Erste Schritte in Java

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Erste Schritte in Java

• Im einführenden Kapitel haben wir die Grundbegriffe der imperativen

Programmierung an einem Beispiel (Algorithmus von Euklid) kennengelernt.

• In diesem Kapitel sehen wir uns an einem kleinen Beispiel wichtige Grundbegriffe der objektorientierten Programmierung an.

• Wir wollen ein Programm schreiben, das in der Lage ist, Bankkonten zu verwalten.

• Ein Konto wird durch einen Wert, den Kontostand, gekennzeichnet.

• Außerdem werden wir Methoden zum Einzahlen und Abheben sowie zur

Kontostandsabfrage programmieren.

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Klassen- u. Objektdiagramm

Konto stand: int

void einzahlen(int betrag) void abheben(int betrag) int abfrage()

kon1:Konto stand: int = 12

kon2:Konto

stand: int = -5

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Abstraktion und Modellbildung

• Die Erstellung eines Algorithmus oder Programms erfordert die Abstraktion von der Realität. Das heißt, es werden die zur Lösung des Problems irrelevanten Bestandteile weggelassen.

• Das Ergebnis der Abstraktion ist ein Modell, das dem Computer in geeigneter Form zur Bearbeitung übergeben wird.

• Diesen Aspekt sehen wir uns im nächsten Kapitel ausführlich an.

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Die Klasse Konto

public class Konto {

int stand = 0; // Attribut der Klasse

public void einzahlen(int betrag) { // Methode zum Einzahlen stand = stand + betrag; // Ist betrag positiv?

}

public void abheben(int betrag) { // Methode zum Abheben stand = stand - betrag; // Ist betrag positiv?

}

public int abfrage() { // Methode zur Abfrage return stand;

}

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Die Klasse KontoTest

public class KontoTest {

public static void main(String[] args) { Konto kon1 = new Konto();

Konto kon2 = new Konto();

kon2.abheben(5);

kon1.einzahlen(12);

kon2.einzahlen(2);

kon1.einzahlen(18);

kon2.einzahlen(8);

kon1.abheben(15);

System.out.println("Kontostand kon1: " + kon1.abfrage());

System.out.println("Kontostand kon2: " + kon2.abfrage());

}

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Abstraktion und Modellbildung

Nennen Sie einige Aspekte, die bei dieser Modellbildung nicht berücksichtigt wurden!

Wie schon erwähnt:

Abstraktion und Modellbildung sehen wir uns im nächsten Kapitel ausführlich an.

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Klassen und Objekte

• Unter einer Klasse versteht man die Zusammenfassung von Objekten gleicher Struktur und gleichen Verhaltens. Die Struktur der Objekte wird durch Attribute, ihr Verhalten durch Methoden definiert.

• Eine Klasse kann als Schablone (Muster zur Herstellung gleichgestaltiger Dinge) gesehen werden, die beschreibt, wie Objekte aufgebaut und wie sie bearbeitet werden können.

• Es ist guter Stil, aber nicht zwingend erforderlich, jede Klassendefinition in einer eigenen Datei zu speichern. Die Datei trägt den Namen der Klasse: Konto.java, KontoTest.java.

• Es gibt evtl. auch Attribute und Methoden einer Klasse, die nicht an Objekte

gebunden sind. Sie werden statisch genannt.

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Methoden und Konstruktoren

• Methoden definieren das Verhalten der Objekte. Sie werden innerhalb einer Klassendefinition angelegt und haben auf alle Attribute des Objekts Zugriff.

• Methoden können Parameter besitzen und einen Rückgabewert liefern.

• Um von einer Klasse ein Objekt anzulegen, kann eine Variable vom Typ der Klasse deklariert und ihr mithilfe des new-Operators ein neu erzeugtes Objekt zugewiesen werden. Es könnten – zumindest im Prinzip – beliebig viele Objekte angelegt

werden. Das kann man aber verhindern.

• Konstruktoren sind Methoden zum Erzeugen von Objekten einer Klasse. Sie

besitzen den Namen der Klasse.

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Klassen- u. Objektdiagramm

Klassenname Attribut

₁

. . .

Attribut

_n

Methode

₁

. . .

Methode

_m

objektname:Klassenname Attribut

₁

= . . .

. . .

Attribut

_n

= . . .

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Applikationen und die main-Methode

• Eine Applikation oder auch Anwendung ist ein eigenständiges Programm, das zu seiner Ausführung nur den Java-Interpreter, aber keinen Browser oder sonstige Hilfsprogramme benötigt.

• Eine Klasse wird durch eine main-Methode zu einer Applikation.

public static void main(String[] args) { ...

}

• Applets sind ebenfalls lauffähige Java-Programme. Applets werde nicht durch die

main-Methode gestartet. Sie können aus einer Html-Seite mit einem Web-Browser

aufgerufen werden. Applets können aber auch mit dem Programm appletviewer

von JDK gestartet werden. Dies sehen wir uns natürlich auch an.

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Regeln zur Code-Formatierung

Beispiele:

• Untergeordnete Teile werden hier um zwei Leerzeichen eingerückt.

In den Hausaufgaben sollen sie die Teile um vier Leerzeichen einrücken.

• Es steht niemals mehr als ein Befehl in einer Zeile.

• Sich öffnende geschweifte Klammern stehen am Ende des vorangehenden Befehls, sich schließende in einer eigenen Zeile.

• Klassennamen beginnen mit einem Groß-, Variablen- und Methodennamen mit einem Kleinbuchstaben. Setzen sich Namen aus mehr als einem Wort zusammen, fängt jedes weitere mit einem Großbuchstaben an. Paketnamen bestehen nur aus Kleinbuchstaben.

Die Regeln für Ihre Hausaufgaben stellen wir in den Übungen vor.

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javadoc – Der Java-Dokumentationsgenerator

• Mit dem Programm javadoc können aus einem Java-Programm Html-Seiten generiert werden. Dabei wird spezieller Programmkommentar zur Dokumentation verwendet.

• javadoc Konto.java KontoTest.java javadoc *.java

• javadoc -version -author *.java

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Dokumentationskommentare

/**

* Diese Klasse realisert Konten. Jedes Konto wird

* durch den aktuellen Kontostand dargestellt. Außerdem

* werden Methoden zum Einzahlen und Abheben sowie

* zur Kontostandsabfrage zur Verfügung gestellt.

*

* @author Werner Struckmann

* @version 1.0 vom 17. Oktober 1702

*

*/

public class Konto { ...

}

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Dokumentationskommentare

/**

* Diese Methode erhöht den Betrag auf dem

* Konto um den Wert des Parameters.

*

* @param betrag eingezahlter Betrag

*

*/

public void einzahlen(int betrag) { stand = stand + betrag;

}

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Dokumentationskommentare

/**

* Diese Methode liefert den Kontostand.

*

* @return Kontostand

*

*/

public int abfrage() { return stand;

}

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Der Algorithmus von Euklid

class Euklid {

static int ggt(int a, int b) { // eine statische Methode

int r; // eine lokale Variable

while (b != 0) { r = a % b;

a = b;

b = r;

}

return a;

}

public static void main(String[] args) {

System.out.println("ggt(36,52) = " + ggt(36,52));

}

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Objektorientierte Programmiersprachen

• Programmiersprachen, die in erster Linie für die Formulierung objektorientierter Algorithmen gedacht sind, heißen objektorientiert.

• Objektorientierte Programmiersprachen sind beispielsweise Simula (1967), Smalltalk, C++, Oberon, Java, C# und Eiffel.

• Java enthält – im Gegensatz zu einigen anderen objektorientierten Sprachen – auch imperative Elemente: hybrides Paradigma.

• Java 8 verbesserte auch etwas die Schritte zum funktionalen Paradigma.

Beispiel: Lambda-Ausdrücke.

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Sprachmerkmale

Java wurde vollständig neu entworfen. Die Syntax lehnt sich an C und C++ an.

Laut Sun ist Java eine

einfache, objektorientierte, verteilte, interpretierte, robuste, sichere, architekturneutrale, portable, performante, nebenläufige, dynamische Programmiersprache, kurz die „Eier legende Wollmilchsau“.

Jetzt ist Oracle für Java zuständig.

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Entwicklung von Java

1992–1995 Java-Vorläufer, zuerst unter dem Namen „Oak“.

Oak: Object Application Kernel, Eiche.

Neu: Applets (little applications) Januar 1996 JDK 1.0 (Java Development Kit) Anfang 1997 JDK 1.1

Dezember 1998 JDK 1.2, wurde

Januar 1999 umbenannt in „Java 2 Plattform“

Mai 2000 Java 2, JDK 1.3 Februar 2002 Java 2, JDK 1.4

Ende 2004 Java 2, JDK 5.0 (interne Versionsnummer: 1.5.0) „Tiger“

Dezember 2006 Java Standard Edition 6 „Mustang“

Juli 2011 Java Standard Edition 7 „Dolphin“

März 2014 Java Standard Edition 8 Juli 2017 ??? Java Standard Edition 9

Die installierte Version kann mit java -version ermittelt werden.

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Einige Java-Konzepte

• strukturierte Fehlerbehandlung (Exception Handling, assertions),

• Nebenläufigkeit (Multithreading),

• Unterstützung von Applets,

• große Grafik- und Multimediafähigkeiten,

• Java 8: Etwas Funktionalität,

• umfangreiche Klassenbibliothek: API.

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Einige Programme des JDK

• javac – der Compiler,

• java – der Interpreter,

• javadoc – der Dokumentationsgenerator,

• jdb – der Debugger,

• jar – das Archivierungswerkzeug,

• appletviewer – der Appletviewer,

• javap – der Disassembler.

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Zusammenfassung: Objektorientierung

• Eine Anwendung besteht aus einer Menge von Klassen. Anwendungen müssen eine main-Methode enthalten.

• Eine Klasse beschreibt Objekte. Die Objekte modellieren reale oder abstrakte Gegenstände. Von einer Klasse können beliebig viele Objekte erzeugt werden. Ein Objekt ist also eine konkrete Ausprägung einer Klasse.

• Die Objekte werden durch Attribute beschrieben und mit Methoden bearbeitet.

• Attribute und Methoden können statisch sein.

• Klassen lassen sich durch Pakete hierarchisch strukturieren.

• Mit Modifikatoren können Zugriffsrechte und andere Eigenschaften beeinflusst

werden.

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Was haben wir in der Einführung einführend gesehen?

• Intuitiver Algorithmusbegriff

• Paradigma: Formulierung von Algorithmen

• partielle/totale Korrektheit: Spezifikation, Verifikation

• Komplexität: Landau-Symbole

• Formaler Algorithmusbegriff: Berechenbarkeit, Entscheidbarkeit

• Datenstrukturen: Abstrakte Datentypen

• Entwurf von Algorithmen, Standardalgorithmen

• Abstraktion, Modellierung: Erstellung von Algorithmen

• Variationen des Algorithmusbegriffs

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Was haben wir in der Einführung einführend gesehen?

• Programm

• Programmiersprache: Lexik, Syntax, Semantik

• Paradigma: imperativ, funktional, oo, logisch, prozedural, deklarativ, hybrid

• Typsystem, Datenstrukturen

• Ausführung: Compiler, Interpreter, Mischverfahren

• Software: Systemsoftware, Anwendungssoftware, Softwarewerkzeuge

• Imperatives Beispielprogramm: Algorithmus von Euklid

• Objektorientiertes Beispielprogramm: Konto

• Sprachen der Informatik: GPL, DSL

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Warum haben wir so etwas in der Einführung gesehen?

Frage: Warum müssen in einführenden Veranstaltungen die grundlegenden theoretischen Aspekte mit betrachtet werden? Gibt es dafür später keine Spezialveranstaltungen?

Natürlich gibt es dafür Spezialveranstaltungen. Aber trotzdem erhält man die folgende Antwort.

Inhaltliche Antwort von Didaktikern: Dinge, die immer zusammengehören, müssen bei