Kapitel 3: Imperative Programmierung in Java

Imperative Programmierung in Java
Algorithmen und Datenstrukturen II 1

Mini-Java
Ein Mini-Java Programm besteht aus genau einer Klasse. In dieser Klasse gibt es
genau eine main-Methode. Folgende Konstrukte sind Anweisungen (statements
gemäß Mini-Java-Syntax, vgl. Beispiel ??):
Algorithmen und Datenstrukturen II 2

Mini-Java
Ein Mini-Java Programm besteht aus genau einer Klasse. In dieser Klasse gibt es
genau eine main-Methode. Folgende Konstrukte sind Anweisungen (statements
gemäß Mini-Java-Syntax, vgl. Beispiel ??):
1. Die Deklaration einer Variablen vom Typ int mit sofortiger Initialisierung:
int ident = expression;
Jeder Bezeichner (ident) darf in höchstens einer Variablendeklaration
vorkommen. Diese kontextsensitive Bedingung lässt sich nicht in der
EBNF-Definition formulieren.
Algorithmen und Datenstrukturen II 2

Mini-Java
Ein Mini-Java Programm besteht aus genau einer Klasse. In dieser Klasse gibt es
genau eine main-Methode. Folgende Konstrukte sind Anweisungen (statements
gemäß Mini-Java-Syntax, vgl. Beispiel ??):
1. Die Deklaration einer Variablen vom Typ int mit sofortiger Initialisierung:
int ident = expression;
Jeder Bezeichner (ident) darf in höchstens einer Variablendeklaration
vorkommen. Diese kontextsensitive Bedingung lässt sich nicht in der
EBNF-Definition formulieren.
Algorithmen und Datenstrukturen II 2

2. Die Zuweisung eines Wertes an eine Variable:
ident = expression;
Diese Variable muss vorher deklariert worden sein und den gleichen Typ wie der
Ausdruck haben. Diese Nebenbedingung ist ebenfalls nicht in der
EBNF-Definition ausgedrückt.
Algorithmen und Datenstrukturen II 3

2. Die Zuweisung eines Wertes an eine Variable:
ident = expression;
Diese Variable muss vorher deklariert worden sein und den gleichen Typ wie der
Ausdruck haben. Diese Nebenbedingung ist ebenfalls nicht in der
EBNF-Definition ausgedrückt.
3. Eine bedingte Anweisung (if-then Anweisung):
if(condition) statement
Der Bool’sche Ausdruck (condition) wird ausgewertet; ist er true, so wird die
Anweisung (statement) ausgeführt. Ist er false, so wird die Anweisung nicht
ausgeführt und die Programmausführung mit der nächsten Anweisung hinter
der if-then Anweisung fortgesetzt.
Algorithmen und Datenstrukturen II 3

2. Die Zuweisung eines Wertes an eine Variable:
ident = expression;
Diese Variable muss vorher deklariert worden sein und den gleichen Typ wie der
Ausdruck haben. Diese Nebenbedingung ist ebenfalls nicht in der
EBNF-Definition ausgedrückt.
3. Eine bedingte Anweisung (if-then Anweisung):
if(condition) statement
Der Bool’sche Ausdruck (condition) wird ausgewertet; ist er true, so wird die
Anweisung (statement) ausgeführt. Ist er false, so wird die Anweisung nicht
ausgeführt und die Programmausführung mit der nächsten Anweisung hinter
der if-then Anweisung fortgesetzt.
4. Eine abweisende Schleife (while-Schleife):
Algorithmen und Datenstrukturen II 3

while(condition) statement
Der Bool’sche Ausdruck wird ausgewertet; ist er true, so wird die Anweisung
so lange ausgeführt, bis der Bool’sche Ausdruck false wird.
Algorithmen und Datenstrukturen II 4

while(condition) statement
Der Bool’sche Ausdruck wird ausgewertet; ist er true, so wird die Anweisung
so lange ausgeführt, bis der Bool’sche Ausdruck false wird.
5. Ein Block.
{ statement1; statement2; . . . }
Die Statements in der geschweiften Klammer werden von links nach rechts
nacheinander abgearbeitet.
Algorithmen und Datenstrukturen II 4

while(condition) statement
Der Bool’sche Ausdruck wird ausgewertet; ist er true, so wird die Anweisung
so lange ausgeführt, bis der Bool’sche Ausdruck false wird.
5. Ein Block.
{ statement1; statement2; . . . }
Die Statements in der geschweiften Klammer werden von links nach rechts
nacheinander abgearbeitet.
6. Eine Anweisung zum Schreiben auf der Standardausgabe:
System.out.println(...);
System ist eine Klasse, die klassenbezogene Methoden zur Darstellung des
Zustandes des Systems bereitstellt. out ist eine Klassenvariable der Klasse
System, ihr Inhalt ist der Standardausgabestrom. Die Methode println wird
Algorithmen und Datenstrukturen II 4

also auf das klassenbezogene Datenfeld out angewendet – es wird ein String
mit abschließendem Zeilenvorschub auf dem Standardausgabestrom
ausgegeben.
Algorithmen und Datenstrukturen II 5

also auf das klassenbezogene Datenfeld out angewendet – es wird ein String
mit abschließendem Zeilenvorschub auf dem Standardausgabestrom
ausgegeben.
7. Die leere Anweisung.
;
Es geschieht nichts.
Algorithmen und Datenstrukturen II 5

also auf das klassenbezogene Datenfeld out angewendet – es wird ein String
mit abschließendem Zeilenvorschub auf dem Standardausgabestrom
ausgegeben.
7. Die leere Anweisung.
;
Es geschieht nichts.
8. Die Deklaration eines eindimensionalen Feldes (Arrays) mit sofortiger
Initialisierung:
int[] array = new int[3];
deklariert ein Feld namens array, erzeugt ein Feld mit drei int-Komponenten
und weist dieses der Feldvariablen array zu. Beachte, dass die Dimension (3)
einer Feldvariablen nicht bei der Deklaration (int[] array) angegeben wird,
Algorithmen und Datenstrukturen II 5

sondern nur bei der Erzeugung (new int[3]). Die erste Komponente eines
Feldes hat den Index 0. Die Länge des Feldes kann aus dessen Datenfeld
length ausgelesen werden (array.length).
Algorithmen und Datenstrukturen II 6

sondern nur bei der Erzeugung (new int[3]). Die erste Komponente eines
Feldes hat den Index 0. Die Länge des Feldes kann aus dessen Datenfeld
length ausgelesen werden (array.length).
9. Die Zuweisung eines Wertes an die i-te Komponente eines Feldes, wobei
0 ≤ i ≤ array.length−1:
array[i] = expression;
Algorithmen und Datenstrukturen II 6

class Echo {
public static void main(String[] args) {
int i = 0;
while(i < args.length) {
System.out.println(args[i]);
i = i+1;
}
}
}
Algorithmen und Datenstrukturen II 7

class Echo {
public static void main(String[] args) {
int i = 0;
while(i < args.length) {
System.out.println(args[i]);
i = i+1;
}
}
}
> java Echo 10 2
10
2
>
Algorithmen und Datenstrukturen II 7

class BadAddOne {
public static void main(String[] args) {
int i = 0;
while(i < args.length) {
int wert = args[i];
wert = wert+1;
System.out.println(wert);
i = i+1;
}
}
}
Algorithmen und Datenstrukturen II 8

class BadAddOne {
public static void main(String[] args) {
int i = 0;
while(i < args.length) {
int wert = args[i];
wert = wert+1;
System.out.println(wert);
i = i+1;
}
}
}
Algorithmen und Datenstrukturen II 8

javac BadAddOne.java
BadAddOne.java:6: Incompatible type for declaration.
Can’t convert java.lang.String to int.
int wert = args[i];
>
Algorithmen und Datenstrukturen II 9

class AddOne {
public static void main(String[] args) {
int i = 0;
while(i < args.length) {
int wert = Integer.parseInt(args[i]);
wert = wert+1;
System.out.println(wert);
i = i+1;
}
}
}
Algorithmen und Datenstrukturen II 10

class AddOne {
public static void main(String[] args) {
int i = 0;
while(i < args.length) {
int wert = Integer.parseInt(args[i]);
wert = wert+1;
System.out.println(wert);
i = i+1;
}
}
}
Algorithmen und Datenstrukturen II 10

java AddOne 6 3 20
7
4
21
>
Algorithmen und Datenstrukturen II 11

Von Mini-Java zu Java
Jedes Mini-Java Programm ist ein Java Programm. In diesem Abschnitt werden die
Datentypen und imperativen Konstrukte von Java erläutert, die nicht bereits in
Mini-Java vorhanden sind.
Algorithmen und Datenstrukturen II 12

Elementare Datentypen
Algorithmen und Datenstrukturen II 13

Elementare Datentypen
Unicode: Java, als Sprache für das World Wide Web, benutzt einen 16-Bit
Zeichensatz, genannt Unicode. Die ersten 256 Zeichen von Unicode sind
identisch mit dem 8-Bit Zeichensatz Latin-1, wobei wiederum die ersten 128
Zeichen von Latin-1 mit dem 7-Bit ASCII Zeichensatz übereinstimmen.
Algorithmen und Datenstrukturen II 13

Elementare Datentypen
Unicode: Java, als Sprache für das World Wide Web, benutzt einen 16-Bit
Zeichensatz, genannt Unicode. Die ersten 256 Zeichen von Unicode sind
identisch mit dem 8-Bit Zeichensatz Latin-1, wobei wiederum die ersten 128
Zeichen von Latin-1 mit dem 7-Bit ASCII Zeichensatz übereinstimmen.
Algorithmen und Datenstrukturen II 13

Elementare Datentypen und deren Literale:
Algorithmen und Datenstrukturen II 14

Typ boolean true und false
Typ int 29 (Dezimalzahl) oder
035 (Oktaldarstellung wegen führender 0) oder
0x1D (Hexadezimaldarstellung wegen führendem 0x) oder
0X1d (Hexadezimaldarstellung wegen führendem 0X)
Typ long 29L (wegen angehängtem l oder L)
Typ short short i = 29; (Zuweisung, es gibt kein short-Literal)
Typ byte byte i = 29; (Zuweisung, es gibt kein byte-Literal)
Typ double 18.0 oder 18. oder 1.8e1 oder .18E2
Typ float 18.0f (wegen angehängtem f oder F)
Typ char ’Q’, ’\u0022’, ’\u0b87’
Typ String "Hallo" (String ist kein elementarer Datentyp; s. Kapitel ??)
Algorithmen und Datenstrukturen II 15

Typ boolean true und false
Typ int 29 (Dezimalzahl) oder
035 (Oktaldarstellung wegen führender 0) oder
0x1D (Hexadezimaldarstellung wegen führendem 0x) oder
0X1d (Hexadezimaldarstellung wegen führendem 0X)
Typ long 29L (wegen angehängtem l oder L)
Typ short short i = 29; (Zuweisung, es gibt kein short-Literal)
Typ byte byte i = 29; (Zuweisung, es gibt kein byte-Literal)
Typ double 18.0 oder 18. oder 1.8e1 oder .18E2
Typ float 18.0f (wegen angehängtem f oder F)
Typ char ’Q’, ’\u0022’, ’\u0b87’
Typ String "Hallo" (String ist kein elementarer Datentyp; s. Kapitel ??)
Algorithmen und Datenstrukturen II 15

Initialbelegungen: Während ihrer Deklaration kann eine Variable wie in Mini-Java
initialisiert werden.
final double PI = 3.141592654;
float radius = 1.0f;
Sind für Datenfelder einer Klasse keine Anfangswerte angegeben, so belegt
Java sie mit voreingestellten Anfangswerten. Der Anfangswert hängt vom Typ
des Datenfeldes ab:
Feld-Typ Anfangswert
boolean false
char ’\u0000’
Ganzzahl (byte, short, int, long) 0
Gleitkommazahl +0.0f oder +0.0d
andere Referenzen null
Algorithmen und Datenstrukturen II 16

Lokale Variablen
Lokale Variablen in einer Methode (oder einem Konstruktor oder einem
klassenbezogenen Initialisierungsblock) werden von Java nicht mit einem
Anfangswert initialisiert. Vor ihrer ersten Benutzung muss einer lokalen Variablen
ein Wert zugewiesen werden (ein fehlender Anfangswert ist ein Fehler).
Algorithmen und Datenstrukturen II 17

Kommentare
// Kommentar bis zum Ende der Zeile
/* Kommentar
zwischen */
Algorithmen und Datenstrukturen II 18

Kommentare
// Kommentar bis zum Ende der Zeile
/* Kommentar
zwischen */
Achtung: /* */ können nicht geschachtelt werden!
/* falsch
/* geschachtelter Kommentar */
*/
Algorithmen und Datenstrukturen II 18

&& logisches und
| | logisches oder
! logisches nicht
Bool’sche Operatoren
Algorithmen und Datenstrukturen II 19

&& logisches und
| | logisches oder
! logisches nicht
Bool’sche Operatoren
Die Auswertung eines Bool’schen Ausdrucks erfolgt von links nach rechts, bis der
Wert eindeutig feststeht. Folgender Ausdruck ist deshalb robust:
if(index>=0 && index

Bitoperatoren
Die Bitoperatoren & (und) und | (oder) sind definiert durch:
& 0 1
0 0 0
1 0 1
| 0 1
0 0 1
1 1 1
int-Zahlen werden durch diese Operatoren bitweise behandelt.
Algorithmen und Datenstrukturen II 20

Bitoperatoren
Die Bitoperatoren & (und) und | (oder) sind definiert durch:
& 0 1
0 0 0
1 0 1
| 0 1
0 0 1
1 1 1
int-Zahlen werden durch diese Operatoren bitweise behandelt.
Algorithmen und Datenstrukturen II 20

Beispiel 0.1 Es seien x und y folgendermaßen gewählt: x = 60 (in
Binärdarstellung 00111100) und y = 15 (binär: 00001111). In diesem Fall ist
x&y = 12 und x|y = 63:
x & y
00111100 (60)
& 00001111 (15)
00001100 (12)
x | y
00111100 (60)
| 00001111 (15)
00111111 (63)
Algorithmen und Datenstrukturen II 21

Inkrement und Dekrement
Man kann den Wert einer Variablen x (nicht den eines Ausdrucks) durch den
Operator ++ um 1 erhöhen bzw. durch - um 1 erniedrigen. Es gibt Präfix- und
Postfixschreibweisen, die unterschiedliche Wirkungen haben: Bei der
Präfixschreibweise wird der Wert zuerst modifiziert und danach der veränderte Wert
zurückgeliefert. Bei der Postfixschreibweise wird zuerst der Wert der Variablen
zurückgeliefert, dann wird sie modifiziert.
Algorithmen und Datenstrukturen II 22

int i = 10; int i = 10;
int j = i++; int j = ++i;
System.out.println(j); System.out.println(j);
> >
10 11
Der Ausdruck i++ ist gleichbedeutend mit i = i+1, jedoch wird i nur einmal
ausgewertet!
Algorithmen und Datenstrukturen II 23

Beispiel 0.2
(A) arr[where()]++;
Die Methode where() wird einmal aufgerufen.
(B) arr[where()] = arr[where()]+1;
Hierbei wird die Methode where() jedoch zweimal aufgerufen.
Algorithmen und Datenstrukturen II 24

Seiteneffekte
Seiteneffekte können hier sogar das Ergebnis beeinflussen: In dem Kontext arr[0]
= 0; arr[1] = 1; arr[2] = 2; und
private static int zaehler = 0;
private static int where() {
zaehler = zaehler+1;
return zaehler;
}
liefert (A) arr[1] = 2 bzw. (B) arr[1] = 3.
Algorithmen und Datenstrukturen II 25

Zuweisungsoperatoren
i += 2; ist gleichbedeutend mit i = i+2; außer, dass der Ausdruck auf der linken
Seite von i += 2; nur einmal ausgewertet wird (vgl. Inkrement und Dekrement).
Entsprechend sind -=, &= und |= definiert.
Algorithmen und Datenstrukturen II 26

Die nichtabweisende Schleife
Zusätzlich zur abweisenden Schleife gibt es eine nichtabweisende Schleife in Java:
do
statement
while(condition);
Die condition wird erst nach der Ausführung von statement ausgewertet. Solange
sie true ist, wird statement wiederholt.
Algorithmen und Datenstrukturen II 27

for-Schleife
for(init-statement; condition; increment-statement)
statement
Algorithmen und Datenstrukturen II 28

for-Schleife
for(init-statement; condition; increment-statement)
statement
ist gleichbedeutend mit (mit Ausnahme vom Verhalten bei continue):
{
}
init-statement
while(condition) {
statement
increment-statement
}
Algorithmen und Datenstrukturen II 28

Übliche Verwendung der for-Schleife:
for(int i=0; i

Übliche Verwendung der for-Schleife:
for(int i=0; i

Die Initialisierungs- bzw. Inkrementanweisung einer for-Schleife kann eine durch
Kommata getrennte Liste von Ausdrücken sein. Diese werden von links nach rechts
ausgewertet.
Beispiel 0.3 (Arnold & Gosling [?], S. 144)
public static int zehnerPotenz(int wert) {
int exp, v;
for(exp=0,v=wert; v>0; exp++, v=v/10)
; // leere Anweisung
return exp;
}
Algorithmen und Datenstrukturen II 30

Alle Ausdrücke dürfen auch leer sein; dies ergibt eine Endlosschleife:
for(;;) {
System.out.println("Hallo");
}
Algorithmen und Datenstrukturen II 31

if(condition)
statement1
else
statement2
if-then-else Anweisung
Algorithmen und Datenstrukturen II 32

If-else-Zuordnung
public double positiveSumme(double[] werte) {
double sum = 0.0;
}
if(werte.length > 1)
for(int i=0; i 0)
sum += werte[i];
else // hoppla!
sum = werte[0];
return sum;
Algorithmen und Datenstrukturen II 33

public double positiveSumme(double[] werte) {
double sum = 0.0;
}
if(werte.length > 1)
for(int i=0; i 0)
sum += werte[i];
else // hoppla!
sum = werte[0];
return sum;
Algorithmen und Datenstrukturen II 34

public double positiveSumme(double[] werte) {
double sum = 0.0;
}
if(werte.length > 1) {
for(int i=0; i 0)
sum += werte[i];
}
else {
sum = werte[0];
}
return sum;
Algorithmen und Datenstrukturen II 35

Mehrdimensionale Felder
Mehrdimensionale Felder werden in Java durch Felder von Feldern realisiert.
Beispiel 0.4 (Jobst [?], S. 37)
Algorithmen und Datenstrukturen II 36

public class Array2Dim {
}
public static void main(String[] args) {
int[][] feld = new int[3][3];
}
//Weise feld[i][j] den Wert (i+1)*10+j zu
for(int i=0; i

java Array2Dim
10 11 12
20 21 22
30 31 32
Algorithmen und Datenstrukturen II 38

Beispiel 0.5 (Jobst [?], S. 38)
Algorithmen und Datenstrukturen II 39

public class DemoArray {
}
public static void main(String[] args) {
int[][] feld = new int[3][];
}
for(int i=0; i

java DemoArray
10
20 21
30 31 32
Algorithmen und Datenstrukturen II 41

Felder können bei ihrer Deklaration sofort initialisiert werden:
Algorithmen und Datenstrukturen II 42

Beispiel 0.6 (Jobst [?] S. 39)
public class DemoFeldInitial {
}
public static void main(String[] args) {
int[][] feld = {{1,2,3},{4,5},{7,8,9,10}};
}
//Ausgabe des Feldes
for(int i=0; i

switch(expression) {
case const1: statement1 break;
case const2: statement2 break;
...
default: statement
}
switch-Anweisung
Algorithmen und Datenstrukturen II 44

Beispiel 0.7 (Jobst [?], S. 15)
Algorithmen und Datenstrukturen II 45

public class DemoFuerSwitch {
public static void main (String[] args) {
for(int i=0; i

}
Algorithmen und Datenstrukturen II 47

Algorithmen und Datenstrukturen II 48

java DemoFuerSwitch
0 sonst
1 Fall 1,2
1 Fall 3
1 Fall 7
2 Fall 1,2
2 Fall 3
2 Fall 7
3 Fall 3
3 Fall 7
4 sonst
5 sonst
6 sonst
7 Fall 7
8 sonst
9 sonst
Algorithmen und Datenstrukturen II 49

10 sonst
>
Algorithmen und Datenstrukturen II 50