prof. dr. max mühlhäuser dr. guido rößling
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Grundlagen der Informatik I Thema 11: Von Scheme zu Java. Prof. Dr. Max Mühlhäuser Dr. Guido Rößling. Inhaltsübersicht. Allgemeine Unterschiede zwischen Scheme und Java Übersetzung von Java-Programmen (Kurzfassung) Variablen in Java Primitive Datentypen - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
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Grundlagen der Informatik IThema 11: Von Scheme zu Java
Prof. Dr. Max MühlhäuserDr. Guido Rößling
Dr. G. RößlingProf. Dr. M. Mühlhäuser
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Grundlagen der Informatik I: T11
Inhaltsübersicht• Allgemeine Unterschiede zwischen Scheme und
Java• Übersetzung von Java-Programmen
(Kurzfassung)• Variablen in Java• Primitive Datentypen• Operatoren für Arithmetik, Logik und
Bitoperationen• Funktionen in Java• Strings in Java• Kontrollflusssteuerung in Java
– Fallunterscheidungen, Schleifen, Rekursion• Listen (Scheme) vs. Felder (Java)• Kommentierung von Java-Elementen• Einführung in die Eclipse
Entwicklungsumgebung
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Von Scheme zu Java• Mit diesem Foliensatz werden Ihnen einige der
wesentlichen Elemente von Java präsentiert• „Fortgeschrittene“ Themen kommen später
– Objektorientierung, Vererbung, abstrakte Klassen, Interfaces
– Schrittweise Verfeinerung– Java Interpreter, Compiler, Virtuelle Maschine,
Laufzeitumgebung• Das Ziel dieses Foliensatzes ist es, Java anhand der
Parallelen zu Scheme vorzustellen
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Allgemeine Unterschiede• Scheme und Java folgen zwei unterschiedlichen
Programmierstilen („Paradigmen“)• Scheme ist eine funktionale Programmiersprache
– Im Zentrum stehen Funktionen und die Anwendung von Funktionen
– Problemlösung anhand von Dekomposition und Komposition
– “Um das Problem X zu lösen, zerlege es in die kleineren Probleme Y und Z. Definiere, wie die kleinsten (atomaren) Probleme zu lösen sind und wie Y und Z zu X zusammengesetzt werden müssen.“
– Weiter von der Maschinen-Ebene entfernt– Erzeugt häufig eine gute modulare Struktur im Code
• Zerteile den Code in der Art, wie das Problem zerlegt wird
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Abstand vom Rechner im funktionalen Stil
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(define (fold f n) (lambda (x) (if (empty? x) n (f (first x) ((fold f n) (rest x))))))
(define sumlist (fold + 0))(define multlist (fold * 1))
(sumlist ‘(3 4 5))12(multlist ‘(3 4 5)) 60
Erwähnt noch nicht einmal die Liste!Abstraktion von den Details der Ausführung
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Allgemeine Unterschiede• Java ist eine objektorientierte Sprache
– Objekte sollen reale „Dinge“ oder Sachverhalte nachbilden
• Details dazu folgen ab T12– Größere Probleme werden durch Delegation von
Aufgaben an andere Objekte gelöst– Die zugrundeliegende Notation ist imperativ: Denken in
Rechenschritten– “Um das Problem X zu lösen, führe die folgende
Reihenfolge von Rechenschritten aus…”– Nah am Rechner orientiert– Es wird nur eine Nachricht mit einer Dienstanweisung auf
einmal geschickt– Wenn mehrere Objekte vorhanden sind, können sie
Botschaften aneinander senden• Teilaufgaben an bekannte Objekte delegieren
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Ein paar Worte zur Java-Lexikalik• Spezielle Symbole: { } ; . ( )
– { } begrenzen Programmblöcke:• die Definition eines Objekttyps (Klassenrumpf), • die Definition einer Methode (Methodenrumpf)• Sequenzen von Anweisungen, z.B. in den
Abzweigungen einer Konditionalanweisung • …
– Ausdrücke und Anweisungen inklusive Operationsaufrufe (Dienstanweisungen) werden innerhalb eines Blocks mit “;“ getrennt
– . trennt den Empfänger vom Operationsnamen– ( ) begrenzen die Liste der Parameter einer
Operation / eines Operationsaufrufs
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(inc c2 5) c2.inc(5);
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Ein paar Worte zur Java-Lexikalik
• Name (Identifier): c2, Counter, inc, dec– In Namen dürfen nur bestimmte
Sonderzeichen wie „_“, „$“ auftreten, aber beispielsweise kein „-“
• Schlüsselwörter: new, void, …– Werden benutzt, um die primitiven
Anweisungen eines Programms zu strukturieren.
– Nicht als Name erlaubt– Groß-/Kleinschreibung wird unterschieden!
• Void wird als ein Name und nicht als Schlüsselwort interpretiert 8
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• Allgemeine Unterschiede zwischen Scheme und Java
• Übersetzung von Java-Programmen (Kurzfassung)
• Variablen in Java• Primitive Datentypen• Operatoren für Arithmetik, Logik und
Bitoperationen• Funktionen in Java• Strings in Java• Kontrollflusssteuerung in Java
– Fallunterscheidungen, Schleifen, Rekursion• Listen (Scheme) vs. Felder (Java)• Kommentierung von Java-Elementen• Einführung in die Eclipse
Entwicklungsumgebung
Inhaltsübersicht
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Struktur eines Java-Programms• Ein Java-Programm kann aus beliebig vielen
Klassen bestehen, von denen mindestens eine die main-Operation besitzen muss (Hauptprogrammklasse).
• Aufgaben von main:– Objekterzeugung der Aufbau einer anfangs minimalen
Welt• Siehe Foliensatz T12
– Aufruf der ersten Operation– Sollte in der Regel keinen weitergehenden Kontrollfluss
des Java-Programms enthalten– Der Kontrollfluss wird innerhalb der Objektoperationen
realisiert – Nicht vergessen! Berechnung als Kooperation von vielen
Objekten, wobei jedes Objekt nur eine kleine Teilaufgabe erledigt!
• Wird durch Java-Interpreter gestartet und ausgeführt
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Wie alles anfängt…• Die „ausgezeichnete“ Methode namens main wird
aufgerufen, wenn ein Java-Programm ausgeführt wird…• Dazu muss main in einer Klasse (Schlüsselwort class)
stehen– Mehr dazu folgt in T12
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public class CounterTest { // ... public static void main(String[] args) { CounterConsumer cc = new CounterConsumer(); cc.doSomethingWithCounters(); } // ...} CounterTest.java
Java- Compiler
Java- Bytecode-Interpreter
javac CounterTest.java
java CounterTest
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Java-Übersetzung• Java-Compiler
– Eingabe: Java-Quelltextdatei, Datei.java, die eine oder mehrere Klassendefinitionen enthält
• Eine derartige Datei nennt man eine Übersetzungseinheit– Ausgabe: pro Klasse Bsp wird genau eine Datei Bsp.class erzeugt, die das Bytecode-Format der Klasse enthält
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Java Compiler
Bsp1.class
Bsp2.class
Bsp3.class
class Bsp1 {...}class Bsp2 {...}class Bsp3 {...}
Datei.java
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Berechnungen durchführen• Die Aufgabe wird in Dienstanweisungen zerlegt
– Formuliert als Nachrichten (Operationsaufrufe) an Objekte
• Jede Nachricht enthält: – Name des Empfängerobjektes: c2 im Beispiel– Namen des Dienstes (der Operation), der (die) vom
Empfänger ausgeführt werden soll• inc(), dec(), ...• Die Operation muss in der Schnittstelle des Empfängers
enthalten sein• Es wird nur eine Nachricht mit einer
Dienstanweisung auf einmal geschickt• Wenn mehrere Objekte vorhanden sind, können
sie Botschaften aneinander senden– Teilaufgaben an bekannte Objekte delegieren
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Hilfssystem: ACM JTF Bibliothek• Wir nutzen eine Hilfsbibliothek zur
Programmierung• Diese erlaubt es uns, …
– Programme mit grafischer Oberfläche zu bauen – ab sofort;
– Nutzerinteraktion (Werteingaben, …) auch grafisch zu tätigen;
– Viele Beispiele zu nutzen (siehe Webseite);– Den Programmstart mittels „main“ zu vereinfachen
• Die Bibliothek ist die „ACM JTF“ Bibliothek– ACM: Association for Computing Machinery, die größte
Dachorganisation für Informatiker und verwandte Berufe weltweit
• Siehe www.acm.org; ein Beitritt (19$ pro Jahr!) lohnt sich!– JTF: Java Task Force; 10 erfahrene Informatik-Dozenten– ACM JTF: Die von der JTF der ACM entwickelte Bibliothek
• Verlinkt als „acm.jar“ auf der Webseite (etwa 400 kB)
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Genereller Aufbau bei Nutzung von ACM JTF
• Ihr Programm erbt (T12) von einer dieser Klassen:– acm.program.ConsoleProgram – für eine Eingabekonsole a
la DOS– acm.program.DialogProgram – für dialogbasierte
Ein-/Ausgabe– acm.program.GraphicsProgram – für grafikbasierte
Ausgabe• In der main-Methode erfolgen nur zwei Operationen:
– Erzeugen eines neuen Objekts (T12) mit „new MyProgram()“
– Aufrufen der Methode start(String[] args)• Damit wird das Aufgabefenster angelegt etc.• Dann wird die von Ihnen zu schreibende Methode run()
aufgerufen• Diese Methode sollte dann alle weiteren Aktionen veranlassen
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Interessante Methoden in ConsoleProgram
• void print(X value)– Gibt Wert value aus; X steht dabei für einen beliebigen
Typ• void println(X value)
– Gibt Wert value aus und fügt einen Zeilenvorschub an• void println()
– Gibt einen Zeilenvorschub aus• void clear()
– Löscht das Konsolenfenster• void showErrorMessage(String message)
– Zeigt eine Fehlermeldung (in rot) an• String readLine(String p) / int readInt(String p) /
double readDouble(String p)– Zeigt den Text p an und liest eine Textzeile / int / double
ein16
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Beispielprogramm: Hello World - Console
import acm.program.ConsoleProgram; // Binde "ConsoleProgram" einpublic class HelloConsole extends ConsoleProgram {
public void run() { println("hello, world"); }
/* Standard Java entry point */ /* This method can be eliminated in most Java environments */ public static void main(String[] args) { new HelloConsole().start(); // startet Console, ruft "run" auf }}
Ausgabefenster:
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Interaktivität mit DialogProgram• Die Methoden sind identisch zu ConsoleProgram• Für Ein- und Ausgabe werden nun aber Dialoge
genutzt– Pro Ausgabe oder Eingabe erscheint ein entsprechendes
Fenster• Starten Sie dazu das Programm „Add2Dialog“
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Beispielprogramm: Hello World - Dialogimport acm.program.DialogProgram; // Binde "DialogProgram" einpublic class HelloDialog extends DialogProgram {
public void run() { println("hello, world"); }
/* Standard Java entry point */ /* This method can be eliminated in most Java environments */ public static void main(String[] args) { new HelloDialog().start(); // startet Dialog, ruft "run" auf }}
Ausgabefenster:
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Beispielprogramm: Hello World - Grafikimport acm.graphics.GLabel; // Binde GLabel (anzeigbarer Text) einimport acm.program.GraphicsProgram; // Binde "GraphicsProgram" einpublic class HelloGraphics extends GraphicsProgram { public void run() { GLabel label = new GLabel("hello, world"); // neuer Text
label.setFont("SansSerif-100"); // Font: ohne Serifen double x = (getWidth() - label.getWidth()) / 2; // mittig double y = (getHeight() + label.getAscent()) / 2; // mittig add(label, x, y); // Text hinzufügen
} /* Standard Java entry point */ /* This method can be eliminated in most Java environments */ public static void main(String[] args) { new HelloGraphics().start(); //startet Graphics,ruft "run" auf }
} Ausgabefenster (verkleinert):
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• Allgemeine Unterschiede zwischen Scheme und Java
• Übersetzung von Java-Programmen (Kurzfassung)
• Variablen in Java• Primitive Datentypen• Operatoren für Arithmetik, Logik und
Bitoperationen• Funktionen in Java• Strings in Java• Kontrollflusssteuerung in Java
– Fallunterscheidungen, Schleifen, Rekursion• Listen (Scheme) vs. Felder (Java)• Kommentierung von Java-Elementen• Einführung in die Eclipse
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Inhaltsübersicht
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Variablen in Java• Daten werden Java in der Regel in Variablen
gespeichert– Insbesondere zur Zuweisung des Ergebnisses von
Rechenschritten• Von Scheme kennen Sie Variablen als gebundene
Namen:
• In Java erfolgen Zuweisungen mittels "=":
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;; provide initial value for counter(define counter-value 0);; increment the counter(set! counter-value (succ counter-value))
// provide initial value for countercounterValue = 0;// increment the countercounterValue = counterValue + 1;
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Erste Analyse der Unterschiede
• Kommentare mit „//“ statt „;“• Der Variablendeklaration wird ein Typ vorangestellt
(int)• Variablennamen ohne „-“, dafür Großschreibung im
Wort• „(set! Variable Ausdruck)“ wird zu „Variable =
Ausdruck“• Statt Klammerung enden Anweisungen mit „;“• Statt Präfixnotation (operator param1 … paramn) wird
Infixnotation genutzt– Aus (+ 1 2 3 4 5) wird also 1 + 2 + 3 + 4 + 5
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;; provide initial value for counter(define counter-value 0);; increment the counter(set! counter-value (+ counter-value 1))
// provide initial value for counterint counterValue = 0;// increment the countercounterValue = counterValue + 1;
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Arithmetische Operationen• Java unterstützt alle wesentlichen arithmetischen
Operationen• Beachten Sie, dass die Infixnotation genutzt wird!
– Im Folgenden sei a eine int-Variable (Ganzzahl) mit Wert 15
– Die Tabelle ist nicht vollständig, mehr in einigen Folien
24
Operation In Java
Beispiel
Ergebnis
Addition + 2 + 3 + 7
12
Subtraktion - a – 2 13Multiplikation
* a * 4 60
Division / a / 5 3Divisionsrest % a % 4 3 (da
15=3*4+3)Negation - -a -15
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VariablentypJede Variable hat einen Typ, der festlegt…
– welche Art von Daten in der Variablen gespeichert werden können.
– wie viele Speicherzellen benötigt werden.• int 4 Zellen • long 8 Zellen• …
– welche Operationen auf dem (durch diese Variable bezeichneten) Objekt aufgerufen werden können.
• Der Typ wird der Variablen bei Deklaration vorangestellt:
int counter; 25
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Deklarationen in Java
• Führen neue Namen ein, oft zusammen mit einem Wert– (define …) in Scheme
• In Java assoziieren Deklarationen auch einen Typ mit dem Namen: – Der Typ legt fest, wie die Namen im
Programm benutzt werden dürfen statisch typisierte Sprachen (später mehr)
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Variablentyp
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counter darf nur ganz-zahlige Werte annehmen
counter = 10;counter = "hello";
Nur für ganze Zahlen definierte Operationen dürfen verwendet werden.
counter++;counter.move();
int counter;
4 Speicherzellen
counter
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Variablen: Zuweisung & Ausdrücke
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1size = size + delta;
Ausdruck
• Die linke Seite der Zuweisung muss einen Speicherplatz bezeichnen (in Scheme: ein Name in der Umgebung).
• Die rechte Seite muss ein Ausdruck sein.• Ein Ausdruck muss einen Wert ergeben.
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deltasize
= +
Kontrollfluss Auswertungsreihenfolge
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• Allgemeine Unterschiede zwischen Scheme und Java
• Übersetzung von Java-Programmen (Kurzfassung)
• Variablen in Java• Primitive Datentypen• Operatoren für Arithmetik, Logik und
Bitoperationen• Funktionen in Java• Strings in Java• Kontrollflusssteuerung in Java
– Fallunterscheidungen, Schleifen, Rekursion• Listen (Scheme) vs. Felder (Java)• Kommentierung von Java-Elementen• Einführung in die Eclipse
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Primitive Datentypen• Java bietet mehrere primitive Datentypen:
– Wahr/Falsch Werte: boolean mit Werten true, false
– Ganze Zahlen: byte, short, int, long, z.B. 3– Fließkommazahlen: float, double, z.B. 0.84– Buchstaben: char, z.B. 'A'
• Kein primitiver Datentyp, aber bereits vordefiniert:– Zeichenketten: String, z.B. "Hello World"
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Primitive Datentypen• Warum gibt es mehrere Typen für den gleichen Zweck?
– Was ist der Unterschied zwischen short und int? Verschiedene Typen mit unterschiedlichen
Wertebereichen Je größer der Bereich, desto mehr Speicher wird
gebrauchtTyp Minimalwert
Maximalwert
Speicherplatz
byte -128 127 1 Byte (8 Bit)short -32 768 32 767 2 Bytes (16
Bit)int -2 147 483
6482 147 483
6474 Bytes (32 Bit)
long -263 263-1 8 Bytes (64 Bit)
float 1,402·10-45 3,402·1038 4 Bytes (32 Bit)
double 4,94·10-324 1,797·10308 8 Bytes (64 Bit)
boolean false true 1 Bit31
Scheme bewahrt den Nutzer vor diesen maschinenabhängigen Details. einfacher zu nutzen, weniger fehleranfällig, aber höhere Laufzeit.
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Zeichen in Java• Java verwendet Unicode für den Datentyp char
– Einen 16-Bit-Zeichensatz, in dem fast alle Zeichen aller Sprachen repräsentiert werden können
• Umlaute etc. sind als Unicode-Escapesequenz anzugeben– Diese beginnt immer mit \u, gefolgt von vier
Hexadezimalziffern• Die wichtigsten Umlaute und ihre Codierung sind:
• Konvertierbar durch Kommandozeilenbefehl native2ascii
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char Code char
Code char
Code char
Code
Ä \u00C4
ä \u00E4
Á \u00C1
á \u00E1
À \u00C0
à \u00E0
Ç \u00C7
ç \u00E7
É \u00C9
é \u00E9
È \u00C8
è \u00E8
Ö \u00D6
ö \u00F6
Ó \u00D3
ó \u00F3
Ü \u00DC
ü \u00FC
Ú \u00DA
ú \u00FA
Ù \u00D9
ù \u00F9
 \u00C2
ß \u00DF
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• Allgemeine Unterschiede zwischen Scheme und Java
• Übersetzung von Java-Programmen (Kurzfassung)
• Variablen in Java• Primitive Datentypen• Operatoren für Arithmetik, Logik und
Bitoperationen• Funktionen in Java• Kontrollflusssteuerung in Java
– Fallunterscheidungen, Schleifen, Rekursion• Listen (Scheme) vs. Felder (Java)• Kommentierung von Java-Elementen• Einführung in die Eclipse
Entwicklungsumgebung
Inhaltsübersicht
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Zusammengesetzte Ausdrücke
Beispiele
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double a; int i; char c; boolean b;
a = 3.1415 + 42; // a == 45.1415i = 4 – 9; // i == -5c = 'T'; // c == 'T'i = i + 1; // i == -5 + 1 == -4a = i * 2 + 3; // a == -4 * 2 + 3 == -8 + 3 == -5a = i * (2 + 3); // a == -4 * (2 + 3) == -4 *5 == -20b = true; // b == trueb = i > 0; // -4 > 0 == false b == false
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Boolesche Ausdrücke• Vergleiche:
– == für Gleichheit, != für Ungleichheit• Vorsicht: = alleine steht für die Zuweisung
– <, <=, >=, > wie üblich, aber in Infixnotation• Logisches Nicht ( a):
– true wenn a false ist, sonst false– Notation in Java: !a– Notation in Scheme: (not a)
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a !afalse truetrue false
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Zusammengesetzte boolesche Ausdrücke
• Logische Operatoren ermöglichen die Zusammensetzung von einzelnen booleschen Werten
• Aus der Logik bekannte Operatoren:– logisches Und (AB): ergibt nur true, wenn A und B true sind (Java: A && B; Scheme: (and A B))
– logisches Oder (AB): ergibt nur false, wenn A und B false sind (Java: A || B; Scheme: (or A B))
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A B A && B A || Bfalse false false falsefalse true false truetrue false false truetrue true true true
analog zu and, or in Scheme…
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Zusammengesetzte boolesche Ausdrücke
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Beispieleboolean a, b; int i; char c;
c = 'A'; i = 2; a = false; b = c == 'A'; // b ist jetzt true b = a && b; // b ist jetzt false b = !b; // b ist jetzt true b = i > 0 && 3 / i == 1; // Da i == 2: b == 2 > 0 and 3 /2 // Mit 3/2 == 1 (Ganzzahldivision) // b ist jetzt true
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Nicht-strikte Operatoren• Die logischen Operatoren
a && b (logisches und) a || b (logisches oder)werten den zweiten Operanden nur aus, wenn wirklich benötigt
• Auswertungsabkürzung (nicht-strikte Auswertung)– Beispiel: if (a != 0 && b / a > 1)– Für a == 0 würde b/a einen Fehler erzeugen– Aber false && x ist immer false x wird nicht
ausgewertet
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Bit-Operationen a & b Bitweises Und a | b Bitweises Oder a ^ b Bitweises Exklusiv-Oder, nicht gleich ~a Bitweise Negation a << b Verschiebt a um b Stellen nach links,
entspricht Multiplikation mit 2b
a >> b Verschiebt a um b Stellen nach rechts,
entspricht Division mit 2b
a >>> b Verschiebt a um b Stellen nach rechts und behält das Vorzeichen bei
Diese Operatoren sind für die Typen byte, short, int, long und char definiert. 39
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Bit-Operationen
• short i = 5 i = 0000 0000 0000 0101short j = 3 j = 0000 0000 0000 0011
• i & j = 0000 0000 0000 0001 i & j == 1i | j = 0000 0000 0000 0111 i | j == 7i << 1 = 0000 0000 0000 1010 i << 1 == 10i >> 1 = 0000 0000 0000 0010 i >> 1 == 2~i = 1111 1111 1111 1010 ~i == -6
• Warum ist ~i == -6?– Weil short Zahlen mit Vorzeichen [signed], sind, wird
beim Umkippen des signifikantesten Bits das Vorzeichen von negativ zu positiv. Es gibt fünf Inkrementierungen, bis -1 (nur Einser) erreicht ist.
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Beispiele
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Zuweisungsoperator• In Java ist die Zuweisung ein Operator
– Sie ist ein Ausdruck und keine Anweisung• Eine Zuweisung hat einen Rückgabewert,
neben ihrem essentiellen "Nebeneffekt", den Wert des linken Operanden zu verändern.
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a = b = c = 42;Ausdru
ckAusdruckAusdruck
Ausdruck
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Zusammengesetzter Zuweisungsoperator
• Variablenwerte werden sehr oft etwa wie folgt geändert:i = i + STEP;
• Die Zielvariable tritt an der ersten Stelle des Ausdrucks auf
• Hierfür gibt es eine Kurzschreibweise: i += STEP;
• Entsprechende Varianten gibt es für fast alle Operatoren:+=, -=, *=, /=, |=, &=, ^=, %=, <<=, >>=, >>>=
• Nützlich, wenn das Ziel komplex ist oder nur einmal ausgewertet werden soll,z.B. a[i++]+=2; // Kein guter Stil!
• Bei vielen Programmierern als „Abkürzung“ sehr beliebt
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Unäre Operatoren• Haben nur einen Operanden
– Negation: !a (Scheme: (not a))– Minus als Zeichen (nicht als binärer Operator): -a
• Inkrement/Dekrement Operatoren– Anders als typische unäre Operatoren haben sie einen
Nebeneffekt ++a, a++, --a, a--
– Präfix und Postfix Versionen haben unterschiedliche EffekteBeispiele
43
a = 4; a++; // entspricht: a = a + 1; a==5b = a++; // entspricht: b = a; a = a + 1; a==6, b==5b = ++a; // entspricht: a = a + 1; b = a; a==7, b==7b = a--; // entspricht: b = a; a = a – 1; a==6, b==7
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Operator-Prioritäten• Viele arithmetische Ausdrücke können ohne
Klammern geschrieben werden– Die Auswertungsregeln entsprechen denen der
Schulmathematik
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a + b > 27 && b + c < 35 || a < 3
((((a + b) > 27) && ((b + c) < 35)) || (a < 3))
bedeutet
(or (and (> (+ a b) 27) (< (+ b c) 35)) (< a 3))
In Scheme:
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Operator-Priorität und Assoziativität• Operator-Priorität
– In einem Ausdruck mit mehreren Operatoren werden Operatoren mit höherer Priorität vor denen mit niedriger Priorität angewendet.
– In Scheme trat dies durch Präfixnotation und Klammerung nicht auf.
• Operator Assoziativität: – In einem Ausdruck mit mehr als einem Operator gleicher
Priorität ... • Der Operator ganz links wird zuerst angewendet, wenn der
Operator eine links-nach-rechts Assoziativität hat. • Der Operator ganz rechts wird zuerst angewendet, wenn der
Operator eine rechts-nach-links Assoziativität hat
• Die Prioritäts- und Assoziativitätsregeln in Java sind im Wesentlichen die „üblichen“, wie man sie aus der Algebra und der Logik kennt.
• Die Verwendung von Klammern, um die Prioritätsregeln zu überschreiben, ist ebenfalls aus der Algebra bekannt.
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Operator Priorität und Assoziativität
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Unäre Operatoren ++, --, -, ~, ! rechts
Multiplikation / Division / Rest *, /, % linksAddition/ Subtraktion +, - linksShift <<, >> linksVergleich <, >, <=, >= linksGleichheit ==, != linksbitweises und & linksbitweises xor ^ linksbitweises oder | linkslogisches und && linkslogisches oder || linksBedingungsoperator ? : recht
sZuweisung =, +=, -=,
*=, …rechts
Prio
rität
Assoziativität
In Scheme wegen Präfix Notation nicht notwendig
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• Allgemeine Unterschiede zwischen Scheme und Java
• Übersetzung von Java-Programmen (Kurzfassung)
• Variablen in Java• Primitive Datentypen• Operatoren für Arithmetik, Logik und
Bitoperationen• Funktionen in Java• Strings in Java• Kontrollflusssteuerung in Java
– Fallunterscheidungen, Schleifen, Rekursion• Listen (Scheme) vs. Felder (Java)• Kommentierung von Java-Elementen• Einführung in die Eclipse
Entwicklungsumgebung
Inhaltsübersicht
47
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Aufrufen von Funktionen• In Scheme werden oft Funktionen angewendet
– Dazu wurde einfach der Funktionsname, gefolgt von allen Parametern, in Klammern gesetzt
• In Java erfolgt der Aufruf durch Angabe des Namens, gefolgt von den Parametern in Klammern (und getrennt mit Komma):
– Das Semikolon ist nur nötig, wenn der Befehl hier endet, „average“ also nicht in weitere Rechnungen eingeht
– In der Regel wird das Ergebnis eines Funktionsaufrufes einer Variablen zugewiesen oder in weiteren Rechnungen genutzt
48
(average -42 50) ;; ergibt 4
average(-42, 50); // ergibt 4
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Definition von Funktionen• In Scheme erledigt define die Definition von
Funktionen:
• In Java ist die Notation etwas anders:
– Vor dem Namen der Funktion steht der Ergebnistyp (hier: int)
– Die Parameter stehen in Klammern, getrennt durch Komma– Vor jedem Parameter steht sein Typ
• Auch wenn mehrere Parameter nacheinander den gleichen Typ haben
– Geschweifte Klammern begrenzen die Funktion (wie „()“ in Scheme)
– Der Ergebniswert ist ein Ausdruck nach „return“• Methoden ohne Ergebnis haben als Ergebnistyp „void“
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(define (average x y) (/ (+ x y) 2))
int average(int x, int y) { return (x + y) / 2;}
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Funktionen in Java
Operationskopf
Operationsrumpf(Implementierung)
Explizite Anweisung zur Rückgabe von
Werten
/** * Increases the current value of counter by 1 */
int inc() {
currentVal = currentVal + 1; return currentVal;}
Liste der formalen Parameter (hier:
leer)
Formulierung der Effekte
(später detaillierter)
;;inc: number;;purpose: increases currentVal by 1 (define inc () (begin (set! currentVal (+ currentVal 1)) currentVal))
Typ der Rückgabe
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• Allgemeine Unterschiede zwischen Scheme und Java
• Übersetzung von Java-Programmen (Kurzfassung)
• Variablen in Java• Primitive Datentypen• Operatoren für Arithmetik, Logik und
Bitoperationen• Funktionen in Java• Strings in Java• Kontrollflusssteuerung in Java
– Fallunterscheidungen, Schleifen, Rekursion• Listen (Scheme) vs. Felder (Java)• Kommentierung von Java-Elementen• Einführung in die Eclipse
Entwicklungsumgebung
Inhaltsübersicht
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Strings in Java• Auch wenn sie zunächst so aussehen, sind Strings
in Java keine primitiven Datentypen• Strings werden erzeugt durch die Nutzung von
doppelten Anführungszeichen: "Hello World" erzeugt einen String– Alternativ durch new String("Hello World")
• Durch die Methode toString() kann jedes Objekt (T12) in eine String-Repräsentation umgewandelt werden– Wurde diese Methode nicht „passend“ implementiert,
entsteht in etwa folgender String: MyClassName@1234567ab
– MyClassName steht dabei für den Namen der Klasse– 1234567ab steht für den „Hash-Code“ der Klasse
• Umwandlung primitiver in String:– String.valueOf(x) wobei x den Typ int, boolean, … haben
kann
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Wichtige Methoden der Klasse String• Hier ist nur eine Auswahl – bitte lesen Sie die Doku!
– char charAt(int index) – liefert das Zeichen an Position index– int compareTo(String o),int compareToIgnoreCase(String o) –
vergleicht den aktuellen String mit o:• Sind beide gleich, ist das Ergebnis 0• Ist der aktuelle String lexikografisch „kleiner“, ist das Ergebnis <
0• Ist der aktuelle String lexikografisch „größer“, ist das Ergebnis >
0• Die erste Variante unterscheidet Groß-/Kleinbuchstaben, die 2.
nicht– int indexOf(char c), int indexOf(String o),
int indexOf(char c, int s), int indexOf(String o, int s)• Liefert die erste Position, an der c bzw. o auftritt, sonst -1• In der zweiten Variante gilt dies erst ab Startposition s
– int lastIndexOf(char c), int lastIndexOf(String o),int lastIndexOf(char c, int s), int lastIndexOf(String o, int s)
• Analog zu indexOf, liefert aber die letzte gefundene Position.53
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Wichtige Methoden der Klasse String• int length()
– Liefert die Länge des Strings• String replace(char oldChar, char newChar)
– Ersetzt alle Vorkommen von oldChar durch newChar und gibt einen entsprechenden neuen String zurück.
• boolean startsWith(String s), boolean endsWith(String s)– Liefert true oder false, je nachdem, ob der aktuelle String
mit dem String s anfängt bzw. endet oder nicht.• String substring(int startIndex),
String substring(int startIndex, int endIndex)– Liefert einen Auszug des aktuellen Strings, der an der
Position beginIndex anfängt und bis zum Ende des Strings bzw. in der Variante mit zwei Parametern bis vor endIndex reicht. 54
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Wichtige Methoden der Klasse String• String toLowerCase(), String toUpperCase()
– Diese Methoden erstellen einen neuen String, der dem aktuellen String entspricht, aber bei dem alle Großbuchstaben in Kleinbuchstaben umgewandelt wurden bzw. alle Kleinbuchstaben in Großbuchstaben umgewandelt wurden. Andere Zeichen sind nicht betroffen.
• String trim()– Liefert einen String, der dem aktuellen String entspricht,
nachdem alle führenden und abschließenden "Whitespace"-Zeichen (mit ASCII-Code kleiner als 32, der Codierung des Leerzeichens) entfernt wurden. Daher gilt:
– " Hello World! ".trim(); // returns "Hello World!"• char[] toCharArray()
– Liefert ein char[], bei dem jedes Element genau dem Zeichen an der entsprechenden Position entspricht.
55
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Vergleichen von Strings• Strings bitte nur über String.equals(String s)
vergleichen– Also bitte nicht mit "=="!– Auch wenn es verführerisch ist…– "==" testet in Java, ob zwei Elemente identisch sind, d.h.
es sich um das selbe Objekt - nicht nur um ein "gleiches" handelt.
– Daher sollte man "==" auf Objekten inklusive String immer nur dann verwenden, wenn man wissen will, ob die beiden Objekte wirklich identisch sind und sich nicht nur gleichen.
• == funktioniert aber bei mir – manchmal?– Das liegt an einer „Optimierung“ seitens Java, bei der
mehrfach auftretende gleiche Strings nur einmal gespeichert werden.
– Das gilt aber nicht für dynamisch (zur Laufzeit) erzeugte Strings!
• Strings sind „immutable“ (unveränderlich)– Das heißt: jeder „Änderung“ legt einen neuen String an
(!)
56
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StringBuffer und „Zusammenfügen“ von Strings
• Insbesondere bei der Ausgabe möchte man gerne Elemente aneinanderhängen:– "Hello, " + givenName + " " + familyName
• Dafür gibt es den „+“-Operator für Strings• Aber: dieser erzeugt jedesmal (!) einen neuen
String• Daher ist es besser, mit einem StringBuffer (s.
Doku) zu arbeiten• Grundschema (Details siehe Dokumentation):
– StringBuffer sb = new StringBuffer(256);– sb.append("Hello, ").append(givenName).append(" ");– sb.append(familyName);
• Umwandlung in einen String: durch toString()• Nutzung des StringBuffers ist deutlich effizienter
als „+“57
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• Allgemeine Unterschiede zwischen Scheme und Java
• Übersetzung von Java-Programmen (Kurzfassung)
• Variablen in Java• Primitive Datentypen• Operatoren für Arithmetik, Logik und
Bitoperationen• Funktionen in Java• Strings in Java• Kontrollflusssteuerung in Java
– Fallunterscheidungen, Schleifen, Rekursion• Listen (Scheme) vs. Felder (Java)• Kommentierung von Java-Elementen• Einführung in die Eclipse
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Kontrollstrukturen in Java• Kontrollstrukturen beeinflussen die Ausführung
von Programmen• Zwei grundlegende Typen:
– Bedingung: Anweisungen werden nur ausgeführt, wenn eine Bedingung erfüllt ist• if- und cond-Spezialformen in Scheme
– Schleife: Anweisungen werden mehrfach ausgeführt
• Die Kontrollstrukturen von Java werden durch folgende Grammatikregel angegeben:
59
<Kontrollanweisung> = <If-Anweisung> | <Switch-Anweisung> |
<Return-Anweisung> | <Break-Anweisung> |<While-Schleife> | <Do-Schleife> | <For-Schleife>
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Bedingungen: if-Anweisung
• Die Auswertung von Ausdruck muss vom Typ boolean sein
• Die erste Anweisung wird nur ausgeführt, wenn der Ausdruck als true ausgewertet wird.
• Andernfalls wird der (optionale) else-Zweig ausgeführt• Anweisung kann ein Block sein, also eine Sequenz von
Ausdrücken• In Java geben if-Anweisungen keinen Wert zurück• Der else-Zweig ist optional
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<If-Anweisung> = if (<Ausdruck>) <Anweisung> [else <Anweisung>]
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Fallunterscheidungen: if• In Scheme besteht „if“ immer aus drei Teilen:
– Bedingung– Ausdruck, wenn die Bedingung wahr ist– Ausdruck, wenn die Bedingung falsch ist
• In Java ist die Notation fast identisch (Fokus auf „if“!)
61
(define (absolute x) (if (< x 0) (- x) x))
int absolute(int x) { if (x < 0) return –x; else return x;}
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Die Ausdruck-Äquivalente von if• Anweisung versus Ausdruck• In Scheme ist if ein Ausdruck mit Rückgabewert
– Dieser Ausdruck liefert entweder 100 oder 200 als Ergebnis• Ein Scheme-artiges if gibt es in Java durch das
Konstrukt (condition) ? exp1 : exp2• Falls die Bedingung wahr ist, entspricht der Wert
des Ausdrucks exp1, sonst ist der Wert exp2
62
x = (num < 0) ? 100 : 200;
if (num < 0) x = 100; else x = 200; äquivalent
(if (< num 0) 100 200)
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Fallunterscheidung
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• Wir wollen ein einfaches Programm zur Farbunterscheidung schreiben• Je nach übergebenem Parameter soll ein
„passender“ Farbname ausgegeben werden• Häufig in Grafikanwendungen benutzt• Sogenannte „CLUT“ (Color Look-up Table)
(define (color-choice color) (cond [(= color 0) "schwarz"] [(= color 1) "rot"] [(= color 2) "gelb"] [else "Farbe nicht identifizierbar"]) )
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switch- und break-Anweisungen
64
Die switch-Anweisung kann als verallgemeinerte Form der Programmverzweigung aufgefasst werden
Mehr oder weniger äquivalent zu cond in Scheme
<Switch-Anweisung> = switch(<KonstanterAusdruck>) {<SwitchBlockAnweisungsGruppe>}
<SwitchBlockAnweisungsGruppe> = <BedingungsFall> ... <BedingungsFall> <DefaultFall>
<BedingungsFall> = case <CaseLabel>: <LokalerBlock> <DefaultFall> = default: <LokalerBlock>
<LokalerBlock> = <VariablenDeklarationen> | <Anweisungen>
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switch- und break-Anweisungen
65
public class SwitchAnweisung1 { public static void main(String[] args) { int farbeingabe = 1; switch(farbeingabe) { case 0: System.out.println("schwarz"); case 1: System.out.println("rot"); case 2: System.out.println("gelb"); default: System.out.println(
"Farbe nicht identifizierbar");
} } }
• Maximal eine default-Alternative!• KonstanterAusdruck muss zur
Übersetzungszeit berechnet werden können
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Vergleich von switch und cond• Statt mehreren Bedingungen kann in Java nur ein
konstanter Ausdruck genutzt werden• Auch die zu prüfenden Werte (case) müssen
konstant sein• switch passt nur in speziellen Fällen dort, wo man
in Scheme ein cond genutzt hätte• In der Regel entspricht dem cond von Scheme eine
Folge von if-Befehlen
• Da bei return die Methode verlassen wird, können wir hier auch auf „else“ verzichten
66
(define (absolute x) (cond [(> x 0) x] [(= x 0) 0] [else (- x)]))
int absolute(int x) { if (x > 0) return x; else if (x == 0) return 0; else return –x;}
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Semantik der switch-Anweisung• Auswertung des konstanten Ausdrucks und
Durchsuchung der case-Labels nach einem passenden Wert
• Passendes case-Label gefunden– Ausführung aller folgenden Anweisungen– Beachte: das sind auch die Anweisungen der
eventuell folgenden case- und default-Labels• Kein passendes case-Label gefunden
– Sprung zum (optimal) vorhandenen default-Label
– Ausführung aller folgenden Anweisungen: • Das könnten auch die Anweisungen der
eventuell folgenden case- und default-Labels sein 67
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Semantik der switch-Anweisung
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public class SwitchAnweisung1 { public static void main(String[] args) { int farbeingabe = 1; switch (farbeingabe) { case 0: System.out.println("schwarz"); case 1: System.out.println("rot"); case 2: System.out.println("gelb"); default: System.out.println(
"Farbe nicht identifizierbar");
} } }
Aufruf: java SwitchAnweisung1 liefert: rot gelb Farbe nicht identifizierbar
Nicht was wirwollten
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Semantik der switch-Anweisung
69
public class SwitchAnweisung2 { public static void main(String [] args) { int farbeingabe = 1; switch (farbeingabe) { case 0: System.out.println("schwarz"); break; case 1: System.out.println("rot");
break; case 2: System.out.println("gelb"); break; default: System.out.println(
"Farbe nicht identifizierbar");
} } }
Beispiel
Aufruf: java SwitchAnweisung2 liefert: rot
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Semantik der switch-Anweisung• Bemerkungen:
– Die break- (oder auch return-) Anweisung kann verwendet werden, um den switch-Block zu verlassen
– Ist kein default-Label vorhanden und keines der case-Labels passt, dann wird der switch-Block übersprungen
– Üblicherweise ist break die letzte Anweisung eines case-Labels
– Das default-Label sollte das letzte Label sein70
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Rekursive Funktionsaufrufe• In Scheme haben wir in der Regel Rekursion verwendet,
um eine Operation auf mehreren Daten anzuwenden
• Das geht in Java natürlich auch:
• Für viele Anwendungen werden stattdessen Schleifen verwendet
• Eine Schleife führt (nach bestimmten Kriterien) Befehle wiederholt aus
71
(define (sum-until-n n) (if (<= n 0) 0 (+ n (sum-until-n (- n 1))) ))
int sumUntilN(int n) { if (n <= 0) return 0; return n + sumUntilN(n - 1);}
„Addiere alle Zahlen von 1 bis n"
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Schleifen• Die einfachste Schleife wiederholt eine Anweisung
eine feste Anzahl mal (engl. „counting loop“)• In Java: for-Schleife
72
<For-Schleife> = for ([<Anweisung> | <Variablen-Deklaration>]; [<Ausdruck>];[<Anweisung>]) <Anweisung> Ausdruck muss vom Typ boolean
seinfor (int i = start; i < end; i++) // vorwaerts...for (int i = end; i > start; i-=2) // rueckwaerts, Schrittweite 2
int sumUntilN(int n) { int sum = 0; for (int i = 1; i <= n; i++) sum += i; return sum;} „Addiere alle Zahlen von 1 bis n"
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Schleifen und Rekursion
73
(define (factorial1 n) (if (= n 1) 1 (* n (factorial1 (- n 1))) )
(define (factorial2 n) (local ( (define (iter product counter) (if (> counter n) product (iter (* counter product) (+ counter 1)))))) (iter 1 1) )
(define (factorial3 n) (local ((define product 1) (define counter 1) (define (iter) (if (> counter n) product (begin (set! product (* counter product)) (set! counter (+ counter 1)) (iter))))) (iter)))
Rekursion im Akkumulator-Stil
Iteration mit Zuweisungen
Natürliche Rekursion
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Schleifen und Rekursion
74
class Example { public int factorial1(int n) { if (n == 1) { return 1;} else { return n * factorial1(n-1); } }
public int factorial2(int n) { return iter(1, 1, n); } private int iter(int product, int counter, int n) { if (counter > n) { return product; } else { return iter(counter * product, counter + 1, n); } }
public int factorial3(int n) { int product=1; for (int counter = 1; counter <= n; counter = counter + 1) { product = counter * product; } return product; }}
Natürliche Rekursion
Lineare Iteration
Iteration mit Zuweisungen
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Die while-Schleife• Häufig werden Schleifen nicht eine feste Anzahl mal
ausgeführt• Eine while-Schleife führt eine Anweisung aus, solange
die Schleifen-Bedingung wahr ist
Ausdruck muss vom Typ boolean sein
• Vor der ersten und vor jeder weiteren Ausführung der Anweisung wird die Schleifenbedingung geprüft.
• Sobald die Bedingung als false ausgewertet wird, endet die Schleife.
Es ist nicht sicher, dass der Schleifenkörper überhaupt ausgeführt wird.
75
<While-Schleife> = while (<Ausdruck>) <Anweisung>
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Die while-Schleife: Beispiel
76
Entweder wurde ein Divisor kleiner als number gefunden oder factor wurde erhöht, bis es gleich number wurde.
// Zahl ist groeser als 0boolean isPrime(int number) { int factor = 2; // pruefe alle Faktoren, bis einer die Zahl teilt while (number % factor != 0) { factor = factor + 1; } return number == factor;}
„Prüfe, ob eine Zahl prim ist"
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Wie schreibt man eine while-Schleife?
1. Formuliere den Test, der festlegt, ob die Schleife wieder ausgeführt wird. z.B. (x - y*y) > 0.005 bedeutet, dass die
Präzision noch nicht gut genug ist 2. Formuliere die Aktionen für den Schleifenkörper,
der einen Schritt näher an den Abbruch der Schleife führt.• z.B. s = s + i; i++, addiere die Werte
3. Meistens braucht man eine Initialisierung vor der Schleife und etwas Nachbearbeitung nach der Schleife. 77
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Schleifen: while und for
• Im Allgemeinen hat eine while-Schleife die Form
• Das passt genau für die for-Schleife– Die Anwendung mit einer festen Ausführungszahl ist
nur ein Spezialfall!
78
<initialization>;while (<condition>) { <core loop body>; <loop advancement>;}
for (<initialization>; <condition>; <loop advancement>) <core loop body>
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Die do-while-Schleife• Eine do-while-Schleife prüft die Bedingung
nach der Ausführung des Schleifenkörpers
• Der Schleifenkörper wird wenigstens einmal ausgeführt
• Wenn Ausdruck false ist - die Auswertung findet nach der Ausführung des Schleifenkörpers statt - bricht die Schleife ab
79
<Do-Schleife> = do <Anweisung> while (<Ausdruck>)
<Ausdruck> muss vom Typ boolean sein
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• Allgemeine Unterschiede zwischen Scheme und Java
• Übersetzung von Java-Programmen (Kurzfassung)
• Variablen in Java• Primitive Datentypen• Operatoren für Arithmetik, Logik und
Bitoperationen• Funktionen in Java• Strings in Java• Kontrollflusssteuerung in Java
– Fallunterscheidungen, Schleifen, Rekursion• Listen (Scheme) vs. Felder (Java)• Kommentierung von Java-Elementen• Einführung in die Eclipse
Entwicklungsumgebung
Inhaltsübersicht
80
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Listen in Scheme• In Scheme wurde sehr viel rekursiv auf Listen
gearbeitet• Listen sind rekursiv definiert (first, rest) und
eignen sich sehr gut für rekursive Algorithmen• Listen sind „fest eingebaut“, müssen also nicht
neu definiert werden– Im Gegensatz etwa zu unseren Bäumen und Graphen
• Listen haben eine unbegrenzte Länge– Sie „wachsen mit“, wenn neue Daten eingefügt werden
• Es gibt spezialisierte Zugriffsfunktionen– first, second, third, …– Sehr einfach zu definieren, falls nicht „schon vorhanden“
• Was bietet Java an Vergleichbarem an?81
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Felder / Arrays: Motivation
• Verwendung vieler Variablen (a1, a2, …) geht nicht– Anzahl der Elemente wäre fest– Mühsame Vergleicheif (a1 < a2) { if (a1 < a3) ...
– Erzeugt sehr schwer erweiterbaren Code• Verwendung von Datenstrukturen mit
sequentiellem Zugriff auf die Elemente ist häufig zu ineffizient– Das ist aber genau das, was Scheme mit Listen bietet! 82
Mathe: a1, a2, a3,...Referenz-Typ "Array"Wie kann man schnellen Zugriff auf eine potentiell große Anzahl an Elementen bieten, z.B. um sie zu sortieren?
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ArraysLösung: Array• Eine Zusammenfassung mehrerer Elemente des
selben Typs, indizierbar durch die Array Variable<Array-type> ::= <type>[]<Array-Creation> ::= new <type>[<size>]Beispiel:
// erzeuge ein Array mit 15 Ganzzahlenint[] scores = new int[15];
83
Ein zusammenhängender Speicherbereich mit Platz für 15 Ganzzahlen wird reserviert. Dies erlaubt effizienten Zugriff.
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Arrays• Zugriff auf ein bestimmtes Array Element
– z.B. a[0], a[1], a[3]• In Java hat das erste Array Element den Index 0,
das letzte hat immer den Index <array size> - 1– Abfragen der Länge eines Arrays a: a.length
• ohne Klammern!– Die Nutzung eines illegalen Index verursacht eine
Exception (ArrayIndexOutOfBoundsException) Laufzeitfehler
• Der Vorteil von a[0] im Vergleich zu a0 ist die potentielle Verwendung einer Variablen als Indexint i = 5;a[i+1] = a[i] + a[i–1];
84
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Initialisierung von Arrays
85
int[] scores = new int[]{ 6, 4, 2, 8, 3 };
String[] predators = new String[] { "lion", "tiger", "shark"};
String[] predators = new String[3];predators[0] = "lion";predators[1] = "tiger";predators[2] = "shark";
Deklariert und definiert automatisch ein Array mit 5 Elementen
äquivalent
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Referenz-Typ „Array“• Arrays sind Objekte
– Werden mit "new" erzeugt (-> mehr in T12…)– Werden durch garbage collection entsorgt
• Array-Variablen enthalten Referenzen zu Array-Objektenint[] a;int[] b = new int[]{ 3, 1, 4 };a = b; // a und b greifen jetzt
// auf das selbe Array zu!
• Unterschiede zu anderen Referenz-Typen:– new-Operator benutzt keinen „Konstruktor"– Keine Vererbung zwischen Array Typen
86
3 1 4
b a
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Mehrdimensionale Arrays
• Arrays mit Arrays als Elementen– Deklaration: int[][] table;– Erzeugung:
87
table = new int[3][2]; table = new int[3][]; table[1] = new int[2];oder
000
00
0 00
0 0
Keine Dimension spezifiziert. Vorteil:
effiziente Speicherung von nicht-rechteckigen Strukturen dreieckige
Matrix
– Zugriff: table[1][0] = 42;
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Mehrdimensionale Arraysint pascal[][] = new int[][] {
{ 1 }, { 1, 2, 1}, { 1, 3, 3, 1}, { 1, 4, 6, 4,
1} }
88
pascal[3][1]
1 12
13
1 31
14641
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Mehrdimensionale Arrays
table.length // 3table[0].length // NullPointerExceptiontable[1].length // 2table[1][2] // IndexOutOfBoundsException
89
042
table
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Arrays - Darstellung
• Mehrdimensionale Arrays– nutze Zeilen-Spalten-Folge: auf A[2,4] folgt A[2,5] – nutze Spalten-Zeilen-Folge: auf A[2,4] folgt A[3,4] – Unterschied kann wichtig sein im Hinblick auf Caching
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Arrays - Darstellung• Mehrdimensionale Arrays
– Kann in Java auch ein „Array von Referenzen zu Arrays“ sein.• Frage: Was sind die Vor- und Nachteile von “fortlaufender
Belegung” und “Arrays von Pointern auf Arrays” ?– [C/C++ Notation!]
91
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• Allgemeine Unterschiede zwischen Scheme und Java
• Übersetzung von Java-Programmen (Kurzfassung)
• Variablen in Java• Primitive Datentypen• Operatoren für Arithmetik, Logik und
Bitoperationen• Funktionen in Java• Strings in Java• Kontrollflusssteuerung in Java
– Fallunterscheidungen, Schleifen, Rekursion• Listen (Scheme) vs. Felder (Java)• Kommentierung von Java-Elementen• Einführung in die Eclipse
Entwicklungsumgebung
Inhaltsübersicht
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Kommentierung von Java-Elementen• Bei Nutzung der korrekten Kommentarnotation
kann Java automatisch Dokumentationen in HTML erzeugen
• Möglich für alle „nach außen“ sichtbaren Elemente:– Klassen– Konstante– Klassen- und Objektattribute– Methoden
• Grundlegende Notation: vor dem Element steht ein Kommentar folgender Form
/** * Kommentartext */• Viel mehr unter http://java.sun.com/j2se/javadoc/index.jsp
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Sonderformate• Es gibt zahlreiche Sonderbefehle
– Fangen immer mit „@“ an• Diese gehören in eine eigene Zeile des
Kommentars– „*“ am Anfang der Zeile nicht vergessen
• @param x text– Kommentar „text“ zu Parameter „x“
• @return text– Kommentiert, was diese Methode zurückgibt– Natürlich nur sinnvoll, wenn die Methode nicht void ist!
• @author text– Autorangabe, oft in Form „Name <email>“
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Sonderformate II• @throws type text
– Beschreibt das (mögliche) Auftreten einer Exception ( T18) mit Angabe von Typ und „wann / warum“ das passieren kann
• @version double– Angabe der Versionsnummer
• @since text– Angabe, seit wann diese Version existiert– Im JDK oft „1.5“: erst seit Java 1.5/5.0
• @see Referenz– Querverweis auf andere Elemente– Bei anderer Klasse: @see
packagenamen.Klasse#Methode– Methoden mit Parameter: Angabe mit Typ der Parameter
• Z.B. als m(int, String, double) 95
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Beispiel/** * This method will sort the array passed in, thus * changing its elements. * Uses quicksort(array, 0, array.length-1) for sorting. * * @param array the array to be sorted * @throws IllegalArgumentException if the array is null * @author Guido Roessling [email protected] * @version 0.2 * @see #quicksort(array, int, int) */public void quicksort(int[] array) { /* … */ }
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• Allgemeine Unterschiede zwischen Scheme und Java
• Übersetzung von Java-Programmen (Kurzfassung)
• Variablen in Java• Primitive Datentypen• Operatoren für Arithmetik, Logik und
Bitoperationen• Funktionen in Java• Strings in Java• Kontrollflusssteuerung in Java
– Fallunterscheidungen, Schleifen, Rekursion• Listen (Scheme) vs. Felder (Java)• Kommentierung von Java-Elementen• Einführung in die Eclipse
Entwicklungsumgebung
Inhaltsübersicht
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Integrierte Entwicklungsumgebung• Eine integrierte Entwicklungsumgebung (integrated
development environment, IDE) ist ein Programm zur Unterstützung von Entwicklern bei der Erstellung von Anwendungen
• Eine IDE besteht normalerweise aus einem Quellcode-Editor, einem Compiler und/oder Interpreter, Werkzeugen zur automatisierten Anwendungserzeugung, und (normalerweise) einem Debugger– Viele moderne IDEs verfügen außerdem über einen
Klassen-browser, einen Objektinspektor und ein Klassenhierarchie-diagramm, die in der Erstellung objektorientierter Anwendungen verwendet werden können.
• Eine IDE ist typischerweise für eine bestimmte Sprache gedacht, wie z. B. die Visual Basic IDE.
• IDEs, die mehrere Programmiersprachen unterstützen: Eclipse, NetBeans, Microsoft Visual Studio
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Der Eclipse-Java-Editor• Die Fähigkeiten des Eclipse-Editors umfassen auch
Codevervollständigung und Syntaxprüfung.
• Codevervollständigung stellt eine kontextsensitive Liste von Vorschlägen dar, die mit der Tastatur oder Maus ausgewählt werden können:– Eine Liste von Methoden, die zu einem Objekt passen, oder ein zu
ergänzendes Codestück, basierend auf Schlüsselwörtern wie for oder while
– Kann durch Strg-Leertaste aufgerufen werden
• Syntaxprüfung hängt von inkrementeller Übersetzung ab– Wenn der Quelltext gespeichert wird, wird er im Hintergrund übersetzt
und auf Syntaxfehler überprüft• Kein separater Übersetzungsschritt!
– Standardmäßig werden Syntaxfehler rot unterstrichen, und ein roter Punkt mit einem weißen "X" erscheint am linken Rand.
– Fehler, die durch eine Glühbirne am linken Rand des Editors angezeigt werden, kann der Editor selbst beheben Quick Fix
• Erreichbar durch Strg-199
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Der Eclipse-Java-Editor
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Outline (Übersich
t)
Probleme(Compile-Fehler,
Warnungen)
Tabs für Sichten, hier:
Probleme
Code Edito
r
Package Übersich
t
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Eclipse: Anzeige von JavaDoc
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Eclipse: Codevervollständigung
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Eclipse: Inhaltshilfe
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Eclipse: Refactoring
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Debugging mit Eclipse• Der JDT-Debugger von Eclipse kann ein Java-
Programm Zeile für Zeile ausführen, z. B. um Variablenwerte an bestimmten Punkten zu untersuchen– Eine der mächtigsten Möglichkeiten, um Fehler im Code
aufzuspüren– Entspricht der schrittweisen Auswertung in DrScheme
• Um das Debugging vorzubereiten, wird ein Unterbrechungspunkt (breakpoint) im Code gesetzt– An diesem Punkt unterbricht der Debugger die
Ausführung und wechselt zur Debugger-Perspektive– Ein Breakpoint wird durch einen Doppelklick in den
grauen Rahmen auf der linken Seite des Editors gesetzt• Es erscheint ein blauer Punkt, der den Breakpoint anzeigt
• Starten Sie das Program mit „Debug“, nicht mit „Run“ im Menü „Run“! 105
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Ansichten der Debugging-Perspektive
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Die Debug-Ansicht zeigt den Aufrufstack und die Zustände aller Threads, einschl. der bereits fertig ausgeführten
Ansichten zur Modifi-kation von Variablen
und Break-points
schrittweise durch den Code gehen
Editor-Ansicht
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Wichtige Tastenkürzel für Eclipse• Eclipse bietet sehr viele sehr gute Möglichkeiten
zur Unterstützung des Programmierens• Hier die wichtigsten allgemeinen Tastenkürzel
– Für Windows; auf anderen Betriebssystemen (Mac; im Pool, …) evtl. teilweise anders
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Kürzel EffektStrg-Leertaste
Code vervollständigen
Strg-F Text suchen / ersetzenStrg-H Spezielle Suche (nach Klassen, in Dateien, …)Strg-J Inkrementelle Suche („Weitersuchen“)Strg-K Zur nächsten Fundstelle springenStrg-Shift-K Zur vorherigen Fundstelle springenStrg-F11 Programm ausführenF11 Programm im Debugger starten
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Tastenkürzel Eclipse für JavaKürzel EffektF3 Deklaration des Elements unter dem Cursor
öffnenF4 Klassenhierarchie im View zeigenAlt-Shift-S Source-Menü einblendenAlt-Shift-Z Codeblock umschließen (etwa mit try/catch, s.
später)Shift-F2 Externe Javadoc-Dokumentation öffnenStrg-/ Zeilen auskommentierenStrg-1 Quick Fix (automatische Korrektur)Strg-2 Abkürzungen für Quick AssistStrg-Alt-H Aufrufhierarchie der aktuellen MethodeStrg-G Deklaration der Klasse im Workspace suchenStrg-I Einrückungen anpassenStrg-O Outline (Übersicht) einblendenStrg-T Klassenhierarchie einblenden 108
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Tastenkürzel Eclipse für Java
Kürzel EffektStrg-Shift-F
Code automatisch formatieren
Strg-Shift-G
Referenzen der selektierten Klasse im Workspace suchen
Strg-Shift-O
Import-Anweisungen automatisch erstellen (-> T15)
Strg-Shift-T
Schnellsuche für Klassen
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Code Refactoring
Kürzel EffektAlt-Shift-C Parameter einer Methode ändernAlt-Shift-I Methode einbettenAlt-Shift-M Methode extrahierenAlt-Shift-R UmbennenenAlt-Shift-T Refactoring-Menü anzeigenAlt-Shift-V Verschieben
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• Beim Refactoring können Methoden einfach umbenannt, Parametertypen geändert werden etc.
• Normalerweise viel „Handarbeit“• Neben der Methode selbst sind auch alle Methoden
anzupassen, die darauf zugreifen• Eclipse erledigt das automatisch
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Tastenkürzel für den Debugger• Auch für den Debugger gibt es hilfreiche
Tastenkürzel
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Kürzel Effekt F11 Programm im Debugger startenStrg-Shift-B
Haltepunkt an aktueller Codezeile setzen
Strg-Shift-I Variable inspizierenF5 Step into (in Methodenaufrufe etc. hineingehen)F6 Step over (über Methodenaufrufe etc.
hinweggehen)F7 Step return (Methode bis zum return ausführen)F8 Ausführung fortsetzen
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Zusammenfassung• OOP ist ein Programmierparadigma, das Berechnungen als
Mengen von Objekten strukturiert, die über Methodenaufrufe kooperieren.
• Klassen und Objekte in Java ähneln Konstruktorfunktionen und den entsprechenden Objekten in Scheme.– Die Unterschiede sind in erster Linie syntaktischer Natur!– Die Dispatch-Mechanismen sind fest in die Semantik von OO-
Sprachen eingebaut (Details dazu folgen später)• Java basiert auf VM-Technologie die beste der Compiler-
und Interpreter-Technologien• Konditionale in Java ähneln denen in Scheme;
Kontrollstrukturen werden oft an Stelle von Rekursion eingesetzt.
• Entwicklungsumgebungen unterstützen den Entwicklungsprozess.
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Grundlagen der Informatik I: T11
Übungsmöglichkeiten• Auf der Webseite finden Sie einige
Programmbeispiele– Binden Sie „acm.jar“ in den CLASSPATH ein, wie dort
beschrieben• Außerdem betreibt der Fachbereich Informatik
Webtasks– http://webtasks.informatik.tu-darmstadt.de/webtasks– Viele Programmieraufgaben, von „sehr einfach“ bis „recht
schwer“• Außerdem auch einige Multiple-Choice Tests für „höhere
Semester“– Insbesondere die Aufgaben zu Arrays und Schleifen sind gut
zum Üben geeignet – auch für „erfahrenere Programmierer“– Jede Einreichung wird mit javac übersetzt und mit JUnit
getestet– Sie erhalten passendes Feedback, was „schief ging“ und
können den Code entsprechend überarbeiten und neu einreichen
– Wer eine Aufgabe gelöst hat, hat Zugriff auf alle anderen Lösungen dieser Aufgabe und kann davon lernen bzw. sie kommentieren
• Nutzung erfolgt mit RBG-Login oder freier Login-Wahl
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In beiden Stilen programmieren• Programmieren in Java
– Fördert den imperativen Stil auf viele Arten• Bequemer syntaktischer Zucker für viele imperative
Konstrukte, z.B. verschiedene Schleifen für unterschiedliche Zwecke
– Funktionen höherer Ordnung fehlen • Dies macht es schwieriger, manche interessante Muster
der funktionalen Programmierung auszudrücken• Können teils durch Objekte simuliert werden
• Programmieren in Scheme– Scheme unterstützt den funktionalen Stil
sehr gut– Der imperative Stil wird auch unterstützt
• siehe das factorial3-Beispiel114
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In beiden Stilen programmieren
• Man kann in Scheme und Java in beiden Stilen programmieren! – Ein guter Programmierer muss in beiden Stilen
ein Experte sein. – Ziel #1 dieser Vorlesung: Sie sollen beide Stile
können!
• “Objektorientierter Stil” ist ein anderes Thema!
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