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Programmiertechnik Klassenmethoden Prof. Dr. Oliver Haase Oliver - PowerPoint PPT Presentation

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Programmiertechnik Klassenmethoden Prof. Dr. Oliver Haase Oliver Haase Hochschule Konstanz 1 Motivation Programm zur Berechung von public class Eval1 { public static void main(String[] args) { java.util.Scanner scanner = new

  1. Programmiertechnik Klassenmethoden Prof. Dr. Oliver Haase Oliver Haase Hochschule Konstanz 1

  2. Motivation Programm zur Berechung von public class Eval1 { public static void main(String[] args) { java.util.Scanner scanner = new java.util.Scanner(System.in); System.out.print("n:"); int n = scanner.nextInt(); System.out.print("x:"); double x = scanner.nextDouble(); double f_x_n = 1.0; for ( int i = 0; i < 2*n; i++ ) { f_x_n *= x; } f_x_n += n*n - n*x; System.out.println("f(x,n) = " + f_x_n); } } Oliver Haase Hochschule Konstanz 2

  3. Motivation Aufgabe : Erweitere das Programm so, dass der Benutzer statt eines Wertes x die Randwerte a , b eines Intervalls [ a , b ] eingibt und das Programm die folgende Berechnung anstellt:  berechne f am linken Randpunkt a des Intervalls;  berechne f am rechten Randpunkt b des Intervalls;  berechne f am Mittelpunkt des Intervalls;  gib den Mittelwert der drei Funktionswerte aus. Oliver Haase Hochschule Konstanz 3

  4. Motivation Erste Lösung: public class Eval2 { public static void main(String[] args) { java.util.Scanner scanner = new java.util.Scanner(System.in); System.out.print("n:"); int n = scanner.nextInt(); System.out.print("a:"); double a = scanner.nextDouble(); System.out.print("b:"); double b = scanner.nextDouble(); double m = (a + b) / 2.0; double f_a_n = 1.0; for ( int i = 0; i < 2*n; i++ ) { f_a_n *= a; } Oliver Haase Hochschule Konstanz 4

  5. Motivation f_a_n += n*n - n*a; double f_b_n = 1.0; for ( int i = 0; i < 2*n; i++ ) { f_b_n *= b; } f_b_n += n*n - n*b; double f_m_n = 1.0; for ( int i = 0; i < 2*n; i++ ) { f_m_n *= m; } f_m_n += n*n - n*m; double mittel = (f_a_n + f_m_n + f_b_n) / 3; System.out.println("Mittelwert: " + mittel); } } Oliver Haase Hochschule Konstanz 5

  6. Motivation  Beobachtung :  Programm lang und unübersichtlich  hauptsächlich wegen dreimaliger gleicher Berechnung der Funktion f  Lösungsidee : gliedere Berechnung von f aus als Routine , Unterprogramm , Funktion, Methode , so dass derselbe Code nicht mehrfach hingeschrieben werden muss. Oliver Haase Hochschule Konstanz 6

  7. Was ist eine Methode?  Ein Stück Programmcode, dem ein Namen gegeben wird, unter dem es aufgerufen werden kann.  Eine Methode kann Parameter ( Argumente ) enthalten, die beim Aufruf durch Werte ersetzt werden.  Eine Methode kann ein Ergebnis zurückliefern.  Ähnlich einer mathematischen Funktion, die einen oder mehrere Werte (Parameter) auf ein Ergebnis abbildet.  Es gibt Klassen- und  Instanzmethoden . Hier und jetzt werden Klassenmethoden behandelt. Oliver Haase Hochschule Konstanz 7

  8. Was ist eine Klassenmethode? Syntaxregel public static <ErgebnisTyp> <MethodenName>(<FormaleParameter>) { // Methodenrumpf: hier den // Programmcode einfuegen }  < Ergebnistyp >: Typ des Ergebnisses, z.B. int oder double . Falls Methode kein Ergebnis liefert, dann void .  < MethodenName >: Selbstgewählter Methodenname (keine reservierten Wörter!)  < FormaleParameter >: Kommaliste von Variablendeklarationen der Form <Typ> <Name> (z.B. int n, double x ). Enthält sog. formale Parameter ( formale Argumente ).  Die erste Zeile einer Methode wird Methodenkopf oder Signatur genannt. Oliver Haase Hochschule Konstanz 8

  9. main -Methode  Beobachtung : Die bereits vielfach verwendete Zeile public static void main(String[] args) { ist der Kopf der main -Methode.  Die main-Methode (Hauptmethode)  ist die erste Methode eines Programmes ( genauer : einer Klasse), die ausgeführt wird.  liefert kein Ergebnis (wem auch?)  erhält ein Feld von Strings mit dem Namen args als Parameter. (Dieses Feld kann dazu genutzt werden, dem Programm beim Start Argumente mitzugeben, dazu später mehr.) Oliver Haase Hochschule Konstanz 9

  10. Beispiel-Methode Aufgabe : Programmiere eine Methode für die Funktion f vom Anfang: Oliver Haase Hochschule Konstanz 10

  11. Beispiel-Methode Aufgabe : Programmiere eine Methode für die Funktion f vom Anfang: Methodenkopf:  < Rueckgabetyp > : double f  < MethodenName > : double x, int n  < FormaleParameter >: Oliver Haase Hochschule Konstanz 11

  12. Beispiel-Methode Aufgabe : Programmiere eine Methode für die Funktion f vom Anfang: Methodenkopf:  < Rueckgabetyp > : double  < MethodenName > : f double x, int n  < FormaleParameter >: public static double f(double x, int n) { Oliver Haase Hochschule Konstanz 12

  13. Beispiel-Methode Methodenrumpf: public static double f(double x, int n) { double ergebnis = 1.0; for ( int i = 0; i < 2*n; i++ ) { ergebnis *= x; } ergebnis += n*n - n*x; return ergebnis; } Oliver Haase Hochschule Konstanz 13

  14. return-Anweisung  Die Anweisung return ergebnis; beendet die Methode und gibt den Wert der Variablen ergebnis als Methodenergebnis zurück.  Der Typ von ergebnis muss zuweisungskompatibel mit dem Rückgabetyp der Methode sein.  Hat die Methode den Rückgabetyp void , so steht return; für das sofortige Beenden der Methode. Als letzte Zeile kann diese Anweisung fehlen.  Die return -Anweisung funktioniert auch für Literale und arithmetische Ausdrücke, z.B. return ergebnis + n*n - n*x; Oliver Haase Hochschule Konstanz 14

  15. return-Anweisung  Ein Methodenrumpf kann auch mehrere return -Anweisungen enthalten: public static int fakultaet(int n) { if ( n == 0 ) { return 1; } for ( int i = n -1; i > 0; i-- ) { n = n * i; } return n; } Oliver Haase Hochschule Konstanz 15

  16. Methodenaufruf Syntaxregel <MethodenName>(<AktuelleParameter>)  <MethodenName> : Name der aufzurufenden Methode  <Aktuelle Parameter> : Kommaliste von Werten, je einer pro formalem Parameter, mit richtigem Typ, in der richtigen Reihenfolge. Werte können Variablen, Literale oder Ausdücke sein.  Methodenaufruf ist ein elementarer Ausdruck ; durch ein nachgestelltes Semikolon wird er zur Ausdrucksanweisung . Oliver Haase Hochschule Konstanz 16

  17. Methodenaufruf  Methodenaufruf liefert in der Regel ein Ergebnis; Ausnahme : Methode mit Rückgabetyp void .  Beispiele für Methodenaufrufe : double y = f(x,n); double z = f(y,3) + 3*x; int fak = fakultaet(4);  Nach dem Aufruf wird der Ergebniswert für den Aufruf eingesetzt und damit weitergerechnet. Oliver Haase Hochschule Konstanz 17

  18. Eval – die 3. und letzte Variante public class Eval3 { public static double f(double x, int n) { double ergebnis = 1.0; for ( int i = 0; i < 2*n; i++ ) { ergebnis *= x; } ergebnis += n*n - n*x; return ergebnis; } Oliver Haase Hochschule Konstanz 18

  19. Eval – die 3. und letzte Variante public static void main(String[] args) { java.util.Scanner scanner = new java.util.Scanner(System.in); System.out.print("n: "); int n = scanner.nextInt(); System.out.print("a: "); double a = scanner.nextDouble(); System.out.print("b: "); double b = scanner.nextDouble(); double m = (a + b) / 2.0; double f_a_n = f(a, n); double f_b_n = f(b, n); double f_m_n = f(m, n); double mittel = (f_a_n + f_m_n + f_b_n) / 3; System.out.println("Mittelwert: " + mittel); } } Oliver Haase Hochschule Konstanz 19

  20. Parameterübergabe Bei jedem Methodenaufruf wird:  für jeden formalen Parameter eine neuer Speicherplatz angelegt;  die Werte der aktuellen Parameter dort hinein kopiert ;  diese Speicherplätze der Methode zur Verfügung gestellt. Änderungen an Parameterwerten in der Methode haben keinen Effekt auf das Hauptprogramm! Diese Art der Parameterübergabe heißt Werteübergabe ( call by value ) Oliver Haase Hochschule Konstanz 20

  21. Parameterübergabe  Beispiel : Das folgende Programm public class AufrufTest { public static void unterprogramm(int n) { n *= 5; System.out.println("n = " + n); } public static void main(String[] args) { int n = 7; System.out.println("n = " + n); unterprogramm(n); System.out.println("n = " + n); } } erzeugt die Ausgabe: Konsole n = 7 n = 35 n = 7 Oliver Haase Hochschule Konstanz 21

  22. Parameterübergabe  Speicherabbild für das Beispielprogramm: lokale Variable der main Methode main n 7 unterprogramm formale Variable n 7 35 nur innerhalb des Unterprogramms bekannt Oliver Haase Hochschule Konstanz 22

  23. Übergabe von Referenzdatentypen geändertes AufrufTest -Programm (Integerfeld statt Integer als Übergabeparameter): public class AufrufTest2 { public static void unterprogramm(int[] n) { n[0] *= 5; System.out.println("n[0] = " + n[0]); } public static void main(String[] args) { int n[] = {7}; System.out.println("n[0] = " + n[0]); unterprogramm(n); System.out.println("n[0] = " + n[0]); } } erzeugt die Ausgabe: Konsole n = 7 ??? n = 35 n = 35 Oliver Haase Hochschule Konstanz 23

  24. Übergabe von Referenzdatentypen  Auch bei Referenzdatentypen (Feldern, Objekten) wird der Wert des aktuellen Parameters kopiert, aber  Der Wert eines Referenzdatentyps ist ein Verweis auf das eigentliche Datum.  Speicherabbild : Aufrufschachteln (Methodenstack) Freispeicher (Heap) main n 7 35 unterprogramm n Oliver Haase Hochschule Konstanz 24

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