Java-Grundlagen
von Laura Lemay
Am 1. und 2. Tag haben Sie allgemeine Dinge über die Java-Programmierung gelernt - was ein Java-Programm ist, wie ein ausführbares Applet aussieht und wie einfache Klassen angelegt werden. Den Rest dieser Woche lernen Sie Einzelheiten und befassen sich mit spezifischen Aspekten, wie die Java-Sprache aussieht.
Heute definieren Sie keine Klassen oder Objekte und machen sich auch keine Gedanken, wie diese innerhalb eines Java-Programms miteinander kommunizieren müssen. Statt dessen befassen Sie sich mit einfachen Java-Anweisungen. Das sind die grundlegenden Dinge, die in Java in einer Methodendefinition wie main()erreicht werden können.
Sie lernen heute folgendes:
Java
ist C und C++ sehr ähnlich. Ein Großteil der Syntax
ist Ihnen vertraut, wenn Sie in diesen Sprachen arbeiten. Sind
Sie ein erfahrener C- oder C++-Programmierer, lohnt sich für
Sie die Beachtung der Technischen Infos (wie diese hier), weil
sie zusätzliche Informationen über die spezifischen
Unterschiede zwischen diesen und anderen herkömmlichen Sprachen
und Java liefern.
Anweisungen sind in Java einfach und bilden jeweils eine einzelne Java-Operation. Nachfolgend Beispiele von einfachen Java-Anweisungen:
int i = 1;
import java.awt.Font;
System.out.println("This motorcycle is a "
+ color + " " + make);
m.engineState = true;
Anweisungen geben manchmal Werte aus, z. B. wenn Sie zwei Zahlen addieren oder prüfen, ob ein Wert einem anderen entspricht. Diese Arten von Anweisungen nennt man Ausdrücke. Diese werden heute noch diskutiert.
Wichtig für Java-Anweisungen ist, daß jede mit einem Semikolon endet. Vergessen Sie ein Semikolon, wird Ihr Java-Programm nicht kompiliert.
In Java gibt es auch Mischanweisungen bzw. Blöcke,
die irgendwo in einer Anweisung stehen können. Blockanweisungen
werden zwischen geschweiften Klammern ({}) gesetzt. Sie lernen
in Kapitel 5 mehr über Blöcke.
Variablen sind Stellen im Speicher, in denen Werte gespeichert werden können. Sie haben einen Namen, einen Typ und einen Wert. Bevor Sie eine Variable benutzen können, müssen Sie sie deklarieren. Danach können Sie ihr Werte zuweisen.
Java kennt drei Arten von Variablen: Instanzvariablen, Klassenvariablen und lokale Variablen.
Wie Sie gestern schon gelernt haben, werden Instanzvariablen zum Definieren von Attributen oder des Zustands eines bestimmten Objekts benutzt. Klassenvariablen sind mit Instanzvariablen vergleichbar, außer, daß ihre Werte auf alle Instanzen der jeweiligen Klasse (und die Klasse selbst) zutreffen, also nicht für jedes Objekt einen anderen Wert haben.
Lokale Variablen werden innerhalb von Methodendefinitionen deklariert und benutzt, z. B. für Indexzähler in Schleifen, als temporäre Variablen oder zum Aufnehmen von Werten, die Sie nur innerhalb einer Methodendefinition brauchen. Sie können auch in Blöcken ({}) benutzt werden. Diese Anwendung lernen Sie später in dieser Woche. Nach der Ausführung der Methode (oder des Blocks) hört die Variablendefinition und ihr Wert auf zu existieren. Sie benutzen lokale Variablen zum Speichern von Informationen, die in einer einzigen Methode benötigt werden, und Instanzvariablen zum Speichern von Informationen, die in mehreren Methoden eines Objekts benutzt werden.
Obwohl alle drei Variablenarten auf die gleiche Weise deklariert werden, unterscheidet sich der Zugriff auf Klassen- und Instanzvariablen und deren Zuweisung geringfügig von lokalen Variablen. Heute konzentrieren wir uns auf Variablen in Methodendefinitionen. Morgen lernen Sie den Umgang mit Instanz- und Klassenvariablen.
Im Gegensatz
zu anderen Sprachen hat Java keine globalen Variablen,
d. h. Variablen, die global für alle Teile eines Programms
gelten. Instanz- und Klassenvariablen können benutzt werden,
um globale Informationen zwischen Objekten auszutauschen. Da Java
eine objektorientierte Sprache ist, sollten Sie in Objekten und
deren Interaktion denken und weniger an Programme im herkömmlichen
Sinn.
Um eine Variable in einem Java-Programm nutzen zu können, muß sie zuerst deklariert werden. Die Deklaration von Variablen besteht aus einem Typ und einem Namen:
int myAge; String myName; boolean isTired;
Variablendefinitionen können irgendwo in einer Methodendefinition stehen (d. h. überall, wo eine Java-Anweisung stehen kann). Üblicherweise werden sie aber am Anfang der Definition deklariert:
public static void main (String args[]) {
int count;
String title;
boolean isAsleep;
...
}
Sie können Variablennamen gleichen Typs auch verketten:
int x, y, z; String firstName, LastName;
Außerdem können Sie jeder Variablen bei der Deklaration einen Anfangswert zuweisen:
int myAge, mySize, numShoes = 28; String myName = "Laura"; boolean isTired = true; int a = 4, b = 5, c = 6;
Stehen in einer Zeile mit nur einem Initialisierer mehrere Variablen (wie im ersten der obigen Beispiele), trifft der Anfangswert nur auf die letzte Variable der Deklaration zu. Sie können einzelne Variablen und Initialisierer in der gleichen Zeile mit Kommas gruppieren, wie im letzten Beispiel oben.
Lokale Variablen müssen Werte haben, bevor sie benutzt werden können (Ihr Java-Programm wird nicht kompiliert, wenn es eine nicht zugewiesene lokale Variable enthält). Aus diesem Grund müssen lokalen Variablen immer Anfangswerte zugewiesen werden. Diese Einschränkung trifft auf die Deklaration von Instanz- und Klassenvariablen nicht zu (ihr Anfangswert hängt vom Variablentyp ab: null für Klasseninstanzen, 0 für numerische Variablen, '\0' für Zeichen und false für boolesche Variablen).
In Java können Variablennamen mit einem Buchstaben, einem Unterstreichungsstrich (_) oder einem Dollarzeichen ($) beginnen. Sie dürfen nicht mit einer Zahl beginnen. Nach dem ersten Zeichen kann ein Variablenname jeden Buchstaben und jede Zahl enthalten. Symbole wie %, *, @ usw. sind in Java meist für Operatoren reserviert und sollten deshalb in Variablennamen nicht verwendet werden.
Darüber hinaus benutzt die Java-Sprache den Unicode-Zeichensatz. Unicode ist eine Zeichensatzdefinition, die nicht nur die Zeichen des ASCII-Zeichensatzes, sondern auch mehrere Millionen andere Zeichen zur Darstellung der meisten Landessprachen bietet. Das bedeutet, daß Sie akzentierte Zeichen und andere Sonderzeichen in Variablennamen benutzen können, sofern ihre Unicode-Zeichennummer über 00C0 liegt.
Die
Unicode-Spezifikation ist ein zweibändiger Listensatz mit
Tausenden von Zeichen. Wenn Sie Unicode nicht kennen oder glauben,
keine Verwendung dafür zu haben, ist es besser, nur einfache
Zahlen und Buchstaben in Variablennamen zu verwenden. Sie lernen
später mehr über Unicode.
In der Java-Sprache wird Groß- und Kleinschreibung beachtet, was bedeutet, daß sich großgeschriebene Buchstaben von kleingeschriebenen unterscheiden. Das heißt, daß die Variable X nicht gleich x und rose nicht Rose oder ROSE ist. Denken Sie daran, wenn Sie Ihre eigenen Java-Programme schreiben oder Java-Code lesen, den andere Leute geschrieben haben.
Java-Variablen haben grundsätzlich aussagefähige Namen, die oft aus mehreren zusammengesetzten Wörtern bestehen. Das erste Wort ist klein geschrieben, während alle ohne Leerzeichen folgenden Wörter mit großem Anfangsbuchstaben geschrieben werden:
Button theButton; long reallyBigNumber; boolean currentWeatherStateOfPlanetXShortVersion;
Zusätzlich zum Variablennamen muß jede Variablendeklaration einen Typ haben, der bestimmt, welche Werte die Variable annehmen kann. Der Variablentyp kann
sein. Sie lernen in Kapitel 5, wie Array-Variablen deklariert und benutzt werden.
Die acht primitiven Datentypen handhaben übliche Typen für Ganzzahlen, Gleitpunktzahlen, Zeichen und boolesche Werte (true oder false). Man nennt sie primitiv, weil sie im System integriert und keine eigentlichen Objekte sind. Deshalb ist ihre Verwendung effizienter. Beachten Sie, daß diese Datentypen maschinenunabhängig sind, was bedeutet, daß ihre Größe und Merkmale in allen Ihren Java-Programmen konsistent sind.
In Java gibt es vier Ganzzahlentypen mit je einem anderen Wertebereich (siehe Tabelle 3.1). Alle können entweder positive oder negative Zahlen aufnehmen. Welchen Typ Sie für Ihre Variablen wählen, hängt vom Wertebereich ab, den eine Variable aufnehmen soll. Wird ein Wert zu groß für den Variablentyp, wird er abgeschnitten.
Typ | Größe | Bereich |
Byte Short Ganzzahl Long | 8 Bits 16 Bits 32 Bits 64 Bits | -127 bis 127 -32.768 bis 32.767 -2.147.483.648 bis 2.147.483.647 -9223372036854775808 bis 922337203685477807 |
Tabelle 3.1: Ganzzahlentypen
Gleitpunktzahlen werden für Zahlen mit einem Dezimalteil
benutzt. In Java entsprechen die Gleitpunktzahlen IEEE 754 (einer
internationalen Norm zur Definition von Gleitpunktzahlen und Arithmetik).
Ferner gibt es zwei Gleitpunkttypen: float (32 Bits, einzelne
Genauigkeit) und double (64 Bits, doppelte Genauigkeit).
Der Typ char wird für einzelne Zeichen benutzt. Da Java den Unicode-Zeichensatz verwendet, hat der Typ char eine Genauigkeit von 16 Bits.
Der Typ boolean kann den Wert true oder false haben. Im Gegensatz zu anderen C-ähnlichen Sprachen ist boolean keine Zahl und kann auch nicht als solche behandelt werden. Alle Tests von booleschen Variablen sollten auf true oder false prüfen.
Zusätzlich zu den acht grundlegenden Datentypen können Variablen in Java auch so deklariert werden, daß sie eine Instanz einer bestimmten Klasse aufnehmen:
String LastName; Font basicFont; OvalShape myOval;
Jede dieser Variablen kann nur Instanzen der jeweiligen Klasse aufnehmen. Wenn Sie neue Klassen erstellen, können Sie Variablen deklarieren, die Instanzen dieser Klassen (und ihrer Subklassen) enthalten.
Java
hat keine typedef-Anweisung (wie C und C++). Um neue Typen in
Java zu deklarieren, deklarieren Sie eine neue Klasse. Dann können
Variablen als Typ dieser Klasse deklariert werden.
Nachdem Sie eine Variable deklariert haben, können Sie ihr einen Wert zuweisen, indem Sie den Zuweisungsoperator = verwenden:
size = 14; tooMuchCaffiene = true;
In Java gibt es drei Arten von Kommentaren: mehrzeilige Kommentare
stehen zwischen /* und */, wie in C oder C++. Der gesamte Text
zwischen den zwei Begrenzern wird ignoriert:
/* Ich weiß nicht, wie der nächste Teil zustandegekommen ist. Ich habe bis spät in die Nacht gearbeitet und er ergab sich einfach so. Vielleicht haben Elfen das für mich gemacht. */
Kommentare können nicht verschachtelt werden. Außerdem kann innerhalb eines Kommentars kein anderer Kommentar stehen.
Für eine einzelne Kommentarzeile werden doppelte Schrägstriche (//) benutzt. Der gesamte Text bis zum Zeilenende wird dann ignoriert:
int vices = 7; // Sind das wirklich nur sieben?
Die letzte Kommentarart beginnt mit /** und endet mit */. Das
sind spezielle Kommentare, die für das javadoc-System benutzt
werden. Javadoc dient zum Erzeugen von API-Dokumentation aus dem
Code. Sie lernen in diesem Buch nichts über javadoc. Sie
finden hierüber Informationen in der Dokumentation, die Sie
mit dem Sun Java Developer's Kit erhalten haben, oder in der Java
Home-Page von Sun (http://java.sun.com).
Literale dienen zum Bezeichnen einfacher Werte in einem Java-Programm.
Literal
ist ein Fachbegriff für Programmiersprachen,
der im wesentlichen bedeutet, daß Sie das erhalten, was
Sie eingeben. Wenn Sie in einem Java-Programm 4 tippen, erhalten
Sie automatisch eine Ganzzahl mit dem Wert 4. Geben Sie 'a' ein,
erhalten Sie ein Zeichen mit dem Wert a.
Literale sind größtenteils selbsterklärend, jedoch
gibt es in Java ein paar Sonderfälle für unterschiedliche
Arten von Zahlen, Zeichen, Zeichenketten und boolesche Werte.
Es gibt mehrere Ganzzahlenliterale. 4 ist beispielsweise ein dezimales Ganzzahlliteral vom Typ int (obwohl Sie ihm einer Variablen vom Typ byte oder short zuweisen können, weil sie klein ist und damit in solche Typen paßt). Ein dezimales Ganzzahlintegral, das größer ist als int, erhält automatisch den Typ long. Sie können long auch eine kleinere Zahl aufzwingen, indem Sie L oder 1 an diese Zahl anhängen (4L ist z. B. eine lange Ganzzahl mit dem Wert 4). Negativen Ganzzahlen wird ein Minuszeichen vorangestellt, z. B. -45.
Ganzzahlen können auch oktal oder hexadezimal ausgedrückt werden: Eine führende 0 zeigt an, daß eine Zahl oktal ist, z. B. 0777 oder 0004. Ein führendes 0x (oder 0X) bedeutet, daß die Zahl hexadezimal ist (0xFF, 0XAF45). Hexadezimale Zahlen können normale Ziffern (0-9) und groß- oder kleingeschriebene Hexzeichen (a-f oder A-F) enthalten.
Gleitpunktliterale bestehen normalerweise aus zwei Teilen: der Ganzzahl und dem Dezimalteil, z. B. 5.677777. Gleitpunktliterale ergeben Gleitpunktzahlen vom Typ double, ungeachtet der Genauigkeit der Zahl. Sie können der Zahl den Typ float aufzwingen, indem Sie den Buchstaben f (oder F) an die Zahl anhängen, z. B. 2.56F.
Mit dem Buchstaben e oder E, gefolgt von dem Exponenten (der eine
negative Zahl sein kann), können Sie in Gleitpunktliteralen
Exponenten verwenden, z. B. 10e45 oder .36E-2.
Boolesche Literale haben die Schlüsselwörter true und
false. Diese Schlüsselwörter können überall
dort benutzt werden, wo Sie sie brauchen, um einen Test auszuführen,
oder auch als einzig mögliche Werte für boolesche Variablen.
Zeichenliterale werden durch ein einzelnes Zeichen, das zwischen
einzelnen Anführungszeichen steht, ausgedrückt: 'a',
'#', '3' usw. Die Zeichen werden als Unicode-Zeichen mit 16 Bits
gespeichert. Tabelle 3.2 führt die speziellen Codes auf,
die nichtdruckbare Zeichen darstellen, und Zeichen aus dem Unicode-Zeichensatz.
Der Buchstabe d in Oktal-, Hex- oder Unicode-Escape stellt eine
Zahl oder eine hexadezimale Ziffer dar (a-f oder A-F).
Escape | Bedeutung |
\n \t \b \r \f \\ \' \" \ddd \xdd \uddd | Neue Zeile Tab Rückschritt (Backspace) Wagenrücklauf (Return) Formularvorschub (Formfeed) Backslash Einzelnes Anführungszeichen doppeltes Anführungszeichen Oktal Hexadezimal Unicode-Zeichen |
Tabelle 3.2: Escape-Zeichen
Mehrere Zeichen zusammen bilden eine Zeichenkette (String). In Java sind Zeichenketten Instanzen der Klasse String. Zeichenketten sind keine einfachen Zeichen-Arrays wie in C oder C++, obwohl sie viele arrayähnliche Merkmale aufweisen (z. B. können Sie ihre Länge testen und einzelne Zeichen hinzufügen und löschen). Da String-Objekte in Java echte Objekte sind, umfassen sie Methoden, die es Ihnen ermöglichen, Zeichenketten sehr einfach zu kombinieren, zu testen und zu ändern.
Zeichenkettenliterale bestehen aus mehreren Zeichen zwischen doppelten Anführungszeichen:
"Hi, I am a string literal." "" //Leere Zeichenkette
Zeichenketten können Konstanten wie neue Zeile, Tab und Unicode-Zeichen enthalten:
"A string with a \t tab in it" "Nested strings are \"strings inside of\" other strings" "This string brought to you by Java\u2122"
Im letzten Beispiel produziert der Unicode-Code für \u2122 ein Warenzeichensymbol (`).
Nur
aus dem Grund, daß Sie ein Zeichen durch ein Unicode-Escape
darstellen können, bedeutet nicht, daß das jeweilige
Zeichen auf Ihrem Rechner angezeigt werden kann. Der Rechner oder
das Betriebssystem unterstützt eventuell nicht Unicode, oder
der verwendete Font hat kein Bild für dieses Zeichen. Unicode-Escapes
bieten in Java lediglich eine Möglichkeit, Sonderzeichen
für Systeme, die Unicode unterstützen, zu codieren.
Wenn Sie in Ihrem Java-Programm ein Zeichenkettenliteral benutzen,
erstellt Java automatisch eine Instanz der Klasse String, für
die Sie einen Wert vergeben. Zeichenketten sind in dieser Hinsicht
ungewöhnlich. Die anderen Literalen verhalten sich nicht
so (keiner der primitiven Grundtypen ist ein Objekt). Beim Erstellen
eines neuen Objekts ist es normalerweise nötig, explizit
eine neue Instanz einer Klasse anzulegen. Sie lernen mehr über
Zeichenketten, die String-Klasse und was Sie mit Zeichenketten
alles machen können, später in der heutigen Lektion
und morgen.
Ausdrücke sind in Java die einfachste Form von Anweisungen, die etwas bewirken.
Ausdrücke
sind Anweisungen, die einen Wert ausgeben. Operatoren
sind spezielle Symbole, die üblicherweise in
Ausdrücken verwendet werden.
Arithmetik und Überprüfungen auf Gleichheit und Größe sind übliche Beispiele von Ausdrücken. Da sie einen Wert ausgeben, können Sie das Ergebnis einer Variablen zuweisen oder den Wert in anderen Java-Anweisungen testen.
Operatoren beinhalten in Java Arithmetik, verschiedene
Zuweisungsarten, Inkrement und Dekrement und logische Operationen.
Dies alles wird in diesem Abschnitt erklärt.
Java umfaßt für grundlegende Arithmetik fünf Operatoren (siehe Tabelle 3.3).
Operator | Bedeutung | Beispiel |
+ - * ÷ % | Addition Subtraktion Multiplikation Division Modulus | 3 + 4 5 - 7 5 * 5 14 ÷ 7 20 % 7 |
Jeder Operator hat zwei Operanden, je einen auf jeder Seite des Operators. Der Subtraktionsoperator (-) kann auch zum Verneinen eines einzelnen Operanden benutzt werden.
Die Division einer Ganzzahl ergibt eine Ganzzahl. Da Ganzzahlen keine Dezimalbrüche haben müssen, wird ein eventueller Rest ignoriert. Der Ausdruck 31 ÷ 9 ergibt z. B. 3 (9 ist in 31 nur dreimal vorhanden).
Der Modulus (%) gibt den Rest aus, nachdem die Operanden gleichmäßig dividiert wurden. 31 % 9 ergibt z. B. 4, weil 9 in 31 dreimal enthalten ist, so daß 4 übrigbleibt.
Beachten Sie, daß sich aus Ganzzahlen bei den meisten Operationen entweder der Typ int oder long ergibt, ungeachtet des Originaltyps des Operanden. Lange Ergebnisse erhalten den Typ long, alle anderen int. Arithmetische Operatoren, bei denen ein Operand eine Ganzzahl und ein anderer ein Gleitpunkt ist, führen zu einem Gleitpunktergebnis. (Falls Sie an den Einzelheiten interessiert sind, wie Java numerische Typen von einem Typ in einen anderen umwandelt, sehen Sie in der Java Language Specification nach. Dort steht mehr drin, als ich hier abdecken kann.)
Der Rest des Programms führt lediglich einige mathematische
Aufgaben mit Ganzzahlen und Gleitpunktzahlen aus und zeigt die
Ergebnisse an.
Eine Sache ist an diesem Programm noch interessant: die Methode
System.out.println(). Sie sind dieser Methode an
den ersten Tagen schon begegnet, haben aber nicht gelernt, was
es damit auf sich hat. Die Methode System.out.println() gibt lediglich
eine Nachricht an die Standardausgabe Ihres Systems aus - auf
dem Bildschirm, in einem speziellen Fenster oder in eine Logdatei,
je nach System und Entwicklungsumgebung (JDK von Sun gibt am Bildschirm
aus). Die Methode System.out.println() hat ein einzelnes Argument
- eine Zeichenkette -, Sie können aber + benutzen, um Werte
zu verketten, wie Sie später noch lernen.
Die Zuweisung von Variablen ist eine Form des Ausdrucks.
Da ein Zuweisungsausdruck einen Wert ergibt, können Sie sie
wie folgt verketten:
In diesem Beispiel haben alle drei Variablen den Wert 0.
Die rechte Seite eines Zuweisungsausdrucks wird immer bewertet,
bevor die Zuweisung wirksam wird. Das bedeutet, daß Ausdrücke
wie x = x + 2 zum richtigen Ergebnis führen. 2 wird zum Wert
von x hinzuaddiert, dann wird dieser neue Wert x erneut zugewiesen.
Das ist eine der üblichen Operationen, so daß Java
mehrere Operatoren hat, um dafür Kurzformen zu verwenden,
die aus C und C++ entlehnt sind. Tabelle 3.4 zeigt diese Kurzoperatoren
für Zuweisungen.
Tabelle 3.4: Zuweisungsoperatoren
Wie in C und C++ werden die Operatoren ++ und - - benutzt, um
einen Wert um 1 zu erhöhen oder zu verringern. x++ erhöht
z. B. den Wert von x um 1 auf die gleiche Weise wie der Ausdruck
x = x + 1. x-- senkt den Wert von x um 1.
Diese Inkrement- und Dekrement-Operatoren können
vorangestellt oder hinten angefügt werden.
Das bedeutet, daß ++ oder - - vor oder nach dem zu erhöhenden
oder zu senkenden Wert stehen kann. Bei einfachen Inkrement- und
Dekrement-Operationen ist das nicht wichtig. In komplexen Zuweisungen,
in denen das Ergebnis eines Inkrement- oder Dekrementausdrucks
zugewiesen wird, gibt es einen Unterschied.
Betrachten wir beispielsweise folgende zwei Ausdrücke:
Diese zwei Ausdrücke führen aufgrund der vorangestellten
und nachgestellten Operatoren zu unterschiedlichen Ergebnissen.
Mit den nachgestellten Operatoren (x++ oder x--) erhält y
den Wert von x vor der Erhöhung von x. Mit den vorangestellten
Operatoren wird der x-Wert y erst nach der Erhöhung zugewiesen.
Wie das alles funktioniert, geht aus dem Beispiel in Listing 3.2
hervor.
Im zweiten Teil dieses Beispiels verwenden Sie den Ausdruck y
= x++, in dem der Inkrement-Operator postfix benutzt wird. In
diesem Ergebnis wird der Wert von x erhöht, nachdem
der Wert y zugewiesen wurde. Folglich wird y zuerst dem
Originalwert von x (0) zugewiesen, dann wird x um 1 erhöht.
Im dritten Teil wird der prefix-Ausdruck y = ++x verwendet. Hier
verläuft die Prozedur umgekehrt: x wird erhöht, bevor
sein Wert y zugewiesen wird. Da x aus dem vorherigen Schritt 1
ist, wird sein Wert auf 2 erhöht, dann wird dieser Wert y
zugewiesen. Sowohl x als auch y ergeben zum Schluß 2.
Java hat mehrere Ausdrücke zum Testen von Gleichheit und
Größe. Alle diese Ausdrücke ergeben einen booleschen
Wert (d. h. true oder false). Die Vergleichsoperatoren sind in
Tabelle 3.5 aufgeführt:
Tabelle 3.5: Vergleichsoperatoren
Ausdrücke, die boolesche Werte ergeben (wie
beispielsweise die Vergleichsoperatoren), können mit logischen
Operatoren, die die logischen Kombinationen AND, OR, XOR und das
logische NOT darstellen, kombiniert werden.
Für AND-Kombinationen wird & oder && benutzt.
Der Ausdruck ist nur wahr, wenn beide Operanden auch wahr sind.
Ist ein Ausdruck falsch, ist der gesamte Ausdruck falsch. Der
Unterschied zwischen den zwei Operatoren liegt in der Bewertung
des Ausdrucks. Mit & werden beide Seiten des Ausdrucks ungeachtet
des Ergebnisses bewertet. Mit && wird der ganze Ausdruck
als falsch ausgegeben, wenn die linke Seite des Ausdrucks falsch
ist, und die rechte Seite des Ausdrucks wird nicht bewertet.
Für OR-Ausdrücke wird oder verwendet. OR-Ausdrücke
ergeben wahr, wenn einer oder beide Operanden ebenfalls wahr sind.
Sind beide Operanden falsch, ist der Ausdruck falsch. Wie bei
& und && bewertet das einzelne beide Seiten des Ausdrucks
ungeachtet des Ergebnisses. Mit gibt der Ausdruck wahr aus, und
die rechte Seite wird nie bewertet, wenn der linke Ausdruck wahr
ist.
Der XOR-Operator ^ gibt nur wahr aus, wenn seine Operanden unterschiedlich
sind (einer ist wahr, der andere falsch), andernfalls ist er falsch
(auch wenn beide Operanden wahr sind).
Im allgemeinen werden nur && und häufig als logische
Kombinationen benutzt. &, und ^ werden häufiger für
bitweise logische Operationen verwendet.
Für NOT wird der Operator ! mit einem einzigen Ausdrucksargument
benutzt. Der Wert des NOT-Ausdrucks ist die Verneinung des Ausdrucks.
Wenn x wahr ist, ist !x falsch.
Nachfolgend eine kurze Zusammenstellung der bitweisen
Operatoren in Java. Sie stammen alle aus C und C++ und werden
zur Durchführung von Operationen auf einzelne Bits in Ganzzahlen
verwendet. In diesem Buch wird auf bitweise Operationen nicht
eingegangen. Das ist ein Thema, das in Büchern über
C oder C++ besser abgedeckt ist. Tabelle 3.6 faßt die bitweisen
Operatoren zusammen.
Tabelle 3.6: Bitweise Operatoren
Durch die Operatorpräzedenz wird die Reihenfolge
vorgegeben, in der Ausdrücke bewertet werden. Dadurch kann
in manchen Fällen der Gesamtwert eines Ausdrucks ermittelt
werden. Betrachten wir als Beispiel folgenden Ausdruck:
Je nach dem, ob der Ausdruck 6 + 4 oder 4 ÷ 2 zuerst bewertet
wird, kann der Wert von y 5 oder 8 ergeben. Die Operatorpräzedenz
gibt die Reihenfolge vor, in der Ausdücke bewertet werden,
so daß das Ergebnis eines Ausdrucks vorhergesagt werden
kann. Im allgemeinen werden Inkremente und Dekremente vor arithmetischen
Ausdrücken, arithmetische Ausdrücke vor Vergleichen
und Vergleiche vor logischen Ausdrücken bewertet. Zuweisungsausdrücke
werden zuletzt bewertet.
Tabelle 3.8 zeigt die spezifische Präzedenz der verschiedenen Operatoren in Java. Die Operatoren oben in der Tabelle werden zuerst bewertet. Operatoren in der gleichen Zeile haben die gleiche Rangfolge und werden von links nach rechts bewertet, je nach dem, wie sie im Ausdruck erscheinen. Beim Ausdruck y = 6 + 4 ÷ 2 wissen Sie jetzt anhand der Tabelle, daß die Division vor der Addition bewertet wird, deshalb ergibt sich für y ein Wert von 8:
Tabelle 3.7: Operatorpräzedenz
Sie können die Reihenfolge, in der Ausdrücke bewertet
werden, jederzeit ändern, indem Sie die zuerst zu bewertenden
Ausdrücke zwischen Klammern setzen. Sie können Klammern
verschachteln, um sicherzustellen, daß Ausdrücke in
der gewünschten Reihenfolge bewertet werden (der innerste
in Klammern stehende Ausdruck wird zuerst bewertet). Die folgenden
Ausdrücke ergeben einen Wert von 5, weil der Ausdruck 6 +
4 zuerst bewertet wird, dann wird das Ergebnis dieses Ausdrucks
(10) durch 2 geteilt:
Klammern sind auch in Fällen nützlich, in denen die
Reihenfolge eines Ausdrucks nicht ganz klar ist, d. h. sie machen
den Code übersichtlicher. Das Einfügen von Klammern
kann nicht schaden, deshalb können Sie reichlich davon Gebrauch
machen, um die Bewertung von Ausdrücken übersichtlicher
zu gestalten.
Ein besonderer Ausdruck in Java ist die Verwendung
des Additionsoperators (+) zum Erstellen und Verketten von Zeichenketten
(Strings). In den meisten bisherigen Beispielen haben Sie zahlreiche
Zeilen gesehen, die in etwa so aussehen:
Die Ausgabe dieser Zeile (auf dem Standard-Ausgabegerät)
ist eine einzelne Zeichenkette. Die Werte der Variablen (hier
name und color) stehen innerhalb der Zeichenkette an den richtigen
Stellen. Was also passiert hier?
In Zeichenketten und anderen Objekten erstellt der + Operator
eine einzelne Zeichenkette, die die Verkettung aller Operanden
beinhaltet. Ist einer der Operanden in der Zeichenverkettung keine
Zeichenkette, wird er automatisch in eine Zeichenkette konvertiert,
so daß es einfach ist, diese Arten von Ausgabezeilen zu
erstellen.
Die Zeichenverkettung vereinfacht den Aufbau von Zeilen wie im
vorherigen Beispiel. Um eine Zeichenkette zu erstellen, fügen
Sie einfach alle Teile, d. h. die Beschreibungen und die Variablen,
zusammen und geben sie auf der Standardausgabe, z. B. am Bildschirm
oder in einem Applet, aus.
Der Operator +=, den Sie schon gelernt haben, funktioniert ebenfalls
bei Zeichenketten. Betrachten wir folgenden Ausdruck:
Dieser Ausdruck entspricht:
genauso wie bei Zahlen. In diesem Fall wird der Wert von myName
(der John Smith oder etwas ähnliches mit Jr. am Ende (John
Smith Jr.) sein kann) geändert.
Wie Sie in den ersten zwei Lektionen gelernt haben, besteht ein
Java-Programm vorwiegend aus Klassen und Objekten. Klassen und
Objekte bestehen ihrerseits aus Methoden und Variablen, während
Methoden aus Anweisungen und Ausdrükken bestehen. Anweisungen
und Ausdrücke haben Sie in der heutigen Lektion gelernt.
Das sind die grundlegenden Bausteine, die es Ihnen ermöglichen,
Klassen und Methoden zu erstellen und zu einem ausgewachsenen
Java-Programm zusammenzusetzen.
Heute haben Sie auch Variablen gelernt, wie sie deklariert und
wie ihnen Werte zugewiesen werden. Literale zum einfachen Erstellen
von Zahlen, Zeichen und Zeichenketten. Operatoren für arithmetische
Operationen, Tests und andere einfache Operationen. Mit dieser
Basissyntax können Sie morgen lernen, wie man mit Objekten
arbeitet und einfache nützliche Java-Programme schreibt.
Am Ende dieser Zusammenfassung finden Sie in Tabelle 3.8 eine Zusammenstellung aller Operatoren, die Sie heute gelernt haben, damit Sie sie jederzeit übersichtlich nachschlagen können.
Tabelle 3.8: Zusammenstellung aller Operatoren
F: Ich habe nichts darüber gelesen, wie man Konstanten
definiert.
A: Sie können in Java lokale Konstanten oder nur Konstanteninstanzen
und Klassenvariablen erstellen. Das alles lernen Sie in der morgigen
Lektion.
F: Was passiert, wenn man eine Variable als Ganzzahltyp deklariert
und ihr dann eine Zahl zuweist, die über den Wertebereich
der Variablen hinausreicht?
A: Vom logischen Gesichtspunkt müßte man annehmen,
daß die Variable einfach in den nächstgrößeren
Typ konvertiert wird, das ist aber nicht der Fall. Was wirklich
passiert, nennt man Overflow (Überlauf). Das bedeutet,
daß Zahlen, die über den Bereich der Variablen hinausreichen,
auf die kleinstmögliche negative Zahl des jeweiligen Typs
gekürzt werden, dann beginnt die Zählung wieder rückwärts
hin zu Null.
Da dies zu verwirrenden (und falschen) Ergebnissen führen
kann, muß man sicherstellen, daß für alle Zahlen
der richtige Ganzzahltyp deklariert wird. Besteht auch nur der
geringste Verdacht, daß sich durch eine Zahl mit dem jeweiligen
Typ ein Überlauf ergibt, verwendet man sicherheitshalber
den nächstgrößeren Typ.
F: Wie kann man den richtigen Typ für eine bestimmte Variable
ermitteln?
A: Wenn Sie die Grundtypen (int, float, boolean) verwenden,
besteht keine Möglichkeit. Sie können aber den Wert
durch Casting (das lernen Sie morgen) in einen anderen
Typ konvertieren.
Falls Sie mit Klassentypen arbeiten, können Sie den Operator
instanceof verwenden. Auch hierüber lernen Sie morgen mehr.
F: Warum werden in Java so viele Kurzcodes für arithmetische
und Zuweisungsoperatoren verwendet? Der Code wird dadurch doch
unübersichtlich.
A: Die Java-Syntax basiert auf C++ und damit auf C. Eines
der impliziten Ziele von C ist die Fähigkeit, mit minimalem
Tippaufwand leistungsstarke Ergebnisse zu erzielen. Deshalb sind
Kurzcodes üblich.
Es gibt keine Regel, die besagt, daß Sie diese Kurzformen
für Operatoren in Ihren eigenen Programmen verwenden müssen.
Wenn Sie finden, daß ausgeschriebener Code übersichtlicher
ist, brauchen Sie die Kurzcodes nicht zu verwenden.
Listing 3.1: Einfache Arithmetik
1: class ArithmeticTest {
2: public static void main (String[] args) {
3: short x = 6;
4: int y = 4;
5: float a = 12.5f;
6: float b = 7f;
7:
8: System.out.println("x is " + x + ", y is " + y);
9: System.out.println("x + y = " + (x + y));
10: System.out.println("x - y = " + (x - y));
11: System.out.println("x / y = " + (x / y));
12: System.out.println("x % y = " + (x % y));
13:
14: System.out.println("a is " + a + ", b is " + b);
15: System.out.println("a / b = " + (a / b));
16: }
17:
18: }
x is 6, y is 4
x + y = 10
x - y = 2
x / y = 1
x % y = 2
a is 12.5, b is 7
a / b = 1.78571
In dieser
einfachen Java-Anwendung (beachten Sie die main()-Methode) definieren
Sie anfänglich vier Variablen in Zeilen 3 bis 6: x und y,
die Ganzzahlen (Typ int) sind, und a und b, die Gleitpunktzahlen
(Typ float) sind. Beachten Sie, daß der Standardtyp für
Gleitpunktliterale (z. B. 12.5) double ist. Deshalb müssen
Sie ein f nach jeder Zahl (Zeilen 5 und 6) eingeben, damit diese
Zahlen den Typ float erhalten.
Zuweisungen
x = y = z = 0;
Ausdruck
Bedeutung
x += y
x -= y
x *= y
x ÷= y
x = x + y
x + x - y
x = x *y
x = x ÷ y
Wenn
Sie sich auf komplizierte Nebenwirkungen von Unterausdrücken
auf einer Seite dieser Zuweisungen verlassen, entsprechen die
Kurzausdrücke eventuell nicht ganz den ausgeschriebenen Gegenstücken.
Weitere Informationen über sehr komplexe Ausdrücke,
Bewertungsreihenfolgen und Nebenwirkungen finden Sie in der Java
Language Specification.
Inkrement- und Dekrementausdrücke
y = x++;
y = ++x;
Listing 3.2: Vorangestellte und nachgestellte Inkrement-Operatoren
testen
1: class PrePostFixTest {
2:
3: public static void main (String args[]) {
4: int x = 0;
5: int y = 0;
6:
7: System.out.println("x and y are " + x + " and " + y );
8: x++;
9: System.out.println("x++ results in " + x);
10: ++x;
11: System.out.println("++x results in " + x);
12: System.out.println("Resetting x back to 0.");
13: x = 0;
14: System.out.println(" - - - - - - -");
15: y = x++;
16: System.out-println("y = x++ (postfix) results in:");
17: System.out.println("x is " + x);
18: System.out.println("y is " + y);
19: System.out.println("- - - - - - -");
20:
21: y = ++x;
22: System.out.println("y = ++x (prefix) results in:");
23: System.out.println("x is " + x);
24: System.out.println("y is " + y);
25: System.out.println("- - - - - - -");
26:
27: }
28:
29: }
x and y are 0 and 0
x++ results in 1
++x results in 2
Resetting x back to 0.
- - - - - - -
y = x++ (postfix) results in:
x is 1
y is 0
- - - - - - -
y = ++x (prefix) results in:
x is 2
y is 2
- - - - - - -
Im ersten
Teil dieses Beispiels haben Sie x mit den Inkrement-Operatoren
prefix und postfix erhöht. Beide Male wird
x jeweils um 1 erhöht. In dieser einfachen Form funktioniert
nur prefix oder nur postfix auf die gleiche
Weise. Vom
technischen Gesichtspunkt ist diese Beschreibung nicht ganz richtig.
In Wirklichkeit bewertet Java immer alle Ausdrücke
rechts neben einem Ausdruck vollständig, bevor der Wert einer
Variablen zugewiesen wird. Deshalb ist das Konzept der »Zuweisung
von x auf y vor der Erhöhung von x« nicht ganz korrekt.
Java merkt sich den Wert von x, bewertet (inkrementiert) x und
weist den Originalwert von x dann y zu. Diese Unterscheidung ist
in einfachen Fällen weniger wichtig, kann aber in komplexen
Ausdrücken mit Nebenwirkungen das Verhalten des Ausdrucks
insgesamt ändern. In der Java Language Specification
finden Sie viele Einzelheiten über die Bewertung von Ausdrücken
in Java.
Vergleiche
Operator
Bedeutung
Beispiel
==
!=
<
>
<=
>=
Gleich
Nicht gleich
Kleiner als
Größer als
Kleiner gleich
Größer gleich
x = = 3
x != 3
x < 3
x > 3
x <= 3
x >= 3
Logische Operatoren
Bitweise Operatoren
Operator
Bedeutung
&
¦
^
<<
>>
>>>
~
<<=
>>=
>>>=
x&=y
x¦=y
x^=y
Bitweises AND
Bitweises OR
Bitweises XOR
Verschiebung nach links
Verschiebung nach rechts
Verschiebung nach rechts,Füllnullen
Bitweises Komplement
Verschiebung nach links, Zuweisung (x = x << y)
Verschiebung nach rechts, Zuweisung (x = x >> y)
Shift rechts, Füllnullen, Zuweisung (x = x >>> y)
AND-Zuweisung (x = x & y)
OR-Zuweisung (x + x ¦ y)
NOT-Zuweisung (x = x ^ y)
Operatorpräzedenz
y = 6 + 4 ÷ 2
Operator
Anmerkungen
. [] ()
Mit Klammern ( ) werden Ausdrücke gruppiert. Der Punkt (.) dient zum Zugriff auf Methoden und Variablen in Objekten und Klassen (wird morgen behandelt). [] wird für Arrays benutzt (wird später in dieser Woche diskutiert).
++ -- ! ~ instanceof
Gibt je nach dem, ob das Objekt eine Instanz einer benannten Klasse oder einer Superklasse dieser Klasse ist, wahr oder falsch aus (wird morgen behandelt)
new (Typ)Ausdruck
Der new-Operator wird zum Erstellen neuer Instanzen von Klassen benutzt. ( ) dient in diesem Fall
zum Abbilden eines Wertes auf einen anderen Typ (darüber lernen Sie morgen mehr).
* ÷ %
Multiplikation, Division, Modulus
+ -
Addition, Subtraktion
<< >> >>>
Bitweise Verschiebung nach links oder rechts
< >
Relationale Vergleichstests
= = !=
Gleichheit
&
AND
^
XOR
¦
OR
&&
Logisches AND
¦¦
Logisches OR
?:
Kurzcode für if...then...else (wird am 5.Tag behandelt)
* += -= *=÷=&= ^=
&= ¦= <<= >>= >>>=
verschiedene Zuweisungen y = (6 + 4) / 2
Zeichenkettenarithmetik
System.out.println(name + " is a " + color " beetle");
Ein
Objekt oder Typ kann in eine Zeichenkette konvertiert werden,
wenn Sie die Methode toString() implementieren.
Alle Objekte haben eine Standard-Zeichenkettendarstellung (Name
der Klasse, gefolgt von Klammern), jedoch wird toString() von
den meisten Klassen verborgen bzw. überschrieben, um eine
aussagefähigere druckbare Darstellung zu liefern.myName += " Jr.";
myName = myName + " Jr.";
Zusammenfassung
Operator
Bedeutung
+
-
*
÷
%
<
>
<=
>=
= =
!=
&&
¦¦
!
&
¦
^
<<
>>
>>>
~
=
++
+=
-=
*=
÷=
%=
&=
¦=
<<=
>>=
>>>=
Addition
Subtraktion
Multiplikation
Division
Modulus
Kleiner als
Größer als
Kleiner gleich
Größer gleich
Gleich
Nicht gleich
Logisches AND
Logisches OR
Logisches NOT
AND
OR
XOR
Verschiebung nach links
Verschiebung nach rechts
Verschiebung nach rechts, Füllnullen
Komplement
Zuweisung
Inkrement
Dekrement
Addition und Zuweisung
Subtraktion und Zuweisung
Multiplikation und Zuweisung
Division und Zuweisung
Modulus und Zuweisung
AND und Zuweisung
OR und Zuweisung
Verschiebung nach links und Zuweisung
Verschiebung nach rechts und Zuweisung
Verschiebung nach, Füllnullen und Zuweisung
Fragen und Antworten
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