Java kompakt: Eine Einführung in die Software-Entwicklung mit Java

259 Pages·2013·2.656 MB·German

by  Matthias Hölzl, Allaithy Raed, Martin Wirsing (auth.)

MATTHIAS HÖLZL
ALLAITHY RAED
MARTIN WIRSING
Java kompakt
eXXamen.press
eXamen.pressisteineReihe,dieTheorieund
PraxisausallenBereichenderInformatikfür
dieHochschulausbildungvermittelt.
(cid:2) (cid:2)
Matthias Hölzl Allaithy Raed Martin Wirsing
Java kompakt
Eine Einführung in die Software-Entwicklung
mit Java
Matthias Hölzl
Allaithy Raed
Martin Wirsing
InstitutfürInformatik
Ludwig-Maximilians-UniversitätMünchen
München,Deutschland
ISSN1614-5216
ISBN978-3-642-28503-5 ISBN978-3-642-28504-2(eBook)
DOI10.1007/978-3-642-28504-2
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©Springer-VerlagBerlinHeidelberg2013
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Vorwort
WennmanineinegutsortiertetechnischeBuchhandlunggeht,findetmanimRegal
mehrere Meter Bu¨cher u¨ber Java. Welchen Grund gibt es, dieser Flut an Literatur
nocheinweiteresBuchhinzuzufu¨gen?
Java kompakt“ ist aus unserer Erfahrung mit verschiedenen Lehrveranstal-
”
tungen an der Ludwig-Maximilians-Universita¨t Mu¨nchen hervorgegangen – so-
wohl Vorlesungen fu¨r Studenten mit Haupt- und Nebenfach Informatik als auch
Erga¨nzungskurse zur Programmierung in Java. Zahlreiche exzellente Bu¨cher zur
Einfu¨hrungindieInformatikdeckendenStoffderEinfu¨hrungsvorlesungenab,le-
gen aber ihren Schwerpunkt eher auf die theoretischen Fundamente, Datenstruk-
turen und Algorithmen, wie es fu¨r eine Vorlesung auch angebracht ist. Durch die-
se Ausrichtung werden die Grundkenntnisse der Programmierung typischerweise
sehr knapp abgehandelt und teilweise auf U¨bungen verlagert. Fu¨r Studenten, die
Vorkenntnisse in einer anderen Programmiersprache haben, ist das meistens aus-
reichend, um die Besonderheiten von Java zu verstehen. Fu¨r andere Studenten ist
esofterheblicheinfacher,demVorlesungsstoffzufolgen,wennsiezusa¨tzlicheine
praxisorientierteEinfu¨hrungindieProgrammierunghaben.
Dafu¨rdasrichtigeBuchzufinden,istabergarnichtsoeinfach:DiemeistenJava-
Bu¨chersindfu¨rLesergedacht,dieschoneineandereProgrammiersprachebeherr-
schen und die Grundlagen der Objektorientierung kennen; außerdem haben viele
Bu¨chereinenenzyklopa¨dischenAnspruchundsinddaherzuumfangreich,umvon
StudentennebenderVorlesungverwendetzuwerden.
An der LMU Mu¨nchen werden seit einigen Jahren Erga¨nzungskurse zur Pro-
grammierung mit Java angeboten; obwohl diese Kurse nicht als regula¨re Studien-
leistungenangerechnetwerdenko¨nnen,sindsiebeidenStudentensehrbeliebtund
werdenindenEvaluierungenalsa¨ußerstsinnvollbewertet.Studentenhabenunsoft
erza¨hlt,dasssieThemenausderVorlesungerstrichtigverstandenhatten,nachdem
sieihrepraktischeUmsetzungimErga¨nzungskursgesehenhatten.DieIdeezu Java
”
kompakt“entstandaufgrundderzahlreichenNachfragenvonStudentennacheinem
Buch,dasdenStoffdiesesKursesina¨hnlichpraxisnaherundkompakterFormwie
dieVorlesungendarstellt.
v
vi Vorwort
Java kompakt“ wendet sich an Leser, die keine oder nur geringe Vorkenntnis-
”
se in der Programmierung haben und die einen leicht versta¨ndlichen Einstieg in
Java suchen. Fu¨r Studenten im Grundstudium bietet es sich als begleitendes Ma-
terial neben den Einfu¨hrungsvorlesungen an. Es ist aber auch fu¨r Auszubildende,
Berufseinsteiger und jeden, der in Java programmieren lernen will, gedacht. Wir
haben versucht, genug Stoff in den Kurs aufzunehmen, damit der Leser sinnvolle
Programmeschreibenkann,undunsdabeitrotzdemknappzufassen.
ImGegensatzzumanchenanderenKursen,dieJavavieleKapitellangalsproze-
duraleProgrammiersprachebehandeln,legenwirvonAnfangandenSchwerpunkt
auf objektorientierte Programmierung. Die ersten beiden Kapitel fu¨hren das Vor-
gehen beim Programmieren mit Java ein und bieten einen Schnelldurchlauf durch
einenGroßteilderimRestdesBuchsbehandeltenKonzepte.DieweiterenKapitel
besprecheneinzelneThemengenauer:KlassenundObjekte(Kapitel3und4),Ty-
pen(Kapitel5und6),AnweisungenundKontrollfluss(Kapitel7),Vererbungund
Polymorphie (Kapitel 8) sowie generische Typen und Interfaces (Kapitel 9). Die-
seKapitelsindsoweitwiemo¨glichunabha¨ngigvoneinander;allerdingsempfehlen
wirIhnen,beimerstenDurchlesentrotzdemderReihenachvorzugehen.Kapitel10
fu¨hrtindasJavaCollectionsFrameworkeinundbautaufdemStoffallervorherge-
hendenKapitelauf;dasletzteKapitelbesprichtdieThemenAusnahmebehandlung
und Testen. Jedes Kapitel endet mit einem Abschnitt ”Was haben wir gelernt”, in
dem wir den Stoff des Kapitels kurz zusammenfassen und anhand einer Mindmap
strukturiertdarstellen.DieMindmaps,Lo¨sungsvorschla¨gezuausgewa¨hltenAufga-
ben und weitere Materialien ko¨nnen von der Web-Site zum Buch heruntergeladen
werden,dieunterderAdresse
http://www.java-kompakt.info/
zufindenist.
WirbedankenunsbeiunserenStudenten,dieunsdurchihrenEnthusiasmusdazu
angespornthaben,diesesBuchzuschreiben.UnserDankgiltauchHerrnEngesser
und Frau Glaunsinger vom Springer-Verlag, die uns bei der Erstellung des Buchs
tatkra¨ftig unterstu¨tzt haben. Wir bedanken uns sehr herzlich bei unseren Familien,
diewa¨hrendderErstellungdesBuchsvieleStundenaufunsverzichtenmussten.
Mu¨nchen, MatthiasHo¨lzl
November2012 AllaithyRaed
MartinWirsing
Inhaltsverzeichnis
1 DieJava-Umgebung ............................................ 1
1.1 DieEntwicklungsgeschichtevonJava......................... 1
1.1.1 Java-Varianten...................................... 2
1.2 DieFunktionsweisevonJava ............................... 2
1.2.1 WieprogrammiertmanmitJava? ..................... 3
1.2.2 DerJava-Compiler .................................. 4
1.2.3 JVM–DievirtuelleMaschinefu¨rJava ................. 5
1.2.4 DieGrundstruktureinesJava-Programms ............... 6
1.3 Washabenwirgelernt?..................................... 10
2 EinSchnelleinstieginJava ...................................... 11
2.1 Einweiteres,einfachesProgramm............................ 11
2.2 WennFehlerauftreten...................................... 14
2.3 UndwosinddieObjekte?................................... 15
2.4 Variablen................................................. 16
2.5 Listen ................................................... 18
2.6 Diefor-Schleife .......................................... 23
2.7 BenutzerdefinierteKlassen.................................. 24
2.8 Konstruktoren ............................................ 31
2.9 Undjetztalleszusammen... ................................ 32
2.10 MehrObjektorientierung ................................... 33
2.11 Bedingungen ............................................. 35
2.12 EinlesenvonDaten ........................................ 38
2.13 Vererbung................................................ 41
2.14 Washabenwirgelernt?..................................... 46
3 KlassenundObjekte ........................................... 49
3.1 Klassen .................................................. 49
3.1.1 AnatomievonKlassen ............................... 49
3.1.2 ModifikatorenundZugriffsrechte...................... 51
3.1.3 Typen ............................................. 54
vii
viii Inhaltsverzeichnis
3.2 Variablen................................................. 55
3.3 Methoden ................................................ 61
3.3.1 DeklarationundSyntaxvonMethoden ................. 61
3.3.2 U¨berladenvonMethoden............................. 64
3.3.3 MethodenmitbeliebigvielenArgumenten .............. 65
3.3.4 Modifikatoren ...................................... 66
3.3.5 MethodenohneRu¨ckgabewert ........................ 67
3.3.6 MethodenmitRu¨ckgabewert.......................... 68
3.3.7 DasSchlu¨sselwortthis.............................. 70
3.4 Objekte .................................................. 71
3.4.1 DiedreiwichtigstenEigenschafteneinesObjekts ........ 71
3.5 Konstruktoren ............................................ 72
3.5.1 DeklarationundSyntaxvonKonstruktoren.............. 73
3.5.2 DerStandardkonstruktor ............................. 74
3.5.3 Konstruktoren:waspassiertimHintergrund? ............ 75
3.6 RegelnzumKlassendesign.................................. 78
3.7 Washabenwirgelernt?..................................... 79
4 MehrzuKlassenundObjekten .................................. 83
4.1 StatischeVariablenundMethoden............................ 83
4.1.1 StatischeVariablen.................................. 83
4.1.2 StatischeMethoden ................................. 84
4.2 RekursiveMethoden ....................................... 85
4.2.1 DirekteRekursion................................... 85
4.2.2 IndirekteRekursion ................................. 87
4.3 Software-Design .......................................... 88
4.3.1 Klassenidentifizierenunddeklarieren .................. 89
4.3.2 ObjekteigenschaftendurchInstanzvariablenabbilden ..... 90
4.3.3 KonstruktorenzumErzeugenvonObjektendeklarieren ... 92
4.3.4 ObjektverhaltendurchMethodenrealisieren............. 93
4.4 Washabenwirgelernt?..................................... 97
5 PrimitiveTypen................................................ 99
5.1 Wahrheitswerte ...........................................100
5.2 NumerischeTypen.........................................102
5.2.1 Typumwandlung(Cast,BoxingundUnboxing) ..........103
5.2.2 ArithmetischeOperationen ...........................104
5.2.3 Vergleichsoperationen ...............................107
5.2.4 BitweiseOperationen................................108
5.3 Zeichen..................................................109
5.3.1 Priorita¨tenderOperatoren ............................110
5.4 Washabenwirgelernt?.....................................111
Inhaltsverzeichnis ix
6 Referenztypen .................................................113
6.1 EindimensionaleArrays ....................................113
6.1.1 DeklarationundInitialisierung ........................114
6.1.2 ZugriffaufArrays...................................115
6.2 MehrdimensionaleArrays ..................................118
6.2.1 DefinitionvonmehrdimensionalenArrays ..............118
6.2.2 RechteckigeArrays .................................118
6.2.3 MehrdimensionaleArraysvariablerGro¨ße ..............120
6.2.4 DurchlaufenmehrdimensionalerArrays ................120
6.2.5 Regelnfu¨rmehrdimensionaleArrays...................121
6.3 Aufza¨hlungstypen(Enumerations) ...........................121
6.4 DieString-Klasse ........................................124
6.5 Washabenwirgelernt?.....................................126
7 Kontrollfluss...................................................127
7.1 Blo¨cke...................................................127
7.2 Fallunterscheidungen ......................................128
7.2.1 Dieif/then/else-Anweisung...........................130
7.2.2 Geschachtelteif/then/else-Anweisung ..................131
7.2.3 DieSwitch/Case-Anweisung..........................133
7.3 Schleifen.................................................136
7.3.1 while-Schleife......................................137
7.3.2 For-Schleifen.......................................138
7.3.3 Diefor-each-Schleife ................................141
7.3.4 Diedo/while-Schleife................................141
7.3.5 Steueranweisungen:break,continue..................142
7.4 Washabenwirgelernt?.....................................143
8 VererbungundPolymorphie.....................................145
8.1 DasVererbungsprinzip .....................................145
8.1.1 DieGrundideederVererbunginJava...................145
8.1.2 DasSchlu¨sselwortsuper.............................151
8.1.3 Vererbungsregeln ...................................152
8.2 PolymorphieundDynamischesBinden .......................153
8.3 DieKlasseObject .........................................157
8.3.1 Dieequals-Methode ................................158
8.3.2 DiehashCode-Methode..............................160
8.3.3 DietoString-Methode..............................162
8.4 Washabenwirgelernt?.....................................163
9 GenerischeTypen,abstrakteKlassenundInterfaces ...............165
9.1 GenerischeKlassen........................................165
9.2 AbstrakteKlassen .........................................168
9.3 Interfaces ................................................171
9.4 EinigewichtigeInterfaces ..................................175