Grundkurs Programmieren in Java

Vorwort

1 Einleitung

1.1 Java – mehr als nur kalter Kaffee?

1.2 Java für Anfänger – das Konzept dieses Buches

1.3 Zusatzmaterial und Kontakt zu den Autoren

1.4 Verwendete Schreibweisen

2 Einige Grundbegriffe aus der Welt des Programmierens

2.1 Computer, Software, Informatik und das Internet

2.2 Was heißt Programmieren?

I Einstieg in das Programmieren in Java

3 Aller Anfang ist schwer

3.1 Mein erstes Programm

3.2 Formeln, Ausdrücke und Anweisungen

3.3 Zahlenbeispiele

3.4 Verwendung von Variablen

3.5 „Auf den Schirm!“

3.6 Das Programmgerüst

3.7 Eingeben, übersetzen und ausführen

3.8 Übungsaufgaben

4 Grundlagen der Programmierung in Java

4.1 Grundelemente eines Java-Programms

4.1.1 Kommentare

4.1.2 Bezeichner und Namen

4.1.3 Literale

4.1.4 Reservierte Wörter, Schlüsselwörter

4.1.5 Trennzeichen

4.1.6 Interpunktionszeichen

4.1.7 Operatorsymbole

4.1.8 import-Anweisungen

4.1.9 Zusammenfassung

4.1.10 Übungsaufgaben

4.2 Erste Schritte in Java

4.2.1 Grundstruktur eines Java-Programms

4.2.2 Ausgaben auf der Konsole

4.2.3 Eingaben von der Konsole

4.2.4 Schöner programmieren in Java

4.2.5 Zusammenfassung

4.2.6 Übungsaufgaben

4.3 Einfache Datentypen

4.3.1 Ganzzahlige Datentypen

4.3.2 Gleitkommatypen

4.3.3 Der Datentyp char für Zeichen

4.3.4 Zeichenketten

4.3.5 Der Datentyp boolean für Wahrheitswerte

4.3.6 Implizite und explizite Typumwandlungen

4.3.7 Zusammenfassung

4.3.8 Übungsaufgaben

4.4 Der Umgang mit einfachen Datentypen

4.4.1 Variablen

4.4.2 Operatoren und Ausdrücke

4.4.2.1 Arithmetische Operatoren

4.4.2.2 Bitoperatoren

4.4.2.3 Zuweisungsoperator

4.4.2.4 Vergleichsoperatoren und logische Operatoren

4.4.2.5 Inkrement- und Dekrementoperatoren

4.4.2.6 Priorität und Auswertungsreihenfolge derOperatoren

4.4.3 Allgemeine Ausdrücke

4.4.4 Ein- und Ausgabe

4.4.4.1 Statischer Import der IOTools-Methoden

4.4.5 Zusammenfassung

4.4.6 Übungsaufgaben

4.5 Anweisungen und Ablaufsteuerung

4.5.1 Anweisungen

4.5.2 Blöcke und ihre Struktur

4.5.3 Entscheidungsanweisung

4.5.3.1 Die if-Anweisung

4.5.3.2 Die switch-Anweisung

4.5.4 Wiederholungsanweisungen, Schleifen

4.5.4.1 Die for-Anweisung

4.5.4.2 Vereinfachte for-Schleifen-Notation

4.5.4.3 Die while-Anweisung

4.5.4.4 Die do-Anweisung

4.5.4.5 Endlosschleifen

4.5.5 Sprungbefehle und markierte Anweisungen

4.5.6 Zusammenfassung

4.5.7 Übungsaufgaben

5 Referenzdatentypen

5.1 Felder

5.1.1 Was sind Felder?

5.1.2 Deklaration, Erzeugung und Initialisierung von Feldern

5.1.3 Felder unbekannter Länge

5.1.4 Referenzen

5.1.5 Ein besserer Terminkalender

5.1.6 Mehrdimensionale Felder

5.1.7 Mehrdimensionale Felder unterschiedlicher Länge

5.1.8 Vorsicht, Falle: Kopieren von mehrdimensionalen Feldern

5.1.9 Vereinfachte for-Schleifen-Notation

5.1.10 Zusammenfassung

5.1.11 Übungsaufgaben

5.2 Klassen

5.2.1 Was sind Klassen?

5.2.2 Deklaration und Instantiierung von Klassen

5.2.3 Komponentenzugriff bei Objekten

5.2.4 Ein erstes Adressbuch

5.2.5 Klassen als Referenzdatentyp

5.2.6 Felder von Klassen

5.2.7 Vorsicht, Falle: Kopieren von geschachtelten Referenzdatentypen

5.2.8 Auslagern von Klassen

5.2.9 Zusammenfassung

5.2.10 Übungsaufgaben

6 Methoden, Unterprogramme

6.1 Methoden

6.1.1 Was sind Methoden?

6.1.2 Deklaration von Methoden

6.1.3 Parameterübergabe und Ergebnisrückgabe

6.1.4 Aufruf von Methoden

6.1.5 Überladen von Methoden

6.1.6 Variable Argument-Anzahl bei Methoden

6.1.7 Vorsicht, Falle: Referenzen als Parameter

6.1.8 Sichtbarkeit und Verdecken von Variablen

6.1.9 Zusammenfassung

6.1.10 Übungsaufgaben

6.2 Rekursiv definierte Methoden

6.2.1 Motivation

6.2.2 Gute und schlechte Beispiele für rekursive Methoden

6.2.3 Zusammenfassung

6.3 Die Methode main

6.3.1 Kommandozeilenparameter

6.3.2 Anwendung der vereinfachten for-Schleifen-Notation

6.3.3 Zusammenfassung

6.3.4 Übungsaufgaben

6.4 Methoden aus anderen Klassen aufrufen

6.4.1 Klassenmethoden

6.4.2 Die Methoden der Klasse java.lang.Math

6.4.3 Statischer Import

6.5 Methoden von Objekten aufrufen

6.5.1 Instanzmethoden

6.5.2 Die Methoden der Klasse java.lang.String

6.6 Übungsaufgaben

II Objektorientiertes Programmieren in Java

7 Die objektorientierte Philosophie

7.1 Die Welt, in der wir leben

7.2 Programmierparadigmen – Objektorientierung im Vergleich

7.3 Die vier Grundpfeiler objektorientierter Programmierung

7.3.1 Generalisierung

7.3.2 Vererbung

7.3.3 Kapselung

7.3.4 Polymorphismus

7.3.5 Weitere wichtige Grundbegriffe

7.4 Modellbildung – von der realen Welt in den Computer

7.4.1 Grafisches Modellieren mit UML

7.4.2 Entwurfsmuster

7.5 Zusammenfassung

7.6 Übungsaufgaben

8 Der grundlegende Umgang mit Klassen

8.1 Vom Referenzdatentyp zur Objektorientierung

8.2 Instanzmethoden

8.2.1 Zugriffsrechte

8.2.2 Was sind Instanzmethoden?

8.2.3 Instanzmethoden zur Validierung von Eingaben

8.2.4 Instanzmethoden als erweiterte Funktionalität

8.3 Statische Komponenten einer Klasse

8.3.1 Klassenvariablen und -methoden

8.3.2 Klassenkonstanten

8.4 Instantiierung und Initialisierung

8.4.1 Konstruktoren

8.4.2 Überladen von Konstruktoren

8.4.3 Der statische Initialisierer

8.4.4 Der Mechanismus der Objekterzeugung

8.5 Zusammenfassung

8.6 Übungsaufgaben

9 Vererbung und Polymorphismus

9.1 Wozu braucht man Vererbung?

9.1.1 Aufgabenstellung

9.1.2 Analyse des Problems

9.1.3 Ein erster Ansatz

9.1.4 Eine Klasse für sich

9.1.5 Stärken der Vererbung

9.1.6 Vererbung verhindern durch final

9.1.7 Übungsaufgaben

9.2 Die super-Referenz

9.3 Überschreiben von Methoden und Variablen

9.3.1 Dynamisches Binden

9.3.2 Überschreiben von Methoden verhindern durch final

9.4 Die Klasse java.lang.Object

9.5 Übungsaufgaben

9.6 Abstrakte Klassen und Interfaces

9.7 Übungsaufgaben

9.8 Weiteres zum Thema Objektorientierung

9.8.1 Erstellen von Paketen

9.8.2 Zugriffsrechte

9.8.3 Innere Klassen

9.8.4 Anonyme Klassen

9.9 Zusammenfassung

9.10 Übungsaufgaben

10 Exceptions und Errors

10.1 Eine Einführung in Exceptions

10.1.1 Was ist eine Exception?

10.1.2 Übungsaufgaben

10.1.3 Abfangen von Exceptions

10.1.4 Ein Anwendungsbeispiel

10.1.5 Die RuntimeException

10.1.6 Übungsaufgaben

10.2 Exceptions für Fortgeschrittene

10.2.1 Definieren eigener Exceptions

10.2.2 Übungsaufgaben

10.2.3 Vererbung und Exceptions

10.2.4 Vorsicht, Falle!

10.2.5 Der finally-Block

10.2.6 Die Klassen Throwable und Error

10.2.7 Zusammenfassung

10.2.8 Übungsaufgaben

10.3 Assertions

10.3.1 Zusicherungen im Programmcode

10.3.2 Compilieren des Programmcodes

10.3.3 Ausführen des Programmcodes

10.3.4 Zusammenfassung

11 Fortgeschrittene objektorientierte Programmierung

11.1 Aufzählungstypen

11.1.1 Deklaration eines Aufzählungstyps

11.1.2 Instanzmethoden der enum-Objekte

11.1.3 Selbstdefinierte Instanzmethoden für enum-Objekte

11.1.4 Übungsaufgaben

11.2 Generische Datentypen

11.2.1 Generizität in alten Java-Versionen

11.2.2 Generizität ab Java 5.0

11.2.3 Einschränkungen der Typ-Parameter

11.2.4 Wildcards

11.2.5 Bounded Wildcards

11.2.6 Generische Methoden

11.2.7 Ausblick

11.2.8 Übungsaufgaben

11.3 Sortieren von Feldern und das Interface Comparable

12 Einige wichtige Hilfsklassen

12.1 Die Klasse StringBuffer

12.1.1 Arbeiten mit String-Objekten

12.1.2 Arbeiten mit StringBuffer-Objekten

12.1.3 Übungsaufgaben

12.2 Die Wrapper-Klassen (Hüll-Klassen)

12.2.1 Arbeiten mit „eingepackten“ Daten

12.2.2 Aufbau der Wrapper-Klassen

12.2.3 Ein Anwendungsbeispiel

12.2.4 Automatische Typwandlung für die Wrapper-Klassen

12.2.5 Übungsaufgaben

12.3 Die Klassen BigInteger und BigDecimal

12.3.1 Arbeiten mit langen Ganzzahlen

12.3.2 Aufbau der Klasse BigInteger

12.3.3 Übungsaufgaben

12.3.4 Arbeiten mit langen Gleitkommazahlen

12.3.5 Aufbau der Klasse BigDecimal

12.3.6 Viele Stellen von Nullstellen gefällig?

12.3.7 Übungsaufgaben

12.4 Die Klasse DecimalFormat

12.4.1 Standard-Ausgaben in Java

12.4.2 Arbeiten mit Format-Objekten

12.4.3 Vereinfachte formatierte Ausgabe

12.4.4 Übungsaufgaben

12.5 Die Klassen Date und Calendar

12.5.1 Arbeiten mit „Zeitpunkten“

12.5.2 Auf die Plätze, fertig, los!

12.5.3 Spezielle Calendar-Klassen

12.5.4 Noch einmal: Zeitmessung

12.5.5 Übungsaufgaben

12.6 Die Klassen SimpleDateFormat und DateFormat

12.6.1 Arbeiten mit Format-Objekten für Datum/Zeit-Angaben

12.6.2 Übungsaufgaben

12.7 Die Collection-Klassen

12.7.1 „Sammlungen“ von Objekten – der Aufbau des Interface Collection

12.7.2 „Sammlungen“ durchgehen – der Aufbau des Interface Iterator

12.7.3 Mengen

12.7.3.1 Das Interface Set

12.7.3.2 Die Klasse HashSet

12.7.3.3 Das Interface SortedSet

12.7.3.4 Die Klasse TreeSet

12.7.4 Listen

12.7.4.1 Das Interface List

12.7.4.2 Die Klassen ArrayList und LinkedList

12.7.4.3 Suchen und Sortieren – die KlassenCollections und Arrays

12.7.5 Übungsaufgaben

12.8 Die Klasse StringTokenizer

12.8.1 Übungsaufgaben

III Grafische Oberflächen in Java

13 Aufbau grafischer Oberflächen in Frames – von AWT nach Swing

13.1 Grundsätzliches zum Aufbau grafischer Oberflächen

13.2 Ein einfaches Beispiel mit dem AWT

13.3 Let's swing now!

13.4 Etwas „Fill-in“ gefällig?

13.5 Die AWT- und Swing-Klassenbibliothek im Überblick

13.6 Übungsaufgaben

14 Swing-Komponenten

14.1 Die abstrakte Klasse Component

14.2 Die Klasse Container

14.3 Die abstrakte Klasse JComponent

14.4 Layout-Manager, Farben und Schriften

14.4.1 Die Klasse Color

14.4.2 Die Klasse Font

14.4.3 Layout-Manager

14.4.3.1 Die Klasse FlowLayout

14.4.3.2 Die Klasse BorderLayout

14.4.3.3 Die Klasse GridLayout

14.5 Einige Grundkomponenten

14.5.1 Die Klasse JLabel

14.5.2 Die abstrakte Klasse AbstractButton

14.5.3 Die Klasse JButton

14.5.4 Die Klasse JToggleButton

14.5.5 Die Klasse JCheckBox

14.5.6 Die Klassen JRadioButton und ButtonGroup

14.5.7 Die Klasse JComboBox

14.5.8 Die Klasse JList

14.5.9 Die abstrakte Klasse JTextComponent

14.5.10 Die Klassen JTextField und JPasswordField

14.5.11 Die Klasse JTextArea

14.5.12 Die Klasse JScrollPane

14.5.13 Die Klasse JPanel

14.6 Spezielle Container, Menüs und Toolbars

14.6.1 Die Klasse JFrame

14.6.2 Die Klasse JWindow

14.6.3 Die Klasse JDialog

14.6.4 Die Klasse JMenuBar

14.6.5 Die Klasse JToolBar

14.7 Übungsaufgaben

15 Ereignisverarbeitung

15.1 Zwei einfache Beispiele

15.1.1 Zufällige Grautöne als Hintergrund

15.1.2 Ein interaktiver Bilderrahmen

15.2 Programmiervarianten für die Ereignisverarbeitung

15.2.1 Innere Klasse als Listener-Klasse

15.2.2 Anonyme Klasse als Listener-Klasse

15.2.3 Container-Klasse als Listener-Klasse

15.2.4 Separate Klasse als Listener-Klasse

15.3 Event-Klassen und -Quellen

15.4 Listener-Interfaces und Adapter-Klassen

15.5 Listener-Registrierung bei den Event-Quellen

15.6 Auf die Plätze, fertig, los!

15.7 Übungsaufgaben

16 Einige Ergänzungen zu Swing-Komponenten

16.1 Zeichnen in Swing-Komponenten

16.1.1 Grafische Darstellung von Komponenten

16.1.2 Das Grafik-Koordinatensystem

16.1.3 Die abstrakte Klasse Graphics

16.1.4 Ein einfaches Zeichenprogramm

16.1.5 Layoutveränderungen und der Einsatz von revalidate

16.2 Noch mehr Swing gefällig?

16.3 Übungsaufgaben

17 Applets

17.1 Erstellen und Ausführen von Applets

17.1.1 Vom Frame zum Applet am Beispiel

17.1.2 Applet in HTML-Datei einbetten

17.1.3 Applet über HTML-Datei ausführen

17.2 Die Methoden der Klasse JApplet

17.3 Zwei Beispiele

17.3.1 Auf die Plätze, fertig, los!

17.3.2 Punkte verbinden im Applet

17.4 Details zur HTML-Einbettung

17.4.1 Der Applet-Tag

17.4.2 Die Methode showDocument

17.5 Sicherheitseinschränkungen bei Applets

17.6 Übungsaufgaben

IV Threads, Datenströme und Netzwerk-Anwendungen

18 Parallele Programmierung mit Threads

18.1 Ein einfaches Beispiel

18.2 Threads in Java

18.2.1 Die Klasse Thread

18.2.2 Das Interface Runnable

18.2.3 Threads vorzeitig beenden

18.3 Wissenswertes über Threads

18.3.1 Lebenszyklus eines Threads

18.3.2 Thread-Scheduling

18.3.3 Dämon-Threads und Thread-Gruppen

18.4 Thread-Synchronisation und -Kommunikation

18.4.1 Das Leser/Schreiber-Problem

18.4.2 Das Erzeuger/Verbraucher-Problem

18.5 Threads in Frames und Applets

18.5.1 Auf die Plätze, fertig, los!

18.5.2 Spielereien

18.5.3 Swing-Komponenten sind nicht Thread-sicher

18.6 Übungsaufgaben

19 Ein- und Ausgabe über I/O-Streams

19.1 Grundsätzliches zu I/O-Streams in Java

19.2 Dateien und Verzeichnisse – Die Klasse File

19.3 Ein- und Ausgabe über Character-Streams

19.3.1 Einfache Reader- und Writer-Klassen

19.3.2 Gepufferte Reader- und Writer-Klassen

19.3.3 Die Klasse StreamTokenizer

19.3.4 Die Klasse PrintWriter

19.3.5 Die Klassen IOTools und Scanner

19.3.5.1 Was machen eigentlich die IOTools?

19.3.5.2 Konsoleneingabe über ein Scanner-Objekt

19.4 Ein- und Ausgabe über Byte-Streams

19.4.1 Einige InputStream- und OutputStream-Klassen

19.4.2 Die Serialisierung und Deserialisierung von Objekten

19.4.3 Die Klasse PrintStream

19.5 Einige abschließende Bemerkungen

19.6 Übungsaufgaben

20 Client/Server-Programmierung in Netzwerken

20.1 Wissenswertes über Netzwerk-Kommunikation

20.1.1 Protokolle

20.1.2 IP-Adressen

20.1.3 Ports und Sockets

20.2 Client/Server-Programmierung

20.2.1 Die Klassen ServerSocket und Socket

20.2.2 Ein einfacher Server

20.2.3 Ein einfacher Client

20.2.4 Ein Server für mehrere Clients

20.2.5 Ein Mehrzweck-Client

20.3 Wissenswertes über URLs

20.3.1 Client/Server-Kommunikation über URLs

20.3.2 Netzwerkverbindungen in Applets

20.4 Übungsaufgaben

V Aktuelles, Ausblick und Anhang

21 Neuerungen in Java 7

21.1 Spracherweiterungen

21.1.1 Elementare Datentypen und Anweisungen

21.1.1.1 Binäre ganzzahlige Literalkonstanten

21.1.1.2 Unterstrich als Trennzeichen in Literalkonstanten

21.1.1.3 Strings in der switch-Anweisung

21.1.2 Verkürzte Notation bei generischen Datentypen

21.1.3 Ausnahmebehandlung

21.1.3.1 Mehrere Ausnahme-Typen in einem catch-Block

21.1.3.2 try-Block mit Ressourcen

21.2 Erweiterungen der Klassenbibliothek

21.2.1 Dateien und Verzeichnisse

21.2.1.1 Das Interface Path und die Klasse Paths

21.2.1.2 Die Klasse Files

21.2.2 Grafische Oberflächen

22 Neuerungen in Java 8

22.1 Lambda-Ausdrücke

22.1.1 Lambda-Ausdrücke in Aktion – zwei Beispiele

22.1.2 Lambda-Ausdrücke im Detail

22.1.3 Lambda-Ausdrücke und funktionale Interfaces

22.1.4 Vordefinierte funktionale Interfaces und Anwendungen auf Datenstrukturen

22.1.5 Methoden-Referenzen als Lambda-Ausdrücke

22.1.6 Zugriff auf Variablen aus der Umgebung innerhalb eines Lambda-Ausdrucks

22.2 Interfaces mit Default-Methoden und statischen Methoden

22.2.1 Deklaration von Default-Methoden

22.2.2 Deklaration von statischen Methoden

22.2.3 Auflösung von Namensgleichheiten bei Default-Methoden

22.2.4 Interfaces und abstrakte Klassen in Java 8

22.3 Streams und Pipeline-Operationen

22.3.1 Streams in Aktion

22.3.2 Streams und Pipelines im Detail

22.3.3 Erzeugen von endlichen und unendlichen Streams

22.3.4 Die Stream-API

23 Blick über den Tellerrand

23.1 Der Vorhang fällt

23.2 A fool with a tool …

23.3 Alles umsonst?

23.4 Und fachlich?

23.5 Zu guter Letzt …

A Der Weg zum guten Programmierer …

A.1 Die goldenen Regeln der Code-Formatierung

A.2 Die goldenen Regeln der Namensgebung

A.3 Zusammenfassung

B Die Klasse IOTools – Tastatureingaben in Java

B.1 Kurzbeschreibung

B.2 Anwendung der IOTools-Methoden

C Der Umgang mit der API-Spezifikation

C.1 Der Aufbau der API-Spezifikation

C.2 Der praktische Einsatz der API-Spezifikation

D Glossar

Literaturverzeichnis

Stichwortverzeichnis