Introduction to Programming with Java

Presented by RA Waraich (adapted from Slides of BJ Vitins)

IVTETHZürich

September 2014

2

Übersicht

• Klassen, Methoden, Objekte

• Referenzen

• Datentypen und Konventionen

• Pakete und Zugriffe

• Codebeispiele

3

Objekte

• Sind autonome gekapselte Einheiten eines bestimmten Types

• Haben einen eigenen Zustand (= lokale Variablen)

• Besitzen ein Verhalten (wenn sie aktiviert werden)

• Bieten anderen Objekten eine Dienstleistung an• Durchführung von Berechnungen• Änderungen des lokalen Zustandes• Zurückliefern von Variablenwerten oder

Berechnungsergebnissen• Allgemein: “Reaktion” auf Aufruf einer Methode

Que

lle: M

atte

rn (

2010

)

4

Dynamische Klassen und Referenzen

• Erzeugen von dynamischen Klassen geschieht mit

new x();

• Es wird eine Instanz bzw. Objekt der Klasse x erzeugt und eine Referenz (“Zeiger”) darauf zurückgeliefert

• Am besten die Referenz gleich abspeichern: p1 = new x();

• Referenzen sind implementierungstechnisch Adressen• null gehört zum Wertebereich aller Referenztypen

Que

lle: M

atte

rn (

2010

)

5

Erzeugen von Objekten

public class Bicycle {

// the Bicycle class has three fields

public int gear;

public int speed;

public String marke;

}

class Herstellung {

public static void main (String [] args) {

Bicycle f;

f = new Bicycle ();

f.marke = “Scott”;

System.out.println(f.marke)

}

}

Que

lle: n

ach

Ora

cle

(201

4)

6

Programmstruktur (1)

• Mit “import” werden anderweitig vorhandene Pakete von Klassen verfügbar gemacht.

• Der Klassenkörper enthält • Instanzen und Klassenvariablen• Benannte Konstanten• Klassenbezogene “static” Methoden

• Methoden übernehmen die Rollen von Funktionen• Konstruktoren sind spezielle Methoden

(beim Erzeugen aufgerufen)

import

class A {

}

class B {…}

Konstruktur {}

Method_1{}

Method_1{}

Klassenkörper

Que

lle: M

atte

rn (

2010

)

7

Programmstruktur (2)

• Bei eigenständigen Programmen muss es eine “main” – Methode geben, die so aussieht:

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

• Jede Klasse kann eine (einzige) solche “main” – Methode enthalten. Sie wird ausgeführt, wenn der entsprechende Klassenname beim “java” Kommando Zeile genannt wird.

import

class A {

}

class B {…}

Konstruktur {}

Method_1{}

Method_1{}

Klassenkörper

Que

lle: M

atte

rn (

2010

)

8

Beispiel

class Bicycle { private int cadence = 0; private int speed = 0; private int gear = 1; public String marke;

public Bicycle() {System.out.println("Eine Fahrradinstanz wurde generiert");

}void changeCadence(int newValue) {

cadence = newValue; } void changeGear(int newValue) {

gear = newValue; } void speedUp(int increment) {speed = speed + increment; } void applyBrakes(int decrement) { speed = speed - decrement; } void printStates() { System.out.println("cadence:" + cadence + " speed:" + speed + " gear:" + gear); }

}Que

lle: O

racl

e (2

014)

Attribute von aussen nicht mehr sichtbar

Konstruktor besitzt den Klassennamen und hat kein Rückgabetyp

Für die Veränderung der Variablen braucht es eine Methode

9

Anwendung des Beispiels

class BicycleDemo {

public static void main(String[] args) {

// Create two different bicycle objects

Bicycle bike1 = new Bicycle();

// Invoke methods on those objects bike1.changeCadence(50);

bike1.speedUp(10);

bike1.changeGear(2);

bike1.printStates();

}

}

Que

lle: O

racl

e (2

014)

Konstruktor wird aufgerufen

bike1 ist eine Referenz die auf Bicycle Objekte zeigen kann

Bike1 hat auch fünf Methoden, die aufgerufen werden können

10

Ausgabe von Daten in der Kommandozeile

int i = 461012;

System.out.println("The value of i is:”, i);

Zusätzlich wird danach noch ein Zeilenumbruch erzeugt.

11

Konventionen

• kleingeschrieben:• methoden• variablen

• Grossgeschrieben• Klassen• Konstruktor

• Oft beginnen Methoden mit einem Verb

12

Methoden

public double calculateEnergy (double wingSpan, int numberOfEngines, double length, double grossTons) {

double energy;

//do the calculation here

return energy;

}

ModifierReturn Typ, oder void

Methodenname Notwendige Parameter

Que

lle: O

racl

e (2

014)

13

Methoden

public class DataArtist { ... public void draw(String s) {

... } public void draw(int i) {

... } public void draw(double f) {

... } public void draw(int i, double f) {

... }

}Que

lle: O

racl

e (2

014)

14

Information hiding

• Mit bewusst verfügbaren und unsichtbaren Informationen kann ein Missbrauch der Daten verhindert werden.

• Korrektheit kann von den Klassen selber überprüft werden.

• Dadurch wird eine sichere Codeumgebung gewährleistet.• Es können Schnittstellen definiert werden.• Es können Änderungen im Code erfolgen.

Que

lle: M

atte

rn (

2010

)

15

Inheritance

Que

lle: O

racl

e (2

014)

16

Abstrakte Klassen und Methoden

Que

lle: O

racl

e (2

014)

17

Referenzen

18

Gleichheit

78 23 12a1

a2

78 23 12a3

19

Referenzen und Pointer

Bicycle b,c;

b = new Bicycle ();

c Ø

b

Ø

Que

lle: n

ach

Mat

tern

(20

10)

Marke:Cadence:Händler:

b = null;

c Ø

b Ø

Hätte man vorher c = b ausgeführt:

c

b

Ø

Marke:Cadence:Händler:

Dieses Objekt ist nicht mehr zugreifbar und ab sofort endgültig verloren

Marke:Cadence:Händler:

20

Zuweisen von Referenzen

b = new Bicycle();

c = new Bicycle();

b.marke = “Scott”;

c.marke = “Cannondale”;

b

c

Marke: ScottCadence:Händler:

Marke: CannondaleCadence:Händler:

b = c

b

c

System.out.println(b.marke);

System.out.println(c.marke);

ist beides “Cannondale”.

Marke: ScottCadence:Händler:

Marke: CannondaleCadence:Händler:

21

Gleichheit von Objekten

• Referenzvariablen können auf Gleichheit / Ungleichheit mit “==“ bzw. “!=“ verglichen werden

• p == q ist true genau dann wenn die beiden Referenzvariablen auf dasselbe Objekt zeigen (z.B. nach p = q) oder wenn beide null sind.

• p != q wenn zwei verschiedene Objekte auf die p bzw. Q verweisen, die gleichen Werte haben.

Que

lle: M

atte

rn (

2010

)

22

Ungleichheit von Objekten mit gleichen Variablenwerten

b = new Bicycle();

c = new Bicycle();

b.marke = “Scott”;

c.marke = “Scott”;

b

c

b != c

Marke: ScottCadence: 2Händler:

Marke: ScottCadence: 2Händler:

23

Primitive Datentypen

Datentyp Grösse Wertebereich Beschreibung

boolean JVM-Spezifisch true / false Boolescher

Wahrheitswert

char 16 bit 0 ... 65.535 (z. B. 'A') Unicode-Zeichen (UTF-16)

byte 8 bit -128 ... 127 Ganze Zahl

short 16 bit -32.768 ... 32.767 Ganze Zahl

int 32 bit -2.147.483.648 ... 2.147.483.647 Ganze Zahl

long 64 bit -9.223.372.036.854.775.808 ...

9.223.372.036.854.775.807

Ganze Zahl

float 32 bit +/-1,4E-45 ... +/-3,4E+38 Gleitkommazahl

double 64 bit +/-4,9E-324 ... +/-1,7E+308 Gleitkommazahl

24

Arrays

class ArrayDemo {

public static void main(String[] args) {

// declares an array of integers

int[] anArray;

// allocates memory for 10 integers

anArray = new int[10];

// initialize first element

anArray[0] = 100;

// initialize second element

anArray[1] = 200;

// and so forth

anArray[2] = 300;

}

}

Que

lle: n

ach

Mat

tern

(20

10)

25

Matrizen

• double [][] matrix = new double [4][4];

• matrix[3][0] = 18.309823;

• int[][] matrix2 = {{1,2,3}, {4,5,6}};

• Die Grösse der Matrix / des Arrays wird festgelegt.• Einmal festgelegt kann sie sich aber nicht mehr verändern

Zeilenanzahl Spaltenanzahl

26

if - else

void applyBrakes() {

if (isMoving) {

currentSpeed--;

}

else {

System.err.println("The bicycle has already stopped!");

}

}

27

while

class WhileDemo {

public static void main(String[] args){

int count = 1;

while (count < 11) {

System.out.println("Count is: " + count);

count++;

}

}

}

28

for

class ForDemo {

public static void main(String[] args){

for(int i=1; i < 11; i++){

System.out.println("Count is: " + i);

}

}

}

29

Pakete in Java

30

Pakete in Java

• Paket: Zusammengehörte Menge von Klassen

• Hierarchischer Aufbau: Paket “xyz” im Paket “java” → “java.xyz”

• Klassen und Methoden (sowie Attribute von Klassen) sind ohne weitere Angaben nur im eigenen Paket sichtbar und zugreifbar.

• Konvention: kleingeschriebene Namen• Paketdeklaration immer am Anfang einer Datei, z.B. package

xyz;

Que

lle: n

ach

Mat

tern

(20

10)

31

Zugriff auf Klassen und Methoden

package vehicle;

public class Bicycle {

…void changeCadence(int newValue) {

cadence = newValue; }

}• Bicycle kann auch ausserhalb des Paketes verwendet werden. • changeCadence() kann nur innerhalb des package «vehicle»

verwendet werden.• Ein «private» Modifier erlaubt nur Zugriff innerhalb der Klasse

Bicylce.

Que

lle: n

ach

Mat

tern

(20

10)

32

Literatur

Mattern, F. (2010) Informtik II, Departement Informatik, ETH Zürich, Zürich.

Oracle (2014) The java Tutorials, webpage, URL http://docs.oracle.com/javase/tutorial/.