ausdrucks in Postfixno- tation mit einem Integer-Keller).

Aufgabe 61: Generische Methoden, Keller, Java Collections Framework, Rekursion vs.

Iteration.

Aufgabe 62: Generische Klassen und Schnittstellen, binäre Suchbäume.

Pflichtaufgabe 63: Erweiterung durch generische Datentypen.

B.12 12. Übungsblatt

Aufgabe 64: Binäre balancierte Suchbäume, generische Datentypen (AVL-Bäume).

Aufgabe 65: Entwurf von Programmen, Java Collections Framework, gerichtete gewich- tete Graphen (Algorithmus von Dijkstra zur Bestimmung kürzester Wege).

Aufgabe 66: (Un)gerichtete azyklische Graphen, generische Datentypen, erweiterte Tie- fensuche (topologische Sortierung).

Pflichtaufgabe 67: Erweiterung durch Datenstruktur Graphen.

B.13 13. Übungsblatt

Aufgabe 68: Grafik: Applet und Main-Programm: Konvertierung von Celsius-Grad in Fahrenheit-Grad.

Aufgabe 69: Grafikausgabe und -eingabe mit der Swing-Bibliothek: kleiner ganzzahliger Taschenrechner.

Pflichtaufgabe 70: Erstellung einer grafischen Oberfläche (GUI)

B.14 14. Übungsblatt

Aufgabe 71: Threads, Parallelisierung eines Divide-Conquer-Algorithmus (Quicksort).

Aufgabe 72: Entwurf von Programmen, Java Collections Framework (Kakuro).

Pflichtaufgabe 73: Erweiterung des Spiels, etwas Parallelität.