Table Of ContentDie Reihe Xpert.press vermittelt Professionals
in den Bereichen Softwareentwicklung,
Internettechnologie und IT-Management aktuell
und kompetent relevantes Fachwissen über
Technologien und Produkte zur Entwicklung
und Anwendung moderner Informationstechnologien.
Gregor Fischer · Jürgen Wolff von Gudenberg
Programmieren in
Java 1.5
Ein kompaktes, interaktives Tutorial
Mit 62 Abbildungen, 43 Tabellen und CD-ROM
123
Gregor Fischer
Universität Würzburg, Lehrstuhl für Informatik II
Am Hubland
97074 Würzburg
E-mail: [email protected]
Jürgen Wolff von Gudenberg
Universität Würzburg, Lehrstuhl für Informatik II
Am Hubland
97074 Würzburg
E-mail: [email protected]
Ergänzende Informationen zu diesem Buch sind verfügbar unter:
http://www.java-kompakt.de
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Vorwort
ObjektorientiertDenkenundProgrammierengehörtnachwievorzudenGrundfä-
higkeiten eines Informatikers. Und nicht nur für diesen: Mit der zunehmendern
Computerisierung und Vernetzung vieler, ja fast aller Bereiche in der Wirtschaft
undimöffentlichenLebensteigtdieZahlderjenigen,fürdieProgrammierfähigkei-
tenhilfreichsind,ständigan.BesondersdieSpracheJavahatindenletztenJahren
einen beispiellosen Vormarsch angetreten. Bedingt durch die im Java-System ent-
haltenen umfangreichen Programmbibliotheken, unter anderem zur einheitlichen
Gestaltung von grafischen Benutzeroberflächen, und ihren Einsatz und kostenlose
Verfügbarkeit im Internet fand Java rasch viele Anhänger. Die zentrale, de facto
genormte und frei zugängliche Definition der Sprache sowie ihrer Systemumge-
bungvonunddurchSunMicrosystemsgewährleistendenEinsatzdesgleichenPro-
grammsauffastallenPlattformen,vomGroßrechnerbiszumHandy.
Auch in der Ausbildung hat sich Java durchgesetzt. Im Informatikstudium, Haupt-
oder Nebenfach, gehört Java zum Pflichtprogramm. Durch Entwicklungswerkzeu-
geundStandardkomponentenfürdenprofessionellenEinsatzdringtJavamehrund
mehrindieUnternehmenssoftwarevor.EsbestehteinBedarfanWeiterbildung.
WielerntmannunProgrammieren?
Sicher nicht durch Lesen eines Buches! Auch nicht durch Entwerfen schöner Dia-
grammeoderdurchAufstellenabstraktermathematischerModelle.Programmieren
isteinHandwerk,welchesmanletztendlichnurdurchdasSchreibenvonProgram-
menerlernt.
Damitwirunsnichtmissverstehen:DasgenaueModellierenderAnwendungsowie
die übersichtliche Gestaltung und Beschreibung der Beziehungen der Objekte tra-
gen wesentlich zu einem guten Programm bei. Deshalb gehen wir in dem Buch
auch kurz darauf ein und erläutern exemplarisch einige wichtige Konzepte, Struk-
turenundEntwurfsmuster.
Unser Hauptaugenmerk liegt jedoch auf dem handwerklichen Charakter. Um die-
senzubetonen,habenwirinZusammenarbeitmitderUniversitätPassau(Prof.G.
Snelting)fürdieVirtuelleHochschuleBayernindenvergangenenJahreneinJava
OnlinePraktikumentwickelt,einkompaktes,imInternetpräsentiertes,interaktives
Tutorial und ein Praktomat genanntes Werkzeug, welches Lösungen zu gestellten
VI Vorwort
Aufgaben online entgegen nimmt und überprüft. Die elektronische Beurteilung
schließt formelle Aspekte wie Einrücktiefe, Namensgebung, Kommentierung und
strukturelleEigenschaftenwierichtigenGebrauchderDatenkapselungoderBenut-
zungvorgegebenerKomponentenebensoeinwiediefunktionelleÜberprüfungder
eingereichtenLösungendurcheineVielzahlvonTests.
Konsequenterweise enthält die beiliegende CD den Text des Buches in frei navi-
gierbaren HTML Seiten mit interaktiven Beispielen sowie multiple-choice und
Programmieraufgaben. Die Beispiele sind vollständige Programme, von denen im
Buch nur Ausschnitte gezeigt werden. Sie können aus dem Tutorial heraus verän-
dert, übersetzt und ausgeführt werden. Die Lösungen der Programmieraufgaben
werdenvomWerkzeugJEEE(JavaExerciseEvaluationEnvironment)automatisch
geprüft.
Das System und sein Vorläufer wurde in verschiedenen Praktika und Vorlesungen
der Universitäten Passau und Würzburg sowie der Virtuellen Hochschule Bayerns
eingesetzt. Mehrere hundert Studenten reichten mehr als 4000 Lösungen zu unter-
schiedlichenAufgaben(vomgrößtengemeinsamenTeilerzumBackgammonspiel)
ein. Bedingt durch die sofortige Überprüfung gewannen die Programme deutlich
anQualität.
Java1.5
Java ist eine Sprache, die mit der Zeit geht. So sind immer wieder neue erweiterte
Versionen erschienen. Lange Zeit war die Version 1.4 aktuell, so auch bei der Er-
stellung des Java Online Praktikums und der Werkzeuge zum Überprüfen der Lö-
sungsvorschläge.
Seit Oktober ist die neue Sprachversion 1.5 als Standard Edition 5.0 (J2SE
5.0) erhältlich. Entgegen den Angaben im Buch befindet sie sich auch auf
derBegleit-CD.
Die Version 1.5 bringt wesentliche, die Sprache betreffende Neuerungen
mitsich.Diewichtigsten sindsicher die parametrisierten(generischen)Ty-
penunddieZusammenfassungvontypisiertenKonstantenzuAufzählungs-
typenmitendlichemWertebereich.
ObwohldieSprachversion1.5währendderErstellungdesBuchesnochnichtfrei-
gegebenwar,behandelnwirdieneuen,relevantenKonzepte.DasBuchistalsoein
Lehrbuch für die neueste Java Version. Das Übersetzen und Ausführen aller Bei-
spielprogramme ist selbstverständlich möglich. Die Umgebung JEEE baut jedoch
nochaufderVersion1.4.2auf.EbensobeziehensichdieHinweisezurInstallation
aufdieseVersionalsdieaktuelle.
Vorwort VII
AufbaudesBuchesundderCD
NacheinemindieobjektorientierteDenkweiseeinführendenBeispielbeginnenwir
mitelementarenObjektenundAusdrückenundbauendieSprachedannkontinuier-
lichaufbiszurEinführungingrafischeBenutzeroberflächenundnebenläufigePro-
zesse. Um schneller zu verwertbaren Ergebnissen zu kommen, beginnen wir dabei
häufig mit der Verwendung eines Konstruktes, bevor wir Details seiner Vereinba-
rung betrachten, z.B. werden Methoden bereits aufgerufen, bevor ihre Vereinba-
rungbehandeltwird.
Kapitel 3, 5 und 6 erläutern die Vereinbarung neuer Datenstrukturen und Imple-
mentierung von erweiterbaren, abstrakten Datentypen mit Hilfe des Klassenkon-
zeptes. Sie bilden das Kernstück des Buches und beschreiben die Verwirklichung
des objektorientierten Ansatzes in Java. Kapitel 2 und 4 führen in die Java Syntax
für Ausdrücke und Anweisungen ein. Der Leser mit etwas Programmiererfahrung
möge diese Kapitel überfliegen oder zum Nachschlagen benutzen. Exemplarisch
werdenTeilederJavaKlassenbibliothekinKapitel7und10vorgestellt.Spätestens
hiersollderLeserzumBlätterninderJavaDokumentationangeregtwerden.Kapi-
tel8beschreibtdieinJava1.5hinzukommendengenerischenTypen.
Aufder beiliegendenCDbefinden sich nebendem Text desBuches,denvollstän-
digen Beispielen und Aufgaben und der Software zum Verändern und Überprüfen
der Programme auch die Java Entwicklungswerkzeuge, der Browser Mozilla und
dieEntwicklungsumgebungEclipse.
Aktuelle Hinweise und weitere Informationen stehen auf der Homepage
http://www.java-kompakt.de/.
Viele Personen haben zur Implementierung des Systems und zur Entstehung des
Buchesbeigetragen,denenunserherzlicherDankgilt.Besonderserwähnenmöch-
ten wir unseren Kollegen Holger Eichelberger sowie aus der Schar von eifrigen
HelfernAgatheWeberundChristianBraun.
Würzburg,imOktober2004
GregorFischer
JürgenWolffvonGudenberg
Inhaltsverzeichnis
1DerobjektorientierteAnsatz..............................................................................1
1.1EineinführendesBeispiel.............................................................................2
1.1.1AktiveObjekte......................................................................................4
1.1.2Klassifikation........................................................................................4
1.1.3Datenkapselung...................................................................................6
1.2OOPimÜberblick.........................................................................................6
1.3Programmaufbau..........................................................................................7
1.4Javaverwenden.........................................................................................10
1.4.1Umgebung.........................................................................................11
1.4.2Syntaxdiagramme..............................................................................13
1.4.3DasHilfspaketsimple........................................................................14
1.5GestaltungundFormatierungvonJava-Quelltext......................................14
2ElementareObjekteundAusdrücke...............................................................17
2.1BehandlungvonStringObjekten................................................................17
2.1.1ZeichenkettenalsObjektederKlasseStringBuffer...........................18
2.1.2ZeichenkettenalsObjektederKlasseString.....................................19
2.1.3Aufgaben...........................................................................................23
2.2DeklarationvonVariablenundKonstanten................................................24
2.3NameninJava............................................................................................27
2.4KonstruktionvonObjekten.........................................................................29
2.5AufrufvonMethoden..................................................................................30
2.6EinfacheEin-undAusgabe........................................................................31
2.6.1AusgabemitSystem.out....................................................................31
2.6.2EingabeüberKommandozeile...........................................................32
2.6.3EingabemitSimpleInput.in................................................................32
2.6.4Kommandozeilen-EingabemitSimpleInput.......................................33
2.6.5AusnahmenundFehler.....................................................................33
2.7DieZuweisungbeiWert-undReferenzsemantik.......................................34
2.7.1WertundReferenz.............................................................................34
2.8Datentypen.................................................................................................38
2.8.1Klassentypen.....................................................................................38
X Inhaltsverzeichnis
2.8.2ElementareDatentypen.....................................................................38
2.8.3Array-Typen.......................................................................................39
2.9TypKonversion...........................................................................................39
2.9.1NumerischeTypanpassung...............................................................39
2.10NumerischeTypen...................................................................................41
2.10.1GanzeZahlen..................................................................................42
2.10.2Realzahlen.......................................................................................43
2.10.3OperatorenimÜberblick..................................................................45
2.11SyntaxderAusdrücke..............................................................................46
2.11.1TypspezifischeAusdrücke...............................................................46
2.11.2NumerischeAusdrücke....................................................................47
2.12GanzzahligeAusdrücke............................................................................48
2.12.1AkkumulierendeZuweisungen.........................................................49
2.12.2Shift-Operationen.............................................................................49
2.13ReelleAusdrücke.....................................................................................51
2.14BoolescheAusdrücke,Bedingungen........................................................53
2.15VergleichevonWertenundObjekten.......................................................55
2.15.1VergleichvonZahlen.......................................................................55
2.15.2Objektvergleich................................................................................55
2.16DerbedingteAusdruck.............................................................................56
2.17DieKlasseSystem...................................................................................56
2.18ImportvonKlassenundPaketen..............................................................57
2.18.1Importklausel...................................................................................58
2.19AuftretenvonAusnahmen........................................................................60
2.19.1Fehlerabbruch..................................................................................61
3VereinbarungneuerKlassen...........................................................................63
3.1Überblick.....................................................................................................64
3.1.1Attribute.............................................................................................64
3.1.2Methoden...........................................................................................65
3.1.3Konstruktoren....................................................................................65
3.2EntwurfeinerKlasse...................................................................................65
3.3Klassendeklaration.....................................................................................69
3.4Attributvereinbarung...................................................................................71
3.5KonstruktionvonObjekten.........................................................................72
3.5.1VereinbarungvonKonstruktoren.......................................................73
3.6DeklarationvonMethoden..........................................................................75
3.7Methodenaufruf..........................................................................................78
3.8RedefinitionbekannterMethoden...............................................................79
3.8.1Objektvergleich..................................................................................80
3.9AufgabenmitKlassen.................................................................................81
3.9.1AufbauundTestvonProgrammen....................................................81
3.10Klassenattribute........................................................................................82
3.11Aufzählungen............................................................................................85
3.11.1Aufzählungstypen............................................................................86
3.12Klassenmethoden.....................................................................................88
Inhaltsverzeichnis XI
3.13ArraysalsDatenstrukturbzw.-typ............................................................89
3.13.1Array-ObjekteundihreElemente....................................................90
3.13.2Array-TypundVereinbarung...........................................................91
3.13.3MehrdimensionaleArrays................................................................93
3.13.4KopierenvonArrays........................................................................94
3.13.5char-Felder(Zeichenketten)vs.Strings...........................................94
3.13.6MöglicheFehlerbeiArrayzugriffen..................................................95
4AlgorithmenundAnweisungen.......................................................................97
Aufgabentyp1:Folgenberechnung..................................................................97
Aufgabentyp2:Abbildung,Durchlauf...............................................................98
Aufgabentyp3:Akkumulation,Reduktion.........................................................99
4.1Iteration.......................................................................................................99
4.1.1Folgenberechnung.............................................................................99
4.1.2Akkumulation...................................................................................103
4.1.3DurchlaufeneinerMenge................................................................104
4.2Schleifen...................................................................................................104
4.2.1while-Schleife...................................................................................105
4.2.2do-Schleife.......................................................................................105
4.2.3for-Schleife.......................................................................................106
4.2.4Allgemeinefor-Schleife....................................................................108
4.3BedingteAnweisungen.............................................................................110
4.4Funktionen................................................................................................112
4.5Rekursion.................................................................................................113
4.5.1RekursiveAlgorithmenundFunktionen...........................................113
4.5.2WeitereBeispielefürRekursion......................................................116
4.6Fallunterscheidung...................................................................................118
4.7VerlassenvonKonstrukten.......................................................................121
4.7.1return-Anweisung.............................................................................121
4.7.2VerlassenvonSchleifen..................................................................122
4.8SyntaxdiagrammAnweisungen................................................................124
5ProgrammierendurchVertrag.......................................................................125
5.1AbstrakteDatentypen...............................................................................127
5.2DerabstrakteDatentypListe....................................................................130
5.2.1EineListeganzerZahlen.................................................................131
5.2.2DreiSichten.....................................................................................131
5.3EinArrayalsListe.....................................................................................132
5.3.1Ringliste...........................................................................................134
5.4EineverketteteListe.................................................................................135
5.4.1Einführung.......................................................................................135
5.4.2VeranschaulichungvonListenoperationen......................................137
5.4.3ImplementierungvonverkettetenListen..........................................138
5.4.4Diskussion,Kritik.............................................................................140
5.5EinerekursiveListe..................................................................................140
5.5.1RekursiveDatenstruktur..................................................................140
