4th Java Lesson (Java Course @ TUD)

https://github.com/Trivo25/tud-java-course

November 11, 2021

Während Ihr darauf wartet, dass es beginnt..

überprüfen wir Euren 3G-Status
könnt ihr nochmal die Folien aus der letzten Stunde anschauen
- hier verlinkt: https://trivo25.github.io/tud-java-course/
könnt ihr an der letzten Aufgabenstellung arbeiten (FizzBuzz)
VS Code oder https://www.jdoodle.com/online-java-compiler/ öffnen
die Cheat Sheet öffnen: http://tiny.cc/java-cs

Java

Object Oriented Programming

Florian Kluge, Moritz Schulz

November 2021

Florian.Kluge@mailbox.tu-dresden.de

Moritz.Schulz2@mailbox.tu-dresden.de

Was wir heute machen

Programme betrachten
For-Schleifen II
Funktionen

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Florian Kluge

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- wir laufen herum und gucken, dass ihr zurecht kommt
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uns geht es darum, alle mitzunehmen

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Los geht’s!

Programme betrachten: 1

Was ist die letzte ausgegebene Zahl?

public class Programm1 {
    public static void main(String[] args) {
        for(int i = 0; i <= 22; i++) {
            System.out.println(i);
        }
    }
}

Programme betrachten: 1 (Lösung)

public class Programm1 {
    public static void main(String[] args) {
        for(int i = 0; i <= 22; i++) {
            System.out.println(i);
        }
    }
}

Antwort: 22

Denn wenn i == 22, ist i <= 22 wahr

Programme betrachten: 2

Was ist die letzte ausgegebene Zahl?

public class Programm2 {
    public static void main(String[] args) {
        for(int i = 0; i < 22; i += 1) {
            System.out.println(i);
        }
    }
}

Programme betrachten: 2 (Lösung)

public class Programm2 {
    public static void main(String[] args) {
        for(int i = 0; i < 22; i += 1) {
            System.out.println(i);
        }
    }
}

Antwort: 21

Denn wenn i == 21, ist i < 22 wahr.

Für i == 22, ist i < 22 nicht mehr wahr, die Schleife ist unterbrochen.

Programme betrachten: 3

Was ist die letzte ausgegebene Zahl?

public class Programm3 {
    public static void main(String[] args) {
        for(int i = 0; i < 22; i += 3) {
            System.out.println(i);
        }
    }
}

Programme betrachten: 3 (Lösung)

public class Programm3 {
    public static void main(String[] args) {
        for(int i = 0; i < 22; i += 3) {
            System.out.println(i);
        }
    }
}

Antwort: 21
i ist zu Beginn 0
i wird nach jedem Durchlauf um 3 erhöht
für i gleich 21, trifft i < 22 zu
als nächstes wird i += 3 ausgeführt
für i gleich 24 trifft i < 22 nicht mehr zu

Programme betrachten: 4

public class Programm4 {
    public static void main(String[] args) {
        int[] numbers = {1,2,3,4,5,6};
        for (int i = 0; numbers[i] > 0; i++) {
            System.out.println(i);
        }
    }
}

Was tut das Programm?
- Was gibt es als erstes aus?
- Was gibt es als letztes aus?
Passiert etwas besonders?

Programme betrachten: 4 (Lösung)

1. Ausgabe: 0 (der erste Wert von i)
Letzte Ausgabe: 5 (denn wenn i == 5: numbers[5] > 0)
Danach: ArrayIndexOutOfBoundsException
- denn die Bedingung numbers[6] > 0

Arrays und For-loops

angenommen, wir wollen alle Elemente in einem Array ausgeben
Sollten wir uns das i nicht sparen können?

String[] namen = {"Madeline", "Kim", "John"}

for(int i = 0; i < namen.length; i++) {
    String name = namen[i];
    System.out.println(name);
}

Arrays und For-loops

verkürzte Syntax
“for each” Loop

String[] namen = {"Madeline", "Kim", "John"}

for(String name : namen) {
    System.out.println(name);
}

Arrays und For-loops

es gibt auch for-each Loops
diese for each Loop führt eine Iteration pro Array-Element aus
dadurch sparen wir uns den Index

// 'für jedes Element in Array tu dies..'
for(datentyp variableName : array) {
    // do something!
}

Arrays und For-Each-loops

es gibt aber auch Fälle, in denen es besser ist, eine “normale” for Loop zu nutzen
Beispiele:
- sich den Index von einem bestimmten Element merken
- den Index jeden Elements mit ausgeben
- nur jedes zweite Element betrachten

Aufgaben

Vervollständige:

String[] wochentage = {"Montag", "Dienstag", "Mittwoch", "Donnerstag", "Freitag"};
for(String tag : wochentage) {
    System.out.println(tag);
}

Funktionen

so sieht eine Funktion aus:

public static void funktionsName() {
    // tue etwas
}

public, static, void erklären wir noch

Funktionen

Funktionen erlauben uns Code “auszulagern” und an verschiedenen Stellen aufzurufen

public class Programm {
    public static void main(String[] args) {   
        System.out.println("~~~~~~~~~~~~~");
        System.out.println("--  Hallo  --");
        System.out.println("~~~~~~~~~~~~~");
        
        System.out.println("~~~~~~~~~~~~~");
        System.out.println("--  Hallo  --");
        System.out.println("~~~~~~~~~~~~~");
        if (true) {
            System.out.println("~~~~~~~~~~~~~");
            System.out.println("--  Hallo  --");
            System.out.println("~~~~~~~~~~~~~");
        }
    }
}

Funktionen

Funktionen erlauben uns Code auszulagern
- jedes Mal, wenn er ausgeführt werden soll
  - rufen wir stattdessen die Funktion auf
Wie viele Funktionen hat das Programm?

public class Programm {
    public static void main(String[] args) {   
        schild(); // Funktion mit Name schild wird aufgerufen
        schild(); // Funktion mit Name schild wird aufgerufen
        if (true) {
            schild(); // Funktion mit Name schild wird aufgerufen
        }
    }
    public static void schild() {
        System.out.println("~~~~~~~~~~~~~");
        System.out.println("--  Hallo  --");
        System.out.println("~~~~~~~~~~~~~");
    }
}

Funktionen: Aufgabe

Aufgabe: verändert das Programm, sodass es eine Funktion nutzt!
- Hinweis: Funktionen haben die Struktur:
  - public static void funktionsName() { … }
- Hinweis: Welcher Code wird wiederholt?

public class Programm {
    public static void main(String[] args) {
        String name;
        name = "Alex";
        if (name == "James") {
            System.out.println("Das Passwort ist: 478329");
        } else {
            System.out.println("Du bist nicht James!");
        }
        if (100 > 20) {
            name = "Alex";
            if (name == "James") {
                System.out.println("Das Passwort ist: 478329");
            } else {
                System.out.println("Du bist nicht James!");
            }
        }
    }
}

Funktionen: Aufgabe: Lösung

public class Programm {
    public static void main(String[] args) {
        geheimnis();
        if (100 > 20) {
            geheimnis();
        }
    }
    
    public static void geheimnis() {
        String name = "Alex";
        if (name == "James") {
            System.out.println("Das Passwort ist: 478329");
        } else {
            System.out.println("Du bist nicht James!");
        }
    }
}

Funktionen

Helfen uns, Code zu sparen und uns weniger zu wiederholen.
Aktuell tun Funktionen immer das Gleiche.
Funktionen, die sich verschieden verhalten können, wären praktischer.
- zum Beispiel eine Funktion, die von einer Zahl die Wurzel berechnet

Funktionen

Wir können außerdem Parameter bzw. Werte an Funktionen übergeben
- Parameter sind für die Funktion dann wie Variablen

public class Programm {
    public static void main(String[] args) {
        funktionsName("Hello World!");
    }

    public static void funktionsName(String aussage) {
        System.out.println(aussage); // prints Hello World!
    }
}

Funktionen

diese Parameter können beliebig lang und von verschiedenen Datentypen sein

public class Programm {
    public static void main(String[] args) {
        funktionsName(8, 9);
        // Ausgabe: "Der Nachfolger von 8 ist 9"
    }

    public static void funktionsName(int number, int successor) {
        System.out.println("Der Nachfolger von " + number + " ist " + successor);
    }
}

Funktionen

Funktionen können auch Werte zurückgeben
- mit return
- aus void wird der Datentyp
  - denn void würde heißen, dass keine Werte zurückgegeben werden

public class Programm {
    public static void main(String[] args) {
        int c = sum(3, 5);
        System.out.println(c); // prints 8
    }

    public static int sum(int a, int b) {
        return a + b;
        // Note: Nichts unterhalb von "return" wird ausgeführt
    }
}

Eine Funktion fürs Volumen

public class Aufgabe {
    public static void main(String[] args) {
        float volumen = wuerfel(3.0f);
        System.out.println(volumen);
    }

    public static float wuerfel(float a) {
        return a*a*a;
    }
}

Was wird das Programm ausgeben?
Schreibe eine Funktion, die das Volumen eines Quaders berechnet.
- Herausforderungen:
  - Volumen einer Pyramide (Hinweis: 1.0f/3.0f)
  - Volumen eines Zylinders
  - eine weitere Funktion, die aus den Parametern und dem Ergebnis eine Rechnung schreibt und ausgibt

Eine Funktion fürs Volumen: Lösung

public class Programm {
    public static void main(String[] args) {
        float volumen = quader(3.0f, 2.0f, 5.0f);
        System.out.println(volumen);
    }

    public static float quader(float a, float b, float c) {
        return a*b*c;
    }
}

Rekursion

Iterationen können nicht nur durch Schleifen erzeugt werden
wenn sich eine Funktion selbst aufruft, heißt das Rekursion
wenn es keinen Fall gibt, für den die Funktion sich nicht mehr selbst aufruft (kein Abbruchkriterium):
- ist das Programm ähnlich wie eine Endlosschleife

public static int recursion() {
    return 1 + recursion(); // ! hat kein Abbruchkriterium
}

Rekursion: Summe

Mit der Rekursion können wir auch eine Summe rekursiv berechnen
Ziel: Summe aller Ganzzahlen von 0 bis a: {\color{White}\sum_{i=0}^{\text{max}} i}
mathematisch: \text{sum}(0) = 0,\; \text{sum}(x) = x+\text{sum}(x-1)
Rekursion als Alternative zu Loops / Schleifen

public static int sum(int max) {
  if(max > 0) {
    return max + sum(max - 1);
  } else {
    return max;
  }
}

Lösung mit Bezugnahme auf Lösung des kleineren Problems

Rekursion: Summe

public class Programm {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(sum(3));
    }
    
    public static int sum(int max) {
      if(max > 0) {
        return max + sum(max - 1);
      } else {
        return max;
      }
    }
}

sum(3) => 3 + sum(2) => 3 + (2 + sum(1)) => 3 + (2 + (1)) => 3 + (3) => 6

Rekursion: ggT aus der Vorlesung

Wechselwegnahmealgorithmus
der ggT(a, b) (größte gemeinsame Teiler) lässt sich ebenfalls rekursiv modellieren
Aufgabe: übersetzen in ein Java-Programm
Der Screenshot beschreibt eine Funktion WWN

public class GGTRechner {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(WWN(16,10));
    }
    
    public static int WWN(int a, int b) {
        if(m == n) {
            return a;
        } else if (m < n) {
            return WWN(m, n-m);
        } else {
            return WWN(m-n, n);
        }
    }
}

Freiwillige Aufgabe bis zum nächsten Mal

Schreibe ein Programm, das eine Funktion enthält, die das größte Element in einem int-Array findet und zurückgibt.

Probiere dich auch an einer rekursiven Umsetzung. Also dass die Funktion sich selbst aufruft, mit dem Parameter einer verkleinerten Problemgröße.

Teste die Funktion, indem du sie innerhalb der main-Funktion auf verschiedene Arrays anwendest.

Nächste Stunde

Grundlagen der objektorientierten Programmierung
- Klassen
- Objekte
- Methoden

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Check out the Cheat Sheet: http://tiny.cc/java-cs