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Institut für Kartographie und Geoinformation Prof. Dr. Lutz Plümer, Dr. Thomas H. Kolbe Einführung in die Programmierung mit Java 12. Vorlesung WS 2001/2002…
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Institut für Kartographie und Geoinformation Prof. Dr. Lutz Plümer, Dr. Thomas H. Kolbe Einführung in die Programmierung mit Java 12. Vorlesung WS 2001/2002 Übersicht • Besprechung der Übungsaufgabe • Ein- und Ausgabe in Java – Datenströme – Quellen, Senken und Filter – Zeichen und Rohdaten – Java-Klassen für Ein- und Ausgabe T. H. Kolbe - Einführung in die Programmierung mit Java - 1. Semester - WS 01/02 2 Übungsaufgabe vom 23. 1. • Schreiben Sie ein Programm, das ein Integer-Array mit 500 Elementen erzeugt. • Füllen Sie das Array mit Zufallszahlen, die im Bereich von 0 bis 99 liegen sollen. • Anschliessend soll eine Schleife 10000 mal 1. Eine Integer-Zufallszahl von 0 bis 510 erzeugen, 2. welche als Index in das Array verwendet wird und den an der entsprechenden Stelle befindlichen Wert x=a[zufallsindex] ausliest. 3. Dieser Wert x soll als Divisor für eine beliebige Division verwendet werden, z.B.: b = 10 / x • Welche Fehler treten bei der Programmausführung auf? • Ergänzen Sie das Programm um eine differenzierte Fehlerbehandlung, so dass es nicht mehr abbricht. T. H. Kolbe - Einführung in die Programmierung mit Java - 1. Semester - WS 01/02 3 Lösung • Welche Fehler treten bei der Programmausführung auf? • ArrayIndexOutOfBoundsException weil die Zufallsvariable, die auf das Array-Element verweist, auch die Werte 500 bis 510 annehmen kann. Die Array-Grenze reicht aber nur bis 499. • ArithmeticException: / by zero weil der aus dem Array gelesene Divisor auch den Wert 0 besitzen kann. • Ergänzen Sie das Programm um eine differenzierte Fehlerbehandlung, so dass es nicht mehr abbricht. • Lösung: die zweite Schleife in einen try-catch-Block einschließen mit zwei catch-Anweisungen für die beiden Exception-Klassen T. H. Kolbe - Einführung in die Programmierung mit Java - 1. Semester - WS 01/02 4 Ein- und Ausgabe in Java • Alle Ein- und Ausgabefunktionen von Java sind Datenstrom-basiert (Stream-basiert). Die beteiligten Komponenten sind: – Quelle (oder auch Produzent) Beispiele: Datei, Internet-Verbindung, Prozess, Tastatur, Sensoren,... – Senke (oder auch Ziel, Konsument) Beispiele: Datei, Internet-Verbindung, Drucker, Bildschirm, Prozess,... • Bei Quellen und Senken wird zwischen externen und internen Datenströmen unterschieden. – extern: Daten verlassen bzw. kommen von außen in die Java-Umgebung – intern: Daten fließen zwischen Prozessen und/oder Methoden T. H. Kolbe - Einführung in die Programmierung mit Java - 1. Semester - WS 01/02 5 Ein- und Ausgabedatenströme • Aus der Sicht eines Prozesses bzw. Programmabschnitts (z.B. einer Methode) sind Datenströme entweder – Eingabedatenströme oder – Ausgabedatenströme • Der Ausgabestrom eines Prozesses bzw. einer Methode kann der Eingabestrom für einen anderen Prozess sein – Die Verbindung zwischen den beiden Prozessen / Methoden wird dabei auch als Kanal bezeichnet • Mehrere Verbindungen möglich: – mehrere Prozesse können ihre Ausgabedatenströme in denselben Eingabestrom eines anderen Prozesses einspeisen – Mehrere Prozesse können sich mit ihrem Eingabestrom an denselben Ausgabestrom eines anderen Prozesses anhängen T. H. Kolbe - Einführung in die Programmierung mit Java - 1. Semester - WS 01/02 6 Filter, Eigenschaften von Datenströmen • Es gibt spezielle Ein-/Ausgabekomponenten, die genau einen Ein- und Ausgabekanal besitzen; diese werden auch als Filter bezeichnet – Aufgaben: Filterung, Transformation, Konvertierung der durchgereichten Daten – Beispiele: Verschlüsselung, (De-)Kompression, Zeichensatzanpassung • Datenströme können – endlich (z.B. eine Datei, Email oder WWW-Seite) oder – unendlich (z.B. Mausbewegungen, Sensormessungen) sein. T. H. Kolbe - Einführung in die Programmierung mit Java - 1. Semester - WS 01/02 7 Unterscheidung von Rohdaten und Text • Bei der Art der ein- und auszugebenden Daten wird kategorisch unterschieden zwischen – Rohdaten (Bytes) – Zeichen (Text) • Hintergrund: 1. Früher reichte ein Byte um ein Zeichen zu speichern (das amerikanische Standardzeichenformat ASCII benötigte sogar nur 7 Bit) Zur Unterstützung der Mehrsprachigkeit wurde ein neuer Standard geschaffen, der sog. Uni-Code mit 16 Bit pro Zeichen Java unterstützt sowohl die bisherigen Codierungen als auch Uni-Code. 2. Einige Ein- und Ausgabefunktionen sind für verschiedene Betriebs- systeme unterschiedlich. Beispiel: Der Zeilenumbruch wird unter Windows anders realisiert als unter Linux oder MacOS T. H. Kolbe - Einführung in die Programmierung mit Java - 1. Semester - WS 01/02 8 Java-Basisklassen für Ein- und Ausgabe InputStream : stellt Methoden zum Einlesen/ Öffnen von Byte- Streams (Rohdaten) zur Verfügung OutputStream : stellt Methoden zum Öffnen/ Ausgabe von Byte- Streams (Rohdaten) zur Verfügung Reader : stellt Methoden analog zum InputStream für Textdateien zur Verfügung Writer : analog zum OutputStream allerdings für Text alle 4 Klassen sind abstrakte Klassen T. H. Kolbe - Einführung in die Programmierung mit Java - 1. Semester - WS 01/02 9 Klassen zum Einlesen von Rohdaten (Bytes) zur Interprozess- Datei (Lesen) aus Strings lesen kommunikation Einlesen von Java Datentypen gepufferte Eingabe Die gleiche Lesen komprimierter Daten Klassenhierarchie existiert auch für OutputStreams T. H. Kolbe - Einführung in die Programmierung mit Java - 1. Semester - WS 01/02 10 Klassen zur Ausgabe von Text Basisklasse für Konstruktion von Ausgabe- Textausgabe via gepufferte filtern Outputstreams Ausgabe Textuelle Ausgabe der Java-Basistypen Die gleiche Klassenhierarchie Textausgabe in existiert auch für Datei Reader T. H. Kolbe - Einführung in die Programmierung mit Java - 1. Semester - WS 01/02 11 Schnittstelle zwischen Text und Rohdaten • Jeder Text wird letztlich auf eine Folge von Bytes abgebildet, wenn er übertragen oder in eine Datei geschrieben werden soll. – gleiches gilt für externe Datenquellen • Konvertierung von Text- in Rohdaten notwendig (und umgekehrt) • Klasse InputStreamReader: Abstrakte Basisklasse für alle Reader, die einen Byte-Strom in einen Zeichenstrom umwandeln. – Unterklasse: z.B. FileReader zum Einlesen von Text aus Dateien • Klasse OutputStreamWriter: Abstrakte Basisklasse für alle Writer, die einen Zeichenstrom in einen Byte-Strom umwandeln. – Unterklasse z.B. FileWriter für Textausgaben in eine Datei T. H. Kolbe - Einführung in die Programmierung mit Java - 1. Semester - WS 01/02 12 Arbeiten mit Datenströmen 1. Datenstrom öffnen – z.B. durch Erzeugen eines FileWriter- oder FileReader-Objekts, wobei der Dateiname dem Konstruktor übergeben wird Beispiel: FileWriter datei = new FileWriter(“C:\\Temp\\test.txt“); 2. Daten schreiben bzw. lesen Um in einem – die konkreten Methoden hängen von der verwendeten String einen Ein-/ Ausgabeklasse ab (siehe Java-Dokumentation) Backslash \ Beispiel: datei.write(“Hallo Welt!“); einzugeben, müssen zwei \\ 3. Datenstrom schließen hintereinander angeben werden. – Spätestens am Ende des Programms muss der Datenstrom geschlossen werden Beispiel: datei.close(); T. H. Kolbe - Einführung in die Programmierung mit Java - 1. Semester - WS 01/02 13 Ausnahmebehandlung bei Ein-/Ausgaben • Bei fast allen Ein- und Ausgabeoperationen können Fehler auftreten. – z.B.: Datei voll, Datei nicht vorhanden, keine Zugriffsberechtigung,... • Zur Fehleranzeige lösen die Ein- und Ausgabemethoden von Java entsprechende Exceptions aus – Die Ein- und Ausgabemethoden sind so definiert, dass ein Aufrufer sich um das Auftreten möglicher Exceptions explizit kümmern muss – Aufrufe von Ein- und Ausgabemethoden müssen deshalb in einen try- catch-Block eingebettet werden – Eingabe-/Ausgabe-Exceptions sind Unterklassen von der Klasse IOException T. H. Kolbe - Einführung in die Programmierung mit Java - 1. Semester - WS 01/02 14 Standardein- und ausgabeströme (I) • Grundsätzlich besitzt jedes Java-Programm drei vordefinierte Ein- und Ausgabedatenströme: – Standardeingabe – Standardausgabe – Standardfehlerausgabe • Diese Ströme werden von der Laufzeitumgebung des Java- Programms beim Programmstart eingerichtet und geöffnet. – Für die Standardeingabe wird ein Objekt der Klasse InputStream erzeugt und der Klassenvariable System.in der Klasse System zugewiesen – Für die Standardausgabe und die Standardfehlerausgabe werden je ein Objekt der Klasse PrintStream erzeugt und den Klassenvariablen System.out bzw. System.err der Klasse System zugewiesen T. H. Kolbe - Einführung in die Programmierung mit Java - 1. Semester - WS 01/02 15 Standardein- und ausgabeströme (II) • In der Entwicklungsumgebung Forté wird – der Standardausgabe- sowie der Standardfehlerausgabestrom auf das Ausgabefenster gelenkt – der Standardeingabestrom durch das Eingabefeld „Program Input:“ am unteren Rand des Ausgabefensters bedient • Eigenständig laufende Java-Programme (außerhalb einer Entwicklungsumgebung) lenken die Standardströme oftmals in das Fenster (z.B. MSDOS-Eingabeaufforderung oder Linux Shell-Fenster), in dem das Programm gestartet wurde • Per Voreinstellung sind die Standardein- und Ausgabedatenströme also unendlich, sie können aber auch auf einen Dateilese- oder –schreibdatenstrom umgelenkt werden. T. H. Kolbe - Einführung in die Programmierung mit Java - 1. Semester - WS 01/02 16 Übungsaufgabe Mini-Taschenrechner • Schreiben Sie ein Programm, das eine Zeile von der Standardeingabe einliest (String) • Diese Zeile soll eine Grundrechenoperation auf ganzen Zahlen ausdrücken. Beispiel für erlaubte Eingaben: • 4+7 • 23/9 • 2*8 • 3-1234 • Das Programm soll den Ausdruck auswerten und das Ergebnis ausgeben T. H. Kolbe - Einführung in die Programmierung mit Java - 1. Semester - WS 01/02 17
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