Grundkurs Programmieren in Java 1. Der Einstieg in Programmierung und Objektorientierung

489 Pages·2006·2.74 MB·German

by  Dietmar Ratz

Ratz/Scheffler/Seese/Wiesenberger
Grundkurs Programmieren in Java
Band 1:
Der Einstieg in Programmierung und Objektorientierung

v
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Dietmar Ratz
Jens Scheffler
Detlef Seese
Jan Wiesenberger

Grundkurs
Programmieren in Java
Band 1:
Der Einstieg in Programmierung
und Objektorientierung

3., aktualisierte und überarbeitete Auflage
Prof. Dr. Dietmar Ratz
Berufsakademie Karlsruhe, University of Cooperative Education
Dipl-Math. Jens Scheffler, INII Inc., Chesapeake, VA, USA
Prof. Dr. Detlef Seese
Universität Karlsruhe, Institut für Angewandte Informatik und Formale Beschreibungsverfahren
Dipl.-Wi.-Ing. Jan Wiesenberger, m+ps, Karlsruhe

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© 2006 Carl Hanser Verlag München Wien (www.hanser.de)
Lektorat: Margarete Metzger
Produktionsbetreuung: Irene Weilhart
Copy-editing: Manfred Sommer, München
Datenbelichtung, Druck und Bindung: Kösel, Krugzell
Ausstattung patentrechtlich geschützt. Kösel FD 351, Patent-Nr. 0748702
Printed in Germany

ISBN-10: 3-446-40493-7
ISBN-13: 978-3-446-40493-9
DietmarRatz,JensScheffler,DetlefSeese,JanWiesenberger
Grundkurs Programmieren in Java
Band1:DerEinstieginProgrammierung undObjektorientierung
3.,u¨berarbeiteteAuflage
Inhaltsverzeichnis
Vorwort. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1 Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.1 Java–mehralsnurkalterKaffee? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.2 Javafu¨rAnfa¨nger–dasKonzeptdiesesBuches . . . . . . . . . . . . 16
1.3 WeitereInfosundKontaktzudenAutoren . . . . . . . . . . . . . . 17
1.4 VerwendeteSchreibweisen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2 EinigeGrundbegriffeausderWeltdesProgrammierens . . . . . . . . . 19
2.1 Computer,Software,InformatikunddasInternet . . . . . . . . . . 19
2.2 WasheißtProgrammieren? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
I Einstieg indasProgrammiereninJava 27
3 AllerAnfangistschwer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
3.1 MeinerstesProgramm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
3.2 Formeln,Ausdru¨ckeundAnweisungen . . . . . . . . . . . . . . . . 30
3.3 Zahlenbeispiele . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
3.4 VerwendungvonVariablen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
3.5 AufdenSchirm!“ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
”
3.6 DasProgrammgeru¨st . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
3.7 Eingeben,u¨bersetzenundausfu¨hren . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
3.8 U¨bungsaufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
4 GrundlagenderProgrammierunginJava. . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
4.1 GrundelementeeinesJava-Programms . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
4.1.1 Kommentare . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
4.1.2 BezeichnerundNamen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
4.1.3 Literale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
4.1.4 ReservierteWo¨rter,Schlu¨sselwo¨rter . . . . . . . . . . . . . . 43
4.1.5 Trennzeichen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
4.1.6 Interpunktionszeichen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
4.1.7 Operatorsymbole . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
4.1.8 import-Anweisungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
4.1.9 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
4.1.10 U¨bungsaufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
4.2 ErsteSchritteinJava . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
4.2.1 GrundstruktureinesJava-Programms . . . . . . . . . . . . . 48
4.2.2 AusgabenaufderKonsole. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
4.2.3 EingabenvonderKonsole . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
4.2.4 Scho¨nerProgrammiereninJava . . . . . . . . . . . . . . . . 51
4.2.5 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
4.2.6 U¨bungsaufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
4.3 EinfacheDatentypen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
4.3.1 GanzzahligeDatentypen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
4.3.2 Gleitkommatypen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
4.3.3 DerDatentypcharfu¨rZeichen . . . . . . . . . . . . . . . . 57
4.3.4 Zeichenketten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
4.3.5 DerDatentypbooleanfu¨rWahrheitswerte . . . . . . . . . 58
4.3.6 ImpliziteundexpliziteTypumwandlungen . . . . . . . . . . 58
4.3.7 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
4.3.8 U¨bungsaufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
4.4 DerUmgangmiteinfachenDatentypen . . . . . . . . . . . . . . . . 61
4.4.1 Variablen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
4.4.2 OperatorenundAusdru¨cke . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
4.4.2.1 ArithmetischeOperatoren . . . . . . . . . . . . . . 66
4.4.2.2 Bitoperatoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
4.4.2.3 Zuweisungsoperator . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
4.4.2.4 VergleichsoperatorenundLogischeOperatoren . . 72
4.4.2.5 Inkrement-undDekrementoperatoren . . . . . . . 73
4.4.2.6 Priorita¨tundAuswertungsreihenfolgeder
Operatoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
4.4.3 AllgemeineAusdru¨cke . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
4.4.4 Ein-undAusgabe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
4.4.4.1 StatischerImportderIOTools-MethodeninJava5.0 78
4.4.5 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
4.4.6 U¨bungsaufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
4.5 AnweisungenundAblaufsteuerung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
4.5.1 Anweisungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
4.5.2 Blo¨ckeundihreStruktur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
4.5.3 Entscheidungsanweisung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
4.5.3.1 Dieif-Anweisung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
4.5.3.2 Dieswitch-Anweisung . . . . . . . . . . . . . . . 86
4.5.4 Wiederholungsanweisungen,Schleifen . . . . . . . . . . . . 87
4.5.4.1 Diefor-Anweisung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
4.5.4.2 Vereinfachtefor-Schleifen-NotationinJava5.0 . . 89
4.5.4.3 Diewhile-Anweisung . . . . . . . . . . . . . . . . 89
4.5.4.4 Diedo-Anweisung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
4.5.4.5 Endlosschleifen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
4.5.5 SprungbefehleundmarkierteAnweisungen . . . . . . . . . 92
4.5.6 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
4.5.7 U¨bungsaufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
5 Praxisbeispiele . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
5.1 WorumgehtesindiesemKapitel? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
5.2 TeilbarkeitzumErsten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
5.2.1 Aufgabenstellung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
5.2.2 AnalysedesProblems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
5.2.3 AlgorithmischeBeschreibung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
5.2.4 ProgrammierunginJava . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
5.2.5 Vorsicht,Falle! . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
5.2.6 U¨bungsaufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
5.3 TeilbarkeitzumZweiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
5.3.1 Aufgabenstellung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
5.3.2 AnalysedesProblems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
5.3.3 AlgorithmischeBeschreibung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
5.3.4 ProgrammierunginJava . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
5.3.5 Vorsicht,Falle! . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
5.3.6 U¨bungsaufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
5.4 Dreierlei . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
5.4.1 Aufgabenstellung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
5.4.2 AnalysedesProblems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108
5.4.3 AlgorithmischeBeschreibung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108
5.4.4 ProgrammierunginJava . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108
5.4.5 Vorsicht,Falle! . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112
5.4.6 U¨bungsaufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112
6 Referenzdatentypen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
6.1 Felder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
6.1.1 WassindFelder? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122
6.1.2 Deklaration,ErzeugungundInitialisierungvonFeldern . . 123
6.1.3 FelderunbekannterLa¨nge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126
6.1.4 Referenzen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128
6.1.5 EinbessererTerminkalender . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
6.1.6 MehrdimensionaleFelder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134
6.1.7 MehrdimensionaleFelderunterschiedlicherLa¨nge . . . . . 138
6.1.8 Vorsicht,Falle:KopierenvonmehrdimensionalenFeldern . 140
6.1.9 Vereinfachtefor-Schleifen-NotationinJava5.0 . . . . . . . 141
6.1.10 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142
6.1.11 U¨bungsaufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143
6.2 Klassen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146
6.2.1 WassindKlassen? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147
6.2.2 DeklarationundInstantiierungvonKlassen . . . . . . . . . 148
6.2.3 KomponentenzugriffbeiObjekten . . . . . . . . . . . . . . . 149
6.2.4 EinerstesAdressbuch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150
6.2.5 KlassenalsReferenzdatentyp . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152
6.2.6 FeldervonKlassen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155
6.2.7 Vorsicht,Falle:KopierenvongeschachteltenReferenzdaten-
typen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158
6.2.8 AuslagernvonKlassen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
6.2.9 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161
6.2.10 U¨bungsaufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161
7 Methoden,Unterprogramme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163
7.1 Methoden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164
7.1.1 WassindMethoden? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164
7.1.2 DeklarationvonMethoden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165
7.1.3 Parameteru¨bergabeund-ru¨ckgabe . . . . . . . . . . . . . . . 166
7.1.4 AufrufvonMethoden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168
7.1.5 U¨berladenvonMethoden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169
7.1.6 VariableArgument-AnzahlbeiMethodeninJava5.0 . . . . 171
7.1.7 Vorsicht,Falle:ReferenzenalsParameter . . . . . . . . . . . 172
7.1.8 SichtbarkeitundVerdeckenvonVariablen . . . . . . . . . . 174
7.1.9 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176
7.1.10 U¨bungsaufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176
7.2 RekursivdefinierteMethoden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177
7.2.1 Motivation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177
7.2.2 DasAchtdamenproblem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179
7.2.2.1 Aufgabenstellung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179
7.2.2.2 Lo¨sungsidee . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180
7.2.2.3 ErsteVorarbeiten:DieMethodenausgabeund
bedroht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180
7.2.2.4 DieRekursion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182
7.2.2.5 DieLo¨sung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185
7.2.3 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186
7.2.4 U¨bungsaufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187
7.3 DieMethodemain . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187
7.3.1 Kommandozeilenparameter. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187
7.3.2 Anwendungdervereinfachtenfor-Schleifen-Notationin
Java5.0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189
7.3.3 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189
7.3.4 U¨bungsaufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190
7.4 MethodenausanderenKlassenaufrufen. . . . . . . . . . . . . . . . 191
7.4.1 Klassenmethoden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192
7.4.2 DieMethodenderKlassejava.lang.Math . . . . . . . . . 193
7.4.3 StatischerImportinJava5.0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194
7.5 MethodenvonObjektenaufrufen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195
7.5.1 Instanzmethoden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195
7.5.2 DieMethodenderKlassejava.lang.String . . . . . . . 196
7.6 U¨bungsaufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198
8 Praxisbeispiele . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203
8.1 MastermindzumErsten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203
8.1.1 Aufgabenstellung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203
8.1.2 AnalysedesProblems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204
8.1.3 UnterteileneinerZahl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204
8.1.4 Gu¨ltigkeiteinerZahl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205
8.1.5 Findeneinergu¨ltigenZahl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206
8.1.6 AnzahlderTreffer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207
8.1.7 Ein-undAusgabe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208
8.1.8 ZumHauptprogramm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209
8.1.9 DaskompletteProgrammimU¨berblick . . . . . . . . . . . . 210
8.2 MastermindzumZweiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213
8.2.1 Aufgabenstellung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213
8.2.2 AnalysedesProblems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213
8.2.3 VerwendeteDatenstrukturen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213
8.2.4 VergleichderVersuche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214
8.2.5 ZumHauptprogramm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215
8.2.6 DaskompletteProgrammimU¨berblick . . . . . . . . . . . . 216
8.3 BlackJack . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218
8.3.1 Aufgabenstellung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218
8.3.2 AnalysedesProblems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219
8.3.3 MischeneinesKartenspiels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221
8.3.4 DiePflichtendesGebers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221
8.3.5 ZumHauptprogramm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223
8.3.6 DaskompletteProgrammimU¨berblick . . . . . . . . . . . . 226
8.3.7 U¨bungsaufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229
II ObjektorientiertesProgrammiereninJava 231
9 DieobjektorientiertePhilosophie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235
9.1 DieWelt,inderwirleben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235
9.2 Programmierparadigmen–ObjektorientierungimVergleich . . . . 236
9.3 DievierGrundpfeilerobjektorientierterProgrammierung. . . . . . 238
9.3.1 Generalisierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239
9.3.2 Vererbung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 240
9.3.3 Kapselung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243
9.3.4 Polymorphismus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 245
9.3.5 WeiterewichtigeGrundbegriffe. . . . . . . . . . . . . . . . . 246
9.4 Modellbildung–vonderrealenWeltindenComputer . . . . . . . 247