Objektorientierte Programmierung OOP
KE 2 Datentypen und Kontrollstrukturen; Begriffe, Beispiele und Definitionen
KE 2 Datentypen und Kontrollstrukturen; Begriffe, Beispiele und Definitionen
Das innere einer Schleife wird auch als Schleifenrumpf bezeichnet.
Java-Konventionen: einrücken
Es gilt die 4-Leerzeichen-Regel für Einrückungen. Falls eine expression getrennt werden muss, sollten Sie 8 Leerzeichen verwenden, da die 4-LeerzeichenEinrückung die Erkennung des Anweisungsrumpfs erschwert:
while ((condition1 && condition2)
|| (condition3 && condition4) {
statement;
}
Definition: do-Schleife
Die do-Schleife (engl. do loop) hat die folgende Syntax: do
statement
while (expression);
Bei dieser Schleifenart wird während der Laufzeit zuerst die Anweisung statement ausgeführt. Dann wird der Bedingungsausdruck expression überprüft. Falls das Ergebnis true liefert, wird die Schleife so lange wiederholt, bis expression das Ergebnis false liefert. [JLS: § 14.13] Dieser Sachverhalt ist in Abb. 14.1-3 veranschaulicht.
Im Gegensatz zur while-Schleife, bei der die Schleifenanweisung unter Umständen nie ausgeführt wird, wird bei einer do-Schleife die Schleifenanweisung immer mindestens einmal ausgeführt.
Schleifen, bei denen der Rumpf möglicherweise nie ausgeführt wird, nennen wir abweisende Schleifen. Wird der Rumpf immer mindestens einmal ausgeführt, so sprechen wir von nicht abweisenden Schleifen.
Definition: for-Schleife
Eine for-Schleife hat folgende Form:
for (forInit; booleanExpr; forUpdate)
statement
wobei
• der optionale Ausdruck forInit im Normalfall eine Liste aus einer oder mehreren Variablendeklarationen und Initialbelegungen enthält, die durch Kommata voneinander getrennt werden; die neu eingeführten Schleifenvariablen müssen alle vom gleichen Typ sein; sie sind außerhalb der for-Schleife nicht sichtbar; der Ausdruck forInit wird genau einmal zu Beginn der Ausführung der Schleife evaluiert;
• booleanExpr ein optionaler Vergleichsausdruck vom Typ boolean ist; er bestimmt den Endwert und wird vor jedem Wiederholungszyklus der Schleife überprüft; sobald die Auswertung false liefert, wird die Schleife beendet;
• forUpdate eine optionale, durch Kommata getrennte Folge von einer oder mehreren Anweisungen ist, die im Normalfall die Schleifenvariablen verändern; der Ausdruck wird in jedem Schleifendurchlauf nach der Ausführung von statement ausgewertet;
• statement eine Anweisung ist. [JLS: § 14.14.1]
Dieser Sachverhalt ist in der Abbildung veranschaulicht.
Beispiel: for-Schleife
Das folgende Beispiel:
for (int i = 0; i < 5 ; i++) {
System.out.println(i);
}
wird auf Ihrem Computerbildschirm folgendes ausgeben:
0
1
2
3
4
Das Programmstück:
for (char c = ’f’; c >= ’a’; c--) {
System.out.println(c); }
erzeugt auf dem Bildschirm folgende Ausgabe:
f
e
d
c
b
a
Java-Konventionen: Variablenname in Schleifen
Bei der Vergabe von Namen für Schleifenvariablen darf von der Regel, Namen beschreibend und selbsterklärend zu wählen, abgewichen werden. Schleifenvariablen werden oft durch einzelne Buchstaben dargestellt, weil ihre Funktion meist aus dem Kontext heraus klar ist.
Bemerkung: for-Schleife
Ist keine booleanExpr vorhanden, so verhält sich die Schleife genauso, als wäre der Ausdruck zu true evaluiert worden.
break-Anweisung In allen Schleifen bewirkt die Ausführung einer break-Anweisung ohne Sprungmarke, dass die innerste Schleife, in der die break-Anweisung auftritt, sofort verlassen wird, ohne die restlichen Anweisungen im jeweiligen Block auszuführen. Die Programmausführung wird nach dem betroffenen Schleifenblock fortgesetzt. Die break-Anweisung ohne Sprungziel kann auch in MehrfachFallunterscheidungen verwendet werden, um die Ausführung der auf den ausgewählten Fall folgenden Anweisungen zu unterbinden. [JLS: § 14.15]
Beispiel: break-Anweisungen in einer Mehrfach-Fallunterscheidung
Das folgende Programmstück illustriert den Gebrauch der break-Anweisung in einer switch-Anweisung:
int weekdays;
...
switch (weekdays) {
case 1: System.out.println("Monday");
break;
case 2: System.out.println("Tuesday");
break;
case 3: System.out.println("Wednesday");
break;
case 4: System.out.println("Thursday");
break;
case 5: System.out.println("Friday");
break;
case 6: System.out.println("Saturday");
break;
case 7: System.out.println("Sunday");
break;
default: System.out.println("there are no more weekdays");
}
Welcher Fall aus 1 bis 7 auch immer bei der Ausführung dieser Fallunterscheidung zutrifft: das Programm wird immer nur den zugehörigen Wochentag auf Ihrem Bildschirm ausgegeben, da die break-Anweisungen verhindern, dass der Kontrollfluss über die nachfolgenden Anweisungen fließt.
Beispiel: break-Anweisung in einer do-Schleife
Gegeben seien die folgenden Anweisungen:
int x = 317;
do {
if (x % 17 == 0) {
break;
}
x++;
} while (true);
System.out.println(x);
Bei der Ausführung erscheint die Ausgabe 323 auf dem Bildschirm, da die Schleife auf Grund der break-Anweisung genau dann verlassen wird, wenn x durch 17 teilbar ist. Der Kontrollfluss ist in Abb. 14.3-1 dargestellt.
continue-Anweisung Die Anweisung continue stoppt die Ausführung der Wiederholungsanweisung, in der sie vorkommt, springt zum Anfang der Schleifenanweisung und startet unverzüglich den nächsten Schleifendurchlauf. [JLS: § 14.16]
Definition: continue-Anweisung
Die Anweisung continue stoppt die Ausführung der Wiederholungsanweisung, in der sie vorkommt, springt zum Anfang der Schleifenanweisung und startet unverzüglich den nächsten Schleifendurchlauf. [JLS: § 14.16]
Beispiel: continue in einer for-Schleife
Gegeben seien die folgenden Anweisungen:
for (int i = 0; i < 10; i++) {
if (i == 5) {
i = i + 2; continue;
}
System.out.println(i);
}
Bei der Ausführung erscheint die folgende Ausgabe auf dem Bildschirm: 0 1 2 3 4 8 9 Wenn i den Wert 5 annimmt, wird i zuerst um 2 erhöht und anschließend direkt die Anweisung forUpdate (i++) ausgeführt. Somit ist in i der Wert 8 gespeichert und die Schleife wird fortgesetzt. Der Kontrollfluss ist in der Abbildung veranschaulicht.
Beispiel: Schleife mit break- und continue-Anweisung
Eine while-Schleife mit break- und continue-Anweisung ist in der unten stehenden Anweisungssequenz dargestellt:
int summe = 0;
while (summe < 100) {
summe += 1;
if (summe == 20) {
System.out.println("Schluss!");
break;
}
if (summe < 16) {
summe += 3; continue;
}
System.out.println(summe);
}
Begriff: Gültigkeitsbereich
Der Gültigkeitsbereich (engl. scope) einer Variablendeklaration ist der Rest des Blocks, inklusive aller inneren Blöcke, in dem sie sich befindet. [JLS: § 14.4.2]
Jeder Block, inklusive all seiner enthaltenen Blöcke, ist ein eigener Sichtbarkeitsbereich.
Innerhalb eines Sichtbarkeitsbereichs können Variablennamen nicht erneut in Deklarationen benutzt werden. Deklarationen mit identischen Variablennamen in getrennten Sichtbarkeitsbereichen sind zulässig
Programm: Gültigkeitsbereiche und verschachtelte Blöcke
Die Abbildung veranschaulicht das Konzept des Gültigkeitsbereiches und der Sichtbarkeit von Variablennamen für das Beispiel in Programm 15-1. Obgleich kein guter Programmierstil, darf in Programm 15-1 der Name i in den Blöcken S1 und S3 wiederverwendet werden, weil sich die Blöcke nicht überschneiden. Hätten wir aber anstelle von temp den Namen i, treffer, summe oder gefunden in Block F2 gewählt, wäre das Programm illegal geworden.
Datentyp Ein Datentyp (engl. datatype) ist eine Menge von Werten und eine Menge von Operatoren, um diese Werte zu verknüpfen, zu vergleichen oder ineinander zu überführen.
Begriff: primitive Datentypen sind z.B. int oder char.
Wie werden diese Typen noch bezeichnet?
elementare und einfache Datentypen
Begriff: ganze Zahlen
Welche Typen gibt es und wie ist deren Wertebreich?
-byte; -2hoch7, ..., 0, ..., 2hoch7-1; -128, ..., 127
-short; -2hoch15, ..., 0, ..., 2hoch15-1; -32768, ..., 32767
-int; -2hoch31, ..., 0, ..., 2hoch31-1; -2147483648, ...,2147483647
-long -2hoch63, ..., 0, ..., 2hoch63-1; -9223372036854775808L,..., 9223372036854775807L
Literale (engl. literal) sind Folgen von Zeichen, die Werte symbolisieren. [JLS: § 3.10]
Diese Kennzeichnungen wurden bei Java eingeführt, um eine eindeutige Interpretation von Literalen zu gewährleisten. Anderenfalls könnte z. B. das Literal 123 nicht nur für den Dezimalwert 123, sondern auch für den Dezimalwert 83 stehen, wenn 123 als Oktalzahl aufgefasst wird, oder den Dezimalwert 291 darstellen, wenn 123 als Hexadezimalzahl aufgefasst wird.
Die Tabelle stellt jeweils denselben Wert als dezimale, oktale bzw. eine hexadezimale ganze Zahl dar
Begriff: Gleitkommazahl
• Gleitkommazahlen mit einfacher Genauigkeit vom Typ float
• Gleitkommazahlen mit doppelter Genauigkeit vom Typ double
Gleitkommazahlen sind vom Typ double, falls kein Buchstabe (d, D, f, F) am Ende des Literals angegeben ist.
Die Präzision von Gleitkommazahlen ist beschränkt. Bei float-Zahlen beträgt die Genauigkeit ungefähr sieben Dezimalstellen, bei double-Zahlen ungefähr 15 Dezimalstellen. Operationen auf Gleitkommazahlen können die Genauigkeit weiter reduzieren. Betrachten Sie daher Gleitkommazahlen stets als Näherungen.
Beispiel: Rundungsfehler
Das Ergebnis der Division 10000000000.0 / 3.0 ist 3.3333333333333335E9.
Das Ergebnis der Multiplikation 100.0 * 4.35 ist 434.99999999999994.
Definition: Operator
Ein Operator führt eine Funktion (wie Negation, Addition, Subtraktion, Multiplikation usw.) auf seinem oder seinen Operanden aus und liefert einen Wert zurück. Der Typ des Ergebniswerts wird durch den oder die Typen der Operanden bestimmt. Der Ergebniswert hängt vom Operator und von den Werten seiner Operanden ab. Die einstelligen Operatoren + und - bestimmen den positiven bzw. negativen Wert eines arithmetischen Ausdrucks. Die zweistelligen arithmetischen Operatoren: +, -, *, /, % stellen die Addition, Subtraktion, Multiplikation, ganzzahlige Division bzw. Restwertdivision (engl. modulo division) für zweistellige Operatoren dar. Diese Operatoren und ihre Bedeutungen sind zusammen mit einem Beispiel in Tab. 9.3-1 angegeben. [JLS: § 3.12, § 4.2.2, § 4.2.4]
Bemerkung: Operanden
Neben Literalen werden wir im Laufe des Kurses noch weitere Alternativen für Operanden in Ausdrücken kennen lernen. Operatoren, die auf mehr als einen Typen anwendbar sind, nennen wir überladen (engl. overloaded).
Definition: Arithmetischer Ausdruck
Ein arithmetischer Ausdruck (engl. arithmetic expression) wird gemäß folgender Regeln gebildet [JLS: § 15]: • Jede Variable eines numerischen Typs und jedes Literal eines numerischen Typs ist ein arithmetischer Ausdruck. • Wenn x ein arithmetischer Ausdruck ist, dann ist auch (x) ein arithmetischer Ausdruck. • Wenn x ein arithmetischer Ausdruck und eop ein einstelliger arithmetischer Operator ist, der vor dem Operanden steht, dann ist auch eop x ein arithmetischer Ausdruck. • Wenn x ein arithmetischer Ausdruck und eop ein einstelliger arithmetischer Operator ist, der nach dem Operanden steht, dann ist auch x eop ein arithmetischer Ausdruck. • Wenn x und y arithmetische Ausdrücke sind, und zop ein zweistelliger arithmetischer Operator, dann ist auch x zop y ein arithmetischer Ausdruck.
Begriff: Präzedenzregeln und Rangfolge von Operatoren
Wenn in einem Ausdruck mehrere Operatoren auftreten, wendet der Java- Übersetzer Präzedenzregeln an, um den Ausdruck auftretenden Operatoren auszuwerten, es sei denn, dass durch Klammern eine andere Reihenfolge vorgegeben wurde. Die Präzedenzregeln sind in Tab. 9.4-1 angegeben. (Die Tabelle enthält auch einige Operatoren, die wir erst in einem späteren Abschnitt besprechen werden.) Die Operatoren in der ersten Zeile haben den höchsten Rang, die in der letzten den niedrigsten. Operatoren gleichen Rangs werden von links nach rechts ausgewertet.
Definition: Auswertung arithmetischer Ausdrücke
Ein arithmetischer Ausdruck wird in einer strikten Reihenfolge gemäß folgender Regeln berechnet [JLS: § 15.7]:
• Ausdrücke, die in Klammern eingeschlossen sind, werden zuerst berechnet; im Falle von Verschachtelungen von innen nach außen. Klammerausdrücke erhalten somit die höchste Priorität bei der Auswertung.
• Zweistellige Operatoren werden von links nach rechts ausgewertet.
• Einstellige Operatoren werden von rechts nach links ausgewertet.
• Anschließend werden die Operatoren ihrem Vorrang entsprechend (s. Tab. 9.4- 1) ausgewertet.
• Wenn ein Ausdruck mehrere Operatoren des gleichen Vorranges enthält, werden die Operatoren von links nach rechts berechnet.
Beispiel: Auswertung arithmetischer Ausdrücke
Unter Berücksichtigung der Regeln in Definition wird der Ausdruck 17 * 2 % - (4 - 11) / (-3 + 5) in folgender Reihenfolge berechnet (gelesen von oben nach unten, der als Nächstes auszuwertende Unterausdruck ist unterstrichen): Auswertungsreihenfolge |Regel Auswertungsrichtung
17 * 2 % - (4 - 11) / (-3 + 5) | () von links nach rechts
-> 17 * 2 % - (- 7) / (-3 + 5) | () von links nach rechts
-> 17 * 2 % - (- 7) / 2 | - von rechts nach links
-> 17 * 2 % 7 / 2 | * von links nach rechts
-> 34 % 7 / 2 | % von links nach rechts
-> 6 / 2 | / von links nach rechts
-> 3 |
Begriff: Vergleichsoperatoren
==, !=, >, >=, <, <=, um zwei Werte gleichen oder verträglichen Typs miteinander zu vergleichen. Syntax und Bedeutung dieser Operatoren sind in Tab. 9.4-2 angegeben. [JLS: § 15.20, § 15.21]
Definition: Datentypboolean
Der Datentyp boolean umfasst die beiden Literaletrue und false sowie die folgenden booleschen Operatoren:
• den einstelligen Präfixoperator!, der eine logische Negation beschreibt,
• fünf zweistellige Operatoren &&, ||, &, | und ^, um logische Ausdrücke aufzubauen und
• zwei zweistellige Vergleichsoperatoren == und !=, die die logische Gleichheit bzw. Ungleichheit beschreiben. Alle Operatoren vom Typ boolean sind mit ihrer Bedeutung und Anwendungsbeispielen in Tab. 9.5-1 angegeben. [JLS: § 3.10.3, § 4.2.5, § 15.22.2, § 15.23, § 15.24]
Begriff: Datentyp Char
Java bietet den einfachen Datentyp char an, der alle Unicode-Zeichen umfasst und seine Werte vorzeichenlos speichert. Unicode ist ein internationales Codiersystem für Zeichen, das es ermöglicht, mehr als 65000 Zeichen darzustellen. UnicodeZeichen umfassen:
• Groß- und Kleinbuchstaben,
• Ziffern,
• Interpunktionszeichen,
• Sonderzeichen für Operatoren,
• Sonderzeichen und -buchstaben, die in verschiedenen Sprachen benutzt werden, und
• Steuerzeichen, die es ermöglichen, Aufteilung und Umbruch einer Computerausgabe zu bestimmen.
Zeichen erscheinen zwischen einzelnen Anführungszeichen (’) wie: ’a’, ’B’, ’§’, oder ’-’. Steuerzeichen beginnen mit dem Rückwärts-Schrägstrich (engl. backslash) „\“. [JLS: § 3.10.4]
Steuerzeichen Die Zeichen ’\n’, ’\t’ und ’\b’ stehen zum Beispiel für die Steuerzeichen „neue Zeile“, „Tabulatorsprung“ bzw. „Rücktaste“.
-
- 1 / 90
-
Flashcards
Beispiel: Typenverträglichkeit Operatoren
Bei der Zuweisung eines int-Werts an eine double-Variable
double x;
...
x = 3;
wird der int-Wert 3 vor der Zuweisung in den double-Wert 3.0 umgewandelt. Versuchen wir hingegen, eine int-Variable y mit einem double-Wert 3.0 zu belegen, so erhalten wir vom Übersetzer eine Fehlermeldung, da keine Typverträglichkeit vorliegt:
possible loss of precision
found : double
required: int
y = 3.0;
^
1 error
Definition: Auswertung einer Zuweisung
Eine Zuweisung der Form „v = e;“ wird in folgenden Schritten ausgewertet:
1. Der Typ der Variablen v wird ausgewertet.
2. Der Wert w(e) des Ausdrucks e wird ausgewertet.
3. Der berechnete Wert wird der Variablen zugewiesen, vorausgesetzt, dass der Typ des Ausdrucks e mit dem Typ der Variablen v verträglich ist.
Falls die Typen des Ausdrucks und der Variablen nicht identisch aber miteinander verträglich sind, wird der Typ des Ausdrucks in den Typ der Variablen umgewandelt. [JLS: § 5.2]
Beispiel: Division
Nach Ausführung der Initialisierung
double x = 1 / 4;
hat die Variable x nicht, wie vermutlich beabsichtigt, den Wert 0.25, sondern den Wert 0.0. Warum? Auf der rechten Seite wurde zunächst eine Division zweier intWerte ausgeführt. Das Ergebnis einer int-Division in Java ist ein int-Wert, wobei der Divisionsrest ignoriert wird. Die Auswertung der rechten Seite ergibt somit den int-Wert 0. Dieser wird anschließend, um der doubleVariablen x zugewiesen werden zu können, in den double-Wert 0.0 umgewandelt. Um zu erreichen, dass x den Wert 0.25 erhält, hätte mindestens einer der Werte auf der rechten Seite in Gleitpunkt-Notation geschrieben sein müssen. So bewirkt die Initialisierung
double x = 1.0 / 4;
dass bereits vor der Auswertung der Division der int-Wert 4 in den double-Wert 4.0 umgewandelt wird, die anschließende double-Division das Ergebnis 0.25 vom Typ double liefert und dieses (nun ohne weitere Umwandlung) der Variablen x zugewiesen wird.
Beispiel: Überschreiten des Wertebereichs
Nach der Ausführung von
int a = 2000000;
int b = 7000000;
long z = a * b;
ist in z der Wert -1593384960 gespeichert und nicht, wie es mathematisch korrekt wäre, 14000000000000, obwohl der Wertebereich von z diesen Wert zulassen würde. Das Ergebnis einer int-Multiplikation ist ein int-Wert. Die intMultiplikation resultiert in unserem Beispiel in einem sogenannten Überlauf (engl. Überlauf overflow), der bei einer Überschreitung des Wertebereichs auftritt. Eine Erweiterung des Wertebereichs hätte bereits vor der Multiplikation stattfinden müssen. Wäre mindestens eine der beiden Variablen a und b vom Typ long, so erhielten wir für z den erwarteten Wert 14000000000000:
int a = 2000000;
long b = 7000000;
long z = a * b;
Nun wird der Wert von a implizit als ein Wert vom Typ long aufgefasst und es wird eine long-Multiplikation ausgeführt.
Beispiel: Informationsverlust bei Typenumwandlung
Nach Ausführung der Initialisierung
float b = 1000000027;
mit impliziter Typerweiterungen von int nach float enthält die Variable b den Wert 1.0E9.
Beispiel: Typerweiterung von char-Werten zu Werten vom Typ int
Nach der Ausführung von
int x = ’A’ + 32;
hat x den Wert 97. ’A’ wurde zuvor in den int-Wert 65 umgewandelt.
Bemerkung: Unicode-Nummerierung von Zeichen
Die Erweiterung von Zeichen in numerische Werte folgt der Unicode-Nummerierung der Zeichen. Die Großbuchstaben ’A’ bis ’Z’ korrespondieren mit den Werten 65 bis 90, die Kleinbuchstaben ’a’ bis ’z’ mit den Werten 97 bis 122. Die Differenz zwischen zwei alphabetisch gleichen Klein- bzw. Großbuchstaben (z. B. ’a’ - ’A’) beträgt immer 32. Mit Hilfe der Typumwandlung lässt sich somit feststellen, ob zwei Zeichen alphabetisch gleich sind. Seien die char-Variable kleinBuchstabe mit irgendeinem Kleinbuchstaben und die char-Variable grossBuchstabe mit einem beliebigen Großbuchstaben belegt. Nach der Ausführung von boolean alphabetischGleich = (kleinBuchstabe - grossBuchstabe) == (’a’ - ’A’); enthält die Variable alphabetischGleich den Wert true, falls beispielsweise kleinBuchstabe und grossBuchstabe mit ’d’ und ’D’ belegt waren, oder den Wert false, falls beispielsweise kleinBuchstabe und grossBuchstabe mit ’d’ und ’M’ belegt waren.
Definition: Erzwungene Typumwandlung
Java unterstützt eine erzwungene Typumwandlung, um den Typ eines numerischen Werts während der Laufzeit in einen numerischen Typ ähnlichen Werts zu ändern. Die Syntax einer erzwungenen Typumwandlung ist:
(typeName) expression wobei typeName ein primitiver Typ und expression
ein Ausdruck ist. Die Typumwandlung wird von rechts nach links durchgeführt und liefert einen Wert vom Typ typeName, vorausgesetzt, dass die Konversion keine Kompatibilitätsregeln verletzt. [JLS: § 5.5, § 15.16]
double x = (double) 1 / 4; x=0.25
Beispiel: Überschreiten des Wertebereichs
„Überschreiten des Wertebereichs“ kann auch mit einer expliziten Erweiterung einer der zu multiplizierenden int-Variablen a und b gelöst werden.
int a = 2000000;
int b = 7000000;
long z = a * (long) b;
Beispiel: Typeinengung cast-Operator, erzwungene Typenumwandlungen
Nach Ausführung der drei Initialisierungen
double genau = 12345.6 / 7.8;
int ganzzahlig = (int) genau;
byte uebergelaufen = (byte) ganzzahlig;
hat die Variable genau den Wert 1582.769230769231, die Variable ganzzahlig den Wert 1582 und die Variable uebergelaufen den Wert 46. Wenn eine Gleitkommazahl in eine ganze Zahl umgewandelt wird, so wird nicht gerundet, sondern die Nachkommastellen werden abgeschnitten.
Beispiel: Geburtenrate, cast-Operator durch Klammerung die Auswertungsreihenfolge beeinflussen
Mit der Geburtenrate wird die durchschnittliche Anzahl der Geburten pro Jahr und 1000 Einwohner angegeben. Wir berechnen die innerhalb eines Jahres erwartete (ganzzahlige) Geburtenzahl in einer Gemeinde. Zur Berechnung wollen wir die exakte (Gleitkomma-)Geburtenrate verwenden: double geburtenrate = 8.25; int einwohner = 123456; int erwarteteGeburten = (int) (einwohner * geburtenrate / 1000);
Durch die Klammerung erreichen wir, dass erst das Ergebnis der Berechnung (die zuvor mit Gleitkomma-Genauigkeit durchgeführt wurde) auf einen ganzzahligen Wert eingeengt wird.
Beispiel: Umwandlung von int-Werten in char-Werte
Der Ausdruck
(char) 123
erzwingt eine Umwandlung des int-Werts 123 in das Zeichen ’{’, das mit dem Ganzzahlwert 123 in Unicode codiert ist.
Beispiel: Ableitung eines Großbuchstabens
Seien grossBuchstabe und kleinBuchstabe zwei Variablen vom Typ char, kleinBuchstabe sei mit einem Kleinbuchstaben initialisiert. Für die numerische Differenz zwischen gleichen Klein- und Großbuchstaben deklarieren wir eine Konstante:
final int ABSTAND = ’a’ - ’A’;
Bei der Zuweisung
grossBuchstabe = (char) (kleinbuchstabe - ABSTAND);
erfolgt zunächst eine implizite Erweiterung des Wertes von kleinBuchstabe nach int. Das int-Ergebnis der Subtraktion (beachten Sie die Klammern) wird explizit eingeengt auf den Typ char und kann anschließend der Variablen grossBuchstabe zugewiesen werden.
Bemerkung: Typeinengung bei char-Werten
Es verwundert zunächst, dass die Typumwandlung zwischen byte- oder short-Werten einerseits und char-Werten andererseits in beide Richtungen einengend, d. h. verlustbehaftet ist. Dies ist dadurch zu erklären, dass char-Werte nicht durch ein Vorzeichen gekennzeichnet sind. Der Wertebereich eines char-Wertes repräsentiert die Unicode-Nummerierung 0..65535, so dass sich die Wertebereiche von byte oder short (vgl. Tab. 9.1-1) und char nur überlappen, aber nicht überdecken.
Begriff: Kompatibilitätsregeln
Die mit Hilfe des cast-Operators möglichen Typumwandlungen fassen wir in folgenden Kompatibilitätsregeln (engl. compatibility rules) für einfache Typen zusammen:
• Jeder Typ kann in sich selbst umgewandelt werden.
• Jeder numerische Typ kann in jeden anderen numerischen Typen umgewandelt werden.
• Typ char kann in jeden numerischen Typen umgewandelt werden und jeder numerische Typ kann in Typ char umgewandelt werden.
• Typ boolean kann in keinen anderen Typ umgewandelt werden und kein andere Typ kann in Typ boolean umgewandelt werden.
Begriff: Anweisung
Anweisungen (engl. statement) sind die grundlegenden Programmierkonstrukte, aus denen ein Programm aufgebaut ist. Einfache Anweisungen haben wir bereits kennen gelernt: Ausdrücke, die mit einem Semikolon enden, sind Anweisungen. Jede Deklaration ist eine Anweisung. Oft sind Zuweisungen eigenständige Anweisungen.
Definition: Block
Eine Folge von Anweisungen, die in geschweiften Klammern „{“ und „}“ eingefasst sind, nennt man einen Block. Der Aufbau und die Abarbeitung eines Blocks werden schematisch im folgenden Aktivitätsdiagramm dargestellt. Die Anweisungen eines Blocks werden von oben nach unten sequenziell abgearbeitet. [JLS: § 14.2]
Beispiel: Block
Der folgende Programmauszug gibt ein Beispiel für einen Block:
{
int bestellteTulpen = 12;
int bestellteRosen = 16;
double preisTulpen = 0.80;
double preisRosen = 2.10;
double gesamtpreis = bestellteTulpen * preisTulpen + bestellteRosen * preisRosen;
}
Java-Konventionen: Blöck/Schreibweise
- In Blöcken sollten Einrückung verwendet werden. Die gebräuchliche Einheit für Einrückungen sind vier Leerzeichen. Wir nennen dies die 4-Leerzeichen-Regel (engl. 4-space rule).
- Jede Zeile innerhalb eines Blocks sollte höchstens eine Anweisung enthalten.
- Eine Zeile sollte nicht länger als 80 Zeichen sein. Falls eine Anweisung nicht in eine einzelne Zeile passt, trennen Sie sie entsprechend den folgenden allgemeinen Trennungsregeln in mehrere Zeilen auf:
- Trennen Sie nach einem Komma.
- Trennen Sie vor einem Operator.
- Richten Sie die neue Zeile so aus, dass der Beginn des Ausdrucks auf derselben Höhe beginnt wie der Ausdruck in der Zeile davor
Java bietet drei Arten von Kontrollstrukturen an, mit denen der Ablauf eines Programms formuliert werden kann: Bedingungs-, Wiederholungs- und strukturierte Sprunganweisungen.
Definition: if-Anweisung
Die if-Anweisung hat die folgende Form:
if (expression)
statement1
else
statement2
wobei
• expression ein boolescher Ausdruck sein muss und
• statement1 und statement2 Anweisungen sind.
Während der Ausführung des Programms wird eine if-Anweisung wie folgt ausgewertet:
• Zuerst wird der boolesche Ausdruck expression ausgewertet. Wenn das Ergebnis true liefert, wird statement1 ausgeführt, und der Kontrollfluss wird hinter der if-Anweisung fortgesetzt.
• Wenn die Auswertung von expression den Wert false liefert, wird statement1 ignoriert und stattdessen statement2 ausgeführt; danach wird die if-Anweisung verlassen. [JLS: § 14.9]
Die Semantik einer if-Anweisung wird in der Abbildung veranschaulicht: Der Alternativzweig kann bei einer if-Anweisung auch weggelassen werden, falls nur bei positiver Auswertung des Bedingungsausdrucks expression eine spezielle Anweisung ausgeführt werden soll: if (expression) statement.
Beispiel: if-Anweisung
if-Anweisung Mit der folgenden Anweisungsfolge können wir den Absolutwert einer ganzzahligen Variablen errechnen:
int absValue;
int x;
...
if (x >= 0)
absValue = x;
else
absValue = -x;
Java-Konventionen: if-Anweisung
Um derartige Konfusionen bei verschachtelten if-Anweisungen zu vermeiden, empfehlen wir dringend, die Zweige einer if-Anweisung als Block zu schreiben, auch wenn der Block nur eine Anweisung enthält:
if (expression) {
statement11
statement12
...
statement1m
} else {
statement21
statement22
...
statement2n }
Beispiel: Verschachtelte if-Anweisungen
if (x >= 0) {
if (x != 0) {
absValue = x;
}
} else {
absValue = -x;
}
Durch die Klammerung ist der Alternativzweig der ersten (äußeren) if-Anweisung zugeordnet. Die äußere if-Anweisung enthält eine weitere if-Anweisung ohne Alternativzweig
Definition: switch-Anweisung
Die switch-Anweisung hat die folgende Form:
switch (expression) {
case k1: statement1;
case k2: statement2;
...
case kn: statementn;
default: statementd;
}
wobei
• der Ausdruck expression vom Typ byte, short, int oder char sein muss;
• alle k1, ..., kn Konstanten des gleichen Datentyps wie expression oder eines damit verträglichen Typs sein müssen;
• statement1, ..., statementn und statementd Anweisungen sind.
Während der Programmausführung wird eine switch-Anweisung wie folgt ausgewertet:
• Zuerst wird expression ausgewertet. Falls das Ergebnis dieser Auswertung ein Wert ist, der mit einer der Konstanten ki für i = 1, ...., n übereinstimmt, dann werden die zugehörige Anweisung statement i und alle nachgeordneten Anweisungen statement i+1 bis statement n ausgeführt.
• Falls ein Standardfall (engl. default case) angegeben ist, wird die zugehörige Anweisung statement d abgearbeitet und danach die switch-Anweisung verlassen. statement d wird auch abgearbeitet, wenn das Ergebnis der Auswertung von expression mit keiner der Konstanten ki übereinstimmt. Ist kein Standardfall angegeben, so wird in diesem Fall keine der Anweisungen der Fallunterscheidung ausgeführt. [JLS: § 14.11]
Diese Semantik ist in der Abbildung grafisch dargestellt.
Bemerkung: switch-Anweisung
Die geschweiften Klammern sind ein zwingender Bestandteil der switchAnweisung
Beispiel: Mehrfach-Fallunterscheidung
Die Wirkung des folgenden Beispiels:
int weekdays;
...
switch (weekdays) {
case 1: System.out.println("Monday");
case 2: System.out.println("Tuesday");
case 3: System.out.println("Wednesday");
case 4: System.out.println("Thursday");
case 5: System.out.println("Friday");
case 6: System.out.println("Saturday");
case 7: System.out.println("Sunday");
default: System.out.println("there are no more weekdays"); }
ist, dass der Wert der Variablen weekdays bei der Ausführung der Fallunterscheidung darüber entscheidet, welche Tage der Woche angezeigt werden, wenn die switch-Anweisung ausgeführt wird. Falls weekdays den Wert 1 hat, werden alle Wochentage von Monday bis Sunday und der Text „there are no more weekdays“ angezeigt, jeweils in einer separaten Zeile.
Falls weekdays den Wert 6 bei Ausführung der switch-Anweisung hat, werden nur die Wochentage Saturday und Sunday sowie der Text „there are no more weekdays“ am Bildschirm ausgegeben. Falls weekdays bei Eintritt in die Fallunterscheidung einen Wert besitzt, der nicht im Intervall [1,7] liegt, erscheint dagegen nur die Nachricht „there are no more weekdays“ auf dem Bildschirm.
Definition: while-Anweisung
Eine while-Schleife hat die Form:
while (expression)
statement wobei
• expression ein Ausdruck vom Typ boolean sein muss und
• statement eine Anweisung ist.
Während der Programmausführung wird eine while-Anweisung wie folgt ausgewertet:
1. Der Ausdruck expression wird ausgewertet. Falls das Ergebnis dieser Auswertung den Wert true liefert, wird die Anweisung statement ausgeführt, dann wird Schritt 1 wiederholt.
2. Falls die Auswertung von expression das Ergebnis false liefert, wird die Ausführung der Schleife beendet. [JLS: § 14.12] Diese Semantik ist in Abbildung Abb. 14.1-1 dargestellt.
Beispiel: while-Schleife
Durch die Anweisungsfolge
int counter = 0;
while (counter < 10) {
System.out.println("Java rocks!");
counter++;
}
wird zehnmal die Zeichenkette "Java rocks!" geschrieben. Die Inkrementierung der Variablen counter in der letzten Zeile gewährleistet, dass nach dem zehnten Durchlauf der Bedingungsausdruck zu false evaluiert und die whileSchleife verlassen werden kann.
Das innere einer Schleife wird auch als Schleifenrumpf bezeichnet.
Java-Konventionen: einrücken
Es gilt die 4-Leerzeichen-Regel für Einrückungen. Falls eine expression getrennt werden muss, sollten Sie 8 Leerzeichen verwenden, da die 4-LeerzeichenEinrückung die Erkennung des Anweisungsrumpfs erschwert:
while ((condition1 && condition2)
|| (condition3 && condition4) {
statement;
}
Definition: do-Schleife
Die do-Schleife (engl. do loop) hat die folgende Syntax: do
statement
while (expression);
Bei dieser Schleifenart wird während der Laufzeit zuerst die Anweisung statement ausgeführt. Dann wird der Bedingungsausdruck expression überprüft. Falls das Ergebnis true liefert, wird die Schleife so lange wiederholt, bis expression das Ergebnis false liefert. [JLS: § 14.13] Dieser Sachverhalt ist in Abb. 14.1-3 veranschaulicht.
Im Gegensatz zur while-Schleife, bei der die Schleifenanweisung unter Umständen nie ausgeführt wird, wird bei einer do-Schleife die Schleifenanweisung immer mindestens einmal ausgeführt.
Schleifen, bei denen der Rumpf möglicherweise nie ausgeführt wird, nennen wir abweisende Schleifen. Wird der Rumpf immer mindestens einmal ausgeführt, so sprechen wir von nicht abweisenden Schleifen.
Definition: for-Schleife
Eine for-Schleife hat folgende Form:
for (forInit; booleanExpr; forUpdate)
statement
wobei
• der optionale Ausdruck forInit im Normalfall eine Liste aus einer oder mehreren Variablendeklarationen und Initialbelegungen enthält, die durch Kommata voneinander getrennt werden; die neu eingeführten Schleifenvariablen müssen alle vom gleichen Typ sein; sie sind außerhalb der for-Schleife nicht sichtbar; der Ausdruck forInit wird genau einmal zu Beginn der Ausführung der Schleife evaluiert;
• booleanExpr ein optionaler Vergleichsausdruck vom Typ boolean ist; er bestimmt den Endwert und wird vor jedem Wiederholungszyklus der Schleife überprüft; sobald die Auswertung false liefert, wird die Schleife beendet;
• forUpdate eine optionale, durch Kommata getrennte Folge von einer oder mehreren Anweisungen ist, die im Normalfall die Schleifenvariablen verändern; der Ausdruck wird in jedem Schleifendurchlauf nach der Ausführung von statement ausgewertet;
• statement eine Anweisung ist. [JLS: § 14.14.1]
Dieser Sachverhalt ist in der Abbildung veranschaulicht.
Beispiel: for-Schleife
Das folgende Beispiel:
for (int i = 0; i < 5 ; i++) {
System.out.println(i);
}
wird auf Ihrem Computerbildschirm folgendes ausgeben:
0
1
2
3
4
Das Programmstück:
for (char c = ’f’; c >= ’a’; c--) {
System.out.println(c); }
erzeugt auf dem Bildschirm folgende Ausgabe:
f
e
d
c
b
a
Java-Konventionen: Variablenname in Schleifen
Bei der Vergabe von Namen für Schleifenvariablen darf von der Regel, Namen beschreibend und selbsterklärend zu wählen, abgewichen werden. Schleifenvariablen werden oft durch einzelne Buchstaben dargestellt, weil ihre Funktion meist aus dem Kontext heraus klar ist.
Bemerkung: for-Schleife
Ist keine booleanExpr vorhanden, so verhält sich die Schleife genauso, als wäre der Ausdruck zu true evaluiert worden.
break-Anweisung In allen Schleifen bewirkt die Ausführung einer break-Anweisung ohne Sprungmarke, dass die innerste Schleife, in der die break-Anweisung auftritt, sofort verlassen wird, ohne die restlichen Anweisungen im jeweiligen Block auszuführen. Die Programmausführung wird nach dem betroffenen Schleifenblock fortgesetzt. Die break-Anweisung ohne Sprungziel kann auch in MehrfachFallunterscheidungen verwendet werden, um die Ausführung der auf den ausgewählten Fall folgenden Anweisungen zu unterbinden. [JLS: § 14.15]
