Programmiertechnik I - HTWG Konstanz - Drachenfels

dt. Gültigkeitsbereich

Namen von Klassen, Methoden und Variablen müssen in ihrem Scope eindeutig sein!

• lokale Variablen ab Def. bis Ende des umschließenden Anwendungsblocks
• Parameter im Rumpf ihrer Methode
• Klassenvariable & klassenmethode inneralb der direkt umschließenden Klasse
• Klassen in ihrem Paket

Ziel:

Berechnen, wozu Menschen zu langsam sind.

Kennzeichen:

Algorithmen und Funktionsbibliotheken

Gesamtaufgabe wird in Teilaufg. gelöst Funktionen können in andere Progr. eingebunden werden.

Vorgehen:

Programmierer denken in Abläufen, Algorithmen

Gesucht: Algorithmus mit größter Ressourcensparsamkeit der Problem

Wrapper-Klassen Kapseln einen Konstanten Wert mit Grundtyp.

Für jeden primitiven Typ gibt es eine Wrapper-Klasse (in die man den Primitiven Typ entwickeln lann). Gehören zu  java.lang → kein Import nötig.

• Wrapper-Klassen ermöglichen Referenzen auf Werte mit Grundtyp → siehe Boxing/Autoboxing. Der Wert im Wrapper-Objekt kann nach Initialisierung nicht mehr geändert werden!
• Wrapper-Klassen sind nützlich für Typumwandlungen

String a = "123";

Integer b = new Integer (a);

int Zahl = b.intValue();  // jede Wrapper-Klasse hat eine Value() Methode

oder Kürzer per Klassenmethode:

int Zahl = Integer.parseInt (a);

Boolean, Character, Byte, Float, Short , Double, Integer,long

switch (Ausdruck) {

case wert1:

Anweisung1

break;

case wert2;

Anweisung2

break;

default:

Anweisung

}

Mehrfachverzeiwgung

Ausdruck muss ganzzahligen, enum ider Stringtyp haben

default wird ausgeführt wenn der Ausdruck keinen der Werte hat

eingeführt durch höhere Programmiersprachen

Kennzeichen:

Kontrollstrukturen und Datentypen

Vorgehen:

Programmierer strukturieren Abläufe innerhalb der Funktionen nach vorgegebenen  Mustern "goto-freie Programmierung"

strukturierung von Daten mithilfe von Datentypen

Ziel:

• bessere lesbarkeit d. Programme

textuelle Reihenfolge & Ausführungsreihenfolge stimmen weitgehend überein.

• mehr sicherheit beim Programmieren

Typisierung erlaubt Fehlerentdeckung schon zum Übersetzungszeitpunkt

auch "geprüfte Ausnahme"

Compiler prüft, ob alle Stellen, an der Ausnahme auftreten kann durch Code zum abfangen abgedeckt sind -> kann innerhalb d. Methode stehen oder in aufrufender Methode (i.d.F. muss Ausnahme in Methodensignatur deklariert sein: Methode()) Throws Ausnahmeliste {}

--> Absicht: der geregelte Progammierablauf soll wiederhergestellt werden!

Klassenverebung erlaubt die Definition ähnlicher Klassen, indem man die Gemeinsamkeiten in Oberklassen zusammengefasst und die Eigenheiten in davon abgeleiteten Unterklassen ergänzt.

Klassenverebung in UML siehe Bild.

= Oberklasse aller Ausnahmen

• nur Objekte der Klasse Throwable bzw. Objekte derer Unterklassen können als Ausnahmen mit throw geworfen und mit catch gefangen werden.
• Konstruktoren:
  • public Throwable() → Ausnahme ohne Meldung/Ursache
  • public Throwable (String message) → Fehlermeldung als String
  • public Throwable (Throwable cause)
  • public Throwable (String message, Throwable cause)
• Instanzmethoden:
  • public Throwable getCause()
  • public String getMessage()
  • public void printStackTrace() // wird bei nicht gefangenen Ausnahmen vor Programmabbruch

aufgerufen. Listet Methoden auf, die aufgerufen waren als die Ausnahme auftrat.

Schnittstellenverebung erlaubt die Definitioneinheitlich benutzbarer Klassen, indem man öffentliche Methoden in abgeleiteten Klassen unterschiedlich implementiert.

→ Schnittstellenvererbung und Klassenverebung können gemischt werden.

Grafische Darstellung mit UML: siehe Bild

=generische Schnittstelle,die ein einheitliches vergleichen von Objekten ermöglicht. <T> T ist ein Typparameter und wird mit dem Namen der jeweiligen implementierungsklasse belegt.

• einzigste Schnittstellenmethode:

                    int compareTo(T obj) 0 =   -  < + >

• IMplementierungsklassen:

                   java.lang.String, wrapper-Klassen

Eine Klasse,die Comparable <T> implementiert, defeniert eine Totalordnung (lineare Ordnung) all ihrer Objekte.

Felder T [ ] können dann z.b mit java.util.Arrays.sort sortiert werden

Schnittstellen sind abstrakte Oberklassen, die ausschließlich öffentliche, abstrakte Instanzmethoden und Konstanten enthalten.

Keine Instanzvariablen- und Methodenimplementierungen.

Schnitstellendefinition mit Schlüsselwort interface statt class:

public interface Schnitstellenname {

    Rückgabetyp Schnittstellenmethode (...); // public abstract wird vom Compiler automatisch eränzt wenn es fehlt.

    ....

}

Statische Methoden:

statische Methoden können ohne eine Instanz der Klasse ausgeführt werde, denn das Verhalten ist nicht von Instanzvariablen abhängig!

Keine Instanz/Objekt erforderlich! Nur die Klasse .

Statische Methoden werden mithilfe der Klasse aufgerufen

Bsp: Math.random( );

Statische Methoden können keine  nicht statischen (instanz)variablen benutzen!!

Fehlermeldung: non-static variable xy cannot be referenced from a static context

Statische Methoden können keine nicht-statischen Methoden benutzen!!

da ihr verhalten vom Zustand der Instanzvariablen abhängt!

Merksatz: den Zustand von Instanzvariablen sieht nicht, wer statisch ist.

statische Variablen:

statische Var. haben 1 Wert pro klasse, nicht pro Instanz! --> Alle Instanzen der Klasse haben für die Var. den gleichen Wert!!

Sie wird nur initialisiert wenn die Klasse geladen wird, aber nicht jedesmal, wenn eine neue Instanz erzeugt wird!

java.lang.StringBuilder

kapselt eine modifizierbare Zeichenkette:

• Konstruktoren:
  • public StringBuilder () //leere Zeichenkette
  • public StringBuilder (String s)
• Instanzmethoden:
  • public StringBuilder append (Typ s)
  • public StringBuilder insert (int offset, Typ s)

Compiler verwendet StringBuilder, um Konkatenationen von Konstanten Zeichenketten zu realisieren:

• Code: System.out.print (s + t);
• Compiler: new StringBuilder().append(s).append(t).toString();

Was macht der Comiler?

newStringBuilder(). → neues Objekt mit leerem String

append(s) → String s anhängen

append (t) → String t anhängen

toString() → neues String-Objekt mit verkettetem String

Oberklassen vererben alle Variablen und nicht-privaten Methoden an ihre UNterklassen --> Objekte einer Oberklasse können deshalb durch Objekte der Unterklasse ersetzt werden

• Klassen ohne final-Markierung sind optional als oberklasse verwendbar
• Methoden,die in der Oberklasse als final deklariert sind, sind endgültig und dürfen in der UNterklasse nicht ersetzt werden
• Zugriffsrechte in Oberklassen:

                  public aus allen Klassen zugreifbar

/*ohne*/ aus allen Klassen d. gleichen Pakets zugreifbar

protected aus allen UNterklassen der Oberklasse zugreifbar

private nur innerhalb der Oberklasse zugreifbar

Polymorphie (Vielgestaltigkeit) bedeutet, dass ein und dieselbe Variable zur Laufzeit Objekte unterschiedlicher Klassen referenzieren kann:

• auch Subtyp-Polymorphie oder Subtyping genannt
• in Java ist Polymorphie an Vererbung gekoppelt (eingeschränkte) → eine Variable kann nur Objekte referenzieren, deren Klasse genau ihrem Typ entspricht oder eine Unterklasse davon ist.

Number n; // polymorphe Variable, weil Number = Oberklasse

n = new Integer (1);

n = new Double (2.3); // Integer und Double sind Unterklassen von Number

Objekte möglichst nur Über Schnittstellen-Referenzen benutzen, denn Programmteile Funktionieren so ohne Änderung mit verschiedenen Klasen.

= generische Schnittstelle, die Herationen mit der for-each-Schleife ermöglichen.

<T> ist ein Typparameter und wird mit dem Namen der jeweiligen Implementierungsklasse belegt.

• einzige Schnittstellenmethode:

Iterator <T> iterator () //gibt Iterator zurück

• Implementierungsklassen:

z.B. Listenklassen im Paket java.util

• Schnittstellenmethoden:
  • boolean
  • hasNext()
  • T next()
• Implementierungsklassen:

z.B. java.util.Scanner, anonyme Klassen in java.util

Klassen mit privaten Instanzvariablen

Durch Kapselung werden die Daten der Klasse geschützt!

für in Objekten gekapselte Daten können konsistente Werte garantiert werden. Kapselung durch Markierung der Instanzvariablen auf private!

public final class Time {

    private int minutes;   private Instanzvariablen sind gekapselt, weil sie

    private int hours;        nur in den Methoden d. Klasse zugreifbar sind

    public Time (int m, int n) {...}

    Konstruktoren garantieren Konsistente Initialisierung

    public void setTime() {....} öffentliche Methoden lassen nur Konsistenz erhaltende Zugriffe zu!

    public string toString() {...}

auch Späte Bindung,Late Binding

bedeutet,dass sich erst zur Laufzeit entscheidet,welche Methodenimplementierung aufgerufen wird:

Number n;

if (...) {

    n= new Integer (1);

} else {

  n= new Double (2.3);

}

int i= n.intValue(); <-- zur Laufzeit muss die Klasse des Objekts n bestimmt werden, um entscheiden zu können, ob Integer.intValue/Double: int Value()

• Java verwendet statische Bindung, wenn die aufgerufene Methode static/final/private markiert ist -> in diesen Fällen kann es keine unterschiedlichen Implementierungen in UNterklassen geben

American Standard Code for Information Interchange

7-Bit Code mit den "wichtigsten" internationalen Zeichen

Assemblerspachen sind primitive Programmiersprachen.

• lediglich lesbare Namen für Maschinenbefehle
• automatische Rückübersetzung von Maschinencode in Assemblercode möglich
• rechnerunabhängig
• Benutzung mühsam und fehleranfällig

Stellenwertsystem mit der Basis 2

Rechner stellen Zahlen im Binärsystem dar, da sich die beiden Ziffern gut Kodieren lassen

• Ziffer 0 - Strom fließt
• Ziffer 1 - kein Strom fließt

kleinste Speichereinheit welche genau eine Binärziffer (0 od. 1) speichern kann.

Basic Multilingual Plane

Plane 0 (Zahlenbereich 0 - f f f f) des Unicode, enthält die am meisten verwendeten Schriftzeichen, wodurch viele Anwendungen mit diesem Code Point auskommen.

Enthält auch den ASCII-Code (Zahlenbereich 0 - 7f)

überträgt Zahlen zwischen Hauptspeicher und Peripheriegeräten

Bitkombination, kleinste in Programmen adressierbare Einheit

Auf allen "normalen" Rechnern --> 8 Bit

auch Objektcode

enthält das Programm in Maschinencode. 

z.B. in Java enthält die übersetzte *.class Datei den Bytecode. Diese wird beim Übersetzten erstellt.

Werkzeug, welche für die Qualitätssicherung verwendet wird. Diese untersucht den Quellcode auf die Einhaltung der Stilregeln

Als Codepoint wird im Zusammenhang mit Zeichensätzen (z.B. ASCII oder Unicode) ein bestimmter Wert in einem Coderaum bezeichnet.

Das Zeichen "A" hat in beiden Zeichensätzen den Codepoint 64 (dezimal) bzw. 41 (hexadezimal)

Einfach gesagt ist der Codepoint die Adresse eines jeden Zeichens des Zeichensatzes.

Zahlenbereich ist in 17 Planes (Ebenen) eingeteilt. Plane 0 (0-ffff) heißt BasicMultilingualPlane (BMP) wird von den meisten Programmen verwendet.

Die ersten 128 Zeichen (0 - 7f) entsprechen dem ASCII-Code.

Der Unicode ist aus verschiedenen Code-Units aufgebaut. Dabei wird unterschieden an welchem Code-Point ein Zeichen steht. Je "neuer" das Zeichen im Unicode ist, desto mehr Code-Units werden verwendet und desto mehr Speicher wird benötigt.

Eine Codeunit besteht aus mindestens 1 Byte. Zu Beginn wird immer erst festgelegt, aus wie vielen Bytesequenzen der Code-Point besteht. Ein 8-Bit-Zeichen beginnt immer mit der 0 und erst danach kommt dann die "eigentliche Adresse" des Zeichens für welche dann eigentlich nur noch 7 Bit übrig bleiben.

Eine 2, 3, 4 Byte-Sequenz beginnt immer mit 2, 3 oder 4 "1en", danach kommt eine 0 und dann beginnt die eigentliche Adresse. Jede weitere Code-Unit beginnt dann immer mit 10.

Beispiele:

• 1-Byte-Zeichen (07 Bit) - 0xxxxxxx
• 2-Byte-Zeichen (11 Bit) - 110xxxxx 10xxxxxx
• 3-Byte Zeichen (16 Bit) - 1110xxxx 10xxxxxx 10xxxxxx
• 4-Byte-Zeichen (21 Bit) - 11110xxx 10xxxxxx 10xxxxxx 10xxxxxx

Die Zahlen in Klammern sind die noch Übrigen Bits, für die eigentlichen Zeichen, wenn man die Bits welche für den Aufbau der Bytesequenz davon abzieht. Die x sind dann je nach Zeichen unterschiedlich gesetzt.

Teil des Hauptspeichers

Das Codesegment ist der Teil eines Anwendungsprogramms, in dem die expliziten Maschinen-Codes (Opcodes) stehen, die an den Prozessor geleitet und dann ausgeführt werden. Ein Codesegment enthält also Anweisungen (Befehle) für den Rechner, die dieser ausführen soll.

Siehe Wikipedia

z.dt. Übersetzer

ist ein Programm, dass den Quellcode einer Höheren Programmiersprache in den Maschinencode (Bytecode) übersetzt.

Bsp: javac (Compiler)

*.java (Quellcode) -->*.class (Bytecode)

Prozessor

kann zahlen arithmetisch und logisch verknüpfen, d.h. vergleichen, addieren,...

kann Programme ausführen, d.h. Zahlenfolgen als Befehle interpretieren.

Bereich des Arbeitsspeichers, auf den ein Programm zugreift. Er enthält statische Daten und keine Programmteile.

Das am häufigste verwendete Zahlensystem.

Das Dezimalsystem ist ein Stellenwertsystem, d.h. der Wert einer Ziffer hängt davon ab, an welcher Stelle sie in der Zahl Steht

Ziffern: 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Basis: 10

Extended Binary Coded Decimal Interchange Code

Zeichencode, z.B. auf IBM Großrechnern üblich

8-Bit Code

Ein Programm mit dem Quellcode in eine Datei geschrieben werden kann.

Bsp: Notepad++, Editor, jEdit, Kate,...