Grundkurs Programmieren in Java

Vorwort

Einleitung

Java – mehr als nur kalter Kaffee?

Java für Anfänger – das Konzept dieses Buches

Zusatzmaterial und Kontakt zu den Autoren

Verwendete Schreibweisen

I Einstieg in das Programmieren in Java

1 Einige Grundbegriffe aus der Welt des Programmierens

1.1 Computer, Software, Informatik und das Internet

1.2 Was heißt Programmieren?

1.3 Welche Werkzeuge brauchen wir?

2 Aller Anfang ist schwer

2.1 Mein erstes Programm

2.2 Formeln, Ausdrücke und Anweisungen

2.3 Zahlenbeispiele

2.4 Verwendung von Variablen

2.5 „Auf den Schirm!“

2.6 Das Programmgerüst

2.7 Eingeben, übersetzen und ausführen

2.8 Übungsaufgaben

3 Grundlagen der Programmierung in Java

3.1 Grundelemente eines Java-Programms

3.1.1 Kommentare

3.1.2 Bezeichner und Namen

3.1.3 Literale

3.1.4 Reservierte Wörter, Schlüsselwörter

3.1.5 Trennzeichen

3.1.6 Interpunktionszeichen

3.1.7 Operatorsymbole

3.1.8 import-Anweisungen

3.1.9 Zusammenfassung

3.1.10 Übungsaufgaben

3.2 Erste Schritte in Java

3.2.1 Grundstruktur eines Java-Programms

3.2.2 Ausgaben auf der Konsole

3.2.3 Eingaben von der Konsole

3.2.4 Schöner programmieren in Java

3.2.5 Zusammenfassung

3.2.6 Übungsaufgaben

3.3 Einfache Datentypen

3.3.1 Ganzzahlige Datentypen

3.3.1.1 Literalkonstanten in anderen Zahlensystemen

3.3.1.2 Unterstrich als Trennzeichen in Literalkonstanten

3.3.2 Gleitkommatypen

3.3.3 Der Datentyp char für Zeichen

3.3.4 Zeichenketten

3.3.5 Der Datentyp boolean für Wahrheitswerte

3.3.6 Implizite und explizite Typumwandlungen

3.3.7 Zusammenfassung

3.3.8 Übungsaufgaben

3.4 Der Umgang mit einfachen Datentypen

3.4.1 Variablen

3.4.2 Operatoren und Ausdrücke

3.4.2.1 Arithmetische Operatoren

3.4.2.2 Bitoperatoren

3.4.2.3 Zuweisungsoperator

3.4.2.4 Vergleichsoperatoren und logische Operatoren

3.4.2.5 Inkrement- und Dekrementoperatoren

3.4.2.6 Priorität und Auswertungsreihenfolge derOperatoren

3.4.3 Allgemeine Ausdrücke

3.4.4 Ein- und Ausgabe

3.4.4.1 Statischer Import der IOTools-Methoden

3.4.5 Zusammenfassung

3.4.6 Übungsaufgaben

3.5 Anweisungen und Ablaufsteuerung

3.5.1 Anweisungen

3.5.2 Blöcke und ihre Struktur

3.5.3 Entscheidungsanweisung

3.5.3.1 Die if-Anweisung

3.5.3.2 Die switch-Anweisung

3.5.4 Wiederholungsanweisungen, Schleifen

3.5.4.1 Die for-Anweisung

3.5.4.2 Vereinfachte for-Schleifen-Notation

3.5.4.3 Die while-Anweisung

3.5.4.4 Die do-Anweisung

3.5.4.5 Endlosschleifen

3.5.5 Sprungbefehle und markierte Anweisungen

3.5.6 Zusammenfassung

3.5.7 Übungsaufgaben

4 Referenzdatentypen

4.1 Felder

4.1.1 Was sind Felder?

4.1.2 Deklaration, Erzeugung und Initialisierung von Feldern

4.1.3 Felder unbekannter Länge

4.1.4 Referenzen

4.1.5 Ein besserer Terminkalender

4.1.6 Mehrdimensionale Felder

4.1.7 Mehrdimensionale Felder unterschiedlicher Länge

4.1.8 Vorsicht, Falle: Kopieren von mehrdimensionalen Feldern

4.1.9 Vereinfachte for-Schleifen-Notation

4.1.10 Zusammenfassung

4.1.11 Übungsaufgaben

4.2 Klassen

4.2.1 Willkommen in der ersten Klasse!

4.2.2 Komponentenzugriff bei Objekten

4.2.3 Ein erstes Adressbuch

4.2.4 Klassen als Referenzdatentyp

4.2.5 Felder von Klassen

4.2.6 Vorsicht, Falle: Kopieren von geschachtelten Referenzdatentypen

4.2.7 Zusammenfassung

4.2.8 Übungsaufgaben

5 Methoden, Unterprogramme

5.1 Methoden

5.1.1 Was sind Methoden?

5.1.2 Deklaration von Methoden

5.1.3 Parameterübergabe und Ergebnisrückgabe

5.1.4 Aufruf von Methoden

5.1.5 Überladen von Methoden

5.1.6 Variable Argumentanzahl bei Methoden

5.1.7 Vorsicht, Falle: Referenzen als Parameter

5.1.8 Sichtbarkeit und Verdecken von Variablen

5.1.9 Zusammenfassung

5.1.10 Übungsaufgaben

5.2 Rekursiv definierte Methoden

5.2.1 Motivation

5.2.2 Gute und schlechte Beispiele für rekursive Methoden

5.2.3 Zusammenfassung

5.3 Die Methode main

5.3.1 Kommandozeilenparameter

5.3.2 Anwendung der vereinfachten for-Schleifen-Notation

5.3.3 Zusammenfassung

5.3.4 Übungsaufgaben

5.4 Methoden aus anderen Klassen aufrufen

5.4.1 Klassenmethoden

5.4.2 Die Methoden der Klasse java.lang.Math

5.4.3 Statischer Import

5.5 Methoden von Objekten aufrufen

5.5.1 Instanzmethoden

5.5.2 Die Methoden der Klasse java.lang.String

5.6 Übungsaufgaben

II Objektorientiertes Programmieren in Java

6 Die objektorientierte Philosophie

6.1 Die Welt, in der wir leben

6.2 Programmierparadigmen – Objektorientierung im Vergleich

6.3 Die vier Grundpfeiler objektorientierter Programmierung

6.3.1 Generalisierung

6.3.2 Vererbung

6.3.3 Kapselung

6.3.4 Polymorphie

6.3.5 Weitere wichtige Grundbegriffe

6.4 Modellbildung – von der realen Welt in den Computer

6.4.1 Grafisches Modellieren mit UML

6.4.2 Entwurfsmuster

6.5 Zusammenfassung

6.6 Übungsaufgaben

7 Der grundlegende Umgang mit Klassen

7.1 Vom Referenzdatentyp zur Objektorientierung

7.2 Instanzmethoden

7.2.1 Zugriffsrechte

7.2.2 Was sind Instanzmethoden?

7.2.3 Instanzmethoden zur Validierung von Eingaben

7.2.4 Instanzmethoden als erweiterte Funktionalität

7.3 Statische Komponenten einer Klasse

7.3.1 Klassenvariablen und -methoden

7.3.2 Klassenkonstanten

7.4 Instanziierung und Initialisierung

7.4.1 Konstruktoren

7.4.2 Überladen von Konstruktoren

7.4.3 Der statische Initialisierer

7.4.4 Der Mechanismus der Objekterzeugung

7.5 Zusammenfassung

7.6 Übungsaufgaben

8 Vererbung und Polymorphie

8.1 Wozu braucht man Vererbung?

8.1.1 Aufgabenstellung

8.1.2 Analyse des Problems

8.1.3 Ein erster Ansatz

8.1.4 Eine Klasse für sich

8.1.5 Stärken der Vererbung

8.1.6 Vererbung verhindern durch final

8.1.7 Übungsaufgaben

8.2 Die super-Referenz

8.3 Überschreiben von Methoden und Variablen

8.3.1 Dynamisches Binden

8.3.2 Überschreiben von Methoden verhindern durch final

8.4 Die Klasse java.lang.Object

8.5 Übungsaufgaben

8.6 Abstrakte Klassen und Interfaces

8.6.1 Einsatzszenarien am Beispiel

8.6.2 Abstrakte Klassen im Detail

8.6.3 Interfaces im Detail

8.7 Interfaces mit Default-Methoden und statischen Methoden

8.7.1 Deklaration von Default-Methoden

8.7.2 Deklaration von statischen Methoden

8.7.3 Auflösung von Namensgleichheiten bei Default-Methoden

8.7.4 Interfaces und abstrakte Klassen im Vergleich

8.8 Weiteres zum Thema Objektorientierung

8.8.1 Erstellen von Paketen

8.8.2 Zugriffsrechte

8.8.3 Innere Klassen

8.8.4 Anonyme Klassen

8.9 Zusammenfassung

8.10 Übungsaufgaben

9 Exceptions und Errors

9.1 Eine Einführung in Exceptions

9.1.1 Was ist eine Exception?

9.1.2 Übungsaufgaben

9.1.3 Abfangen von Exceptions

9.1.4 Ein Anwendungsbeispiel

9.1.5 Die RuntimeException

9.1.6 Übungsaufgaben

9.2 Exceptions für Fortgeschrittene

9.2.1 Definieren eigener Exceptions

9.2.2 Übungsaufgaben

9.2.3 Vererbung und Exceptions

9.2.4 Vorsicht, Falle!

9.2.5 Der finally-Block

9.2.6 Die Klassen Throwable und Error

9.2.7 Zusammenfassung

9.2.8 Übungsaufgaben

9.3 Assertions

9.3.1 Zusicherungen im Programmcode

9.3.2 Ausführen des Programmcodes

9.3.3 Zusammenfassung

9.4 Mehrere Ausnahmetypen in einem catch-Block

9.5 Ausblick: try-Block mit Ressourcen

10 Fortgeschrittene objektorientierte Programmierung

10.1 Aufzählungstypen

10.1.1 Deklaration eines Aufzählungstyps

10.1.2 Instanzmethoden der enum-Objekte

10.1.3 Selbstdefinierte Instanzmethoden für enum-Objekte

10.1.4 Übungsaufgaben

10.2 Generische Datentypen

10.2.1 Herkömmliche Generizität

10.2.2 Generizität durch Typ-Parameter

10.2.3 Einschränkungen der Typ-Parameter

10.2.4 Wildcards

10.2.5 Bounded Wildcards

10.2.6 Generische Methoden

10.2.7 Verkürzte Notation bei generischen Datentypen

10.2.8 Ausblick

10.2.9 Übungsaufgaben

10.3 Sortieren von Feldern und das Interface Comparable

11 Einige wichtige Hilfsklassen

11.1 Die Klasse StringBuffer

11.1.1 Arbeiten mit String-Objekten

11.1.2 Arbeiten mit StringBuffer-Objekten

11.1.3 Übungsaufgaben

11.2 Die Wrapper-Klassen (Hüll-Klassen)

11.2.1 Arbeiten mit „eingepackten“ Daten

11.2.2 Aufbau der Wrapper-Klassen

11.2.3 Ein Anwendungsbeispiel

11.2.4 Automatische Typwandlung für die Wrapper-Klassen

11.2.5 Übungsaufgaben

11.3 Die Klassen BigInteger und BigDecimal

11.3.1 Arbeiten mit langen Ganzzahlen

11.3.2 Aufbau der Klasse BigInteger

11.3.3 Übungsaufgaben

11.3.4 Arbeiten mit langen Gleitkommazahlen

11.3.5 Aufbau der Klasse BigDecimal

11.3.6 Viele Stellen von Nullstellen gefällig?

11.3.7 Übungsaufgaben

11.4 Die Klasse DecimalFormat

11.4.1 Standardausgaben in Java

11.4.2 Arbeiten mit Format-Objekten

11.4.3 Vereinfachte formatierte Ausgabe

11.4.4 Übungsaufgaben

11.5 Die Klassen Date und Calendar

11.5.1 Arbeiten mit „Zeitpunkten“

11.5.2 Auf die Plätze, fertig, los!

11.5.3 Spezielle Calendar-Klassen

11.5.4 Noch einmal: Zeitmessung

11.5.5 Übungsaufgaben

11.6 Die Klassen SimpleDateFormat und DateFormat

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

11.6.2 Übungsaufgaben

11.7 Die Collection-Klassen

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

11.7.2 „Sammlungen“ durchgehen – der Aufbau des Interface Iterator

11.7.3 Mengen

11.7.3.1 Das Interface Set

11.7.3.2 Die Klasse HashSet

11.7.3.3 Das Interface SortedSet

11.7.3.4 Die Klasse TreeSet

11.7.4 Listen

11.7.4.1 Das Interface List

11.7.4.2 Die Klassen ArrayList und LinkedList

11.7.4.3 Suchen und Sortieren – die KlassenCollections und Arrays

11.7.5 Verkürzte Notation bei Collection-Datentypen

11.7.6 Übungsaufgaben

11.8 Die Klasse StringTokenizer

11.8.1 Übungsaufgaben

III Grafische Oberflächen in Java

12 Aufbau grafischer Oberflächen in Frames – von AWT nach Swing

12.1 Grundsätzliches zum Aufbau grafischer Oberflächen

12.2 Ein einfaches Beispiel mit dem AWT

12.3 Let's swing now!

12.4 Etwas „Fill-in“ gefällig?

12.5 Die AWT- und Swing-Klassenbibliothek im Überblick

12.6 Übungsaufgaben

13 Swing-Komponenten

13.1 Die abstrakte Klasse Component

13.2 Die Klasse Container

13.3 Die abstrakte Klasse JComponent

13.4 Layout-Manager, Farben und Schriften

13.4.1 Die Klasse Color

13.4.2 Die Klasse Font

13.4.3 Layout-Manager

13.4.3.1 Die Klasse FlowLayout

13.4.3.2 Die Klasse BorderLayout

13.4.3.3 Die Klasse GridLayout

13.5 Einige Grundkomponenten

13.5.1 Die Klasse JLabel

13.5.2 Die abstrakte Klasse AbstractButton

13.5.3 Die Klasse JButton

13.5.4 Die Klasse JToggleButton

13.5.5 Die Klasse JCheckBox

13.5.6 Die Klassen JRadioButton und ButtonGroup

13.5.7 Die Klasse JComboBox

13.5.8 Die Klasse JList

13.5.9 Die abstrakte Klasse JTextComponent

13.5.10 Die Klassen JTextField und JPasswordField

13.5.11 Die Klasse JTextArea

13.5.12 Die Klasse JScrollPane

13.5.13 Die Klasse JPanel

13.6 Spezielle Container, Menüs und Toolbars

13.6.1 Die Klasse JFrame

13.6.2 Die Klasse JWindow

13.6.3 Die Klasse JDialog

13.6.4 Die Klasse JMenuBar

13.6.5 Die Klasse JToolBar

13.7 Übungsaufgaben

14 Ereignisverarbeitung

14.1 Zwei einfache Beispiele

14.1.1 Zufällige Grautöne als Hintergrund

14.1.2 Ein interaktiver Bilderrahmen

14.2 Programmiervarianten für die Ereignisverarbeitung

14.2.1 Innere Klasse als Listener-Klasse

14.2.2 Anonyme Klasse als Listener-Klasse

14.2.3 Container-Klasse als Listener-Klasse

14.2.4 Separate Klasse als Listener-Klasse

14.3 Event-Klassen und -Quellen

14.4 Listener-Interfaces und Adapter-Klassen

14.5 Listener-Registrierung bei den Event-Quellen

14.6 Auf die Plätze, fertig, los!

14.7 Übungsaufgaben

15 Einige Ergänzungen zu Swing-Komponenten

15.1 Zeichnen in Swing-Komponenten

15.1.1 Grafische Darstellung von Komponenten

15.1.2 Das Grafikkoordinatensystem

15.1.3 Die abstrakte Klasse Graphics

15.1.4 Ein einfaches Zeichenprogramm

15.1.5 Layoutveränderungen und der Einsatz von revalidate

15.2 Noch mehr Swing gefällig?

15.3 Übungsaufgaben

IV Threads, Datenströme und Netzwerkanwendungen

16 Parallele Programmierung mit Threads

16.1 Ein einfaches Beispiel

16.2 Threads in Java

16.2.1 Die Klasse Thread

16.2.2 Das Interface Runnable

16.2.3 Threads vorzeitig beenden

16.3 Wissenswertes über Threads

16.3.1 Lebenszyklus eines Threads

16.3.2 Thread-Scheduling

16.3.3 Dämon-Threads und Thread-Gruppen

16.4 Thread-Synchronisation und -Kommunikation

16.4.1 Das Leser/Schreiber-Problem

16.4.2 Das Erzeuger/Verbraucher-Problem

16.5 Threads in Swing-Anwendungen

16.5.1 Auf die Plätze, fertig, los!

16.5.2 Spielereien

16.5.3 Swing-Komponenten sind nicht Thread-sicher

16.6 Übungsaufgaben

17 Ein- und Ausgabe über I/O-Streams

17.1 Grundsätzliches zu I/O-Streams in Java

17.2 Dateien und Verzeichnisse – die Klasse File

17.3 Ein- und Ausgabe über Character-Streams

17.3.1 Einfache Reader- und Writer-Klassen

17.3.2 Gepufferte Reader- und Writer-Klassen

17.3.3 Die Klasse StreamTokenizer

17.3.4 Die Klasse PrintWriter

17.3.5 Die Klassen IOTools und Scanner

17.3.5.1 Was machen eigentlich die IOTools?

17.3.5.2 Konsoleneingabe über ein Scanner-Objekt

17.4 Ein- und Ausgabe über Byte-Streams

17.4.1 Einige InputStream- und OutputStream-Klassen

17.4.2 Die Serialisierung und Deserialisierung von Objekten

17.4.3 Die Klasse PrintStream

17.5 Streams im try-Block mit Ressourcen

17.6 Einige abschließende Bemerkungen

17.6.1 Das Paket java.nio

17.6.2 Das Paket java.nio.file

17.6.2.1 Das Interface Path und die Klasse Paths

17.6.2.2 Die Klasse Files

17.7 Übungsaufgaben

18 Client/Server-Programmierung in Netzwerken

18.1 Wissenswertes über Netzwerkkommunikation

18.1.1 Protokolle

18.1.2 IP-Adressen

18.1.3 Ports und Sockets

18.2 Client/Server-Programmierung

18.2.1 Die Klassen ServerSocket und Socket

18.2.2 Ein einfacher Server

18.2.3 Ein einfacher Client

18.2.4 Ein Server für mehrere Clients

18.2.5 Ein Mehrzweck-Client

18.2.6 Client/Server-Kommunikation über URLs

18.3 Übungsaufgaben

19 Lambda-Ausdrücke, Streams und Pipeline-Operationen

19.1 Lambda-Ausdrücke

19.1.1 Lambda-Ausdrücke in Aktion – zwei Beispiele

19.1.2 Lambda-Ausdrücke im Detail

19.1.3 Lambda-Ausdrücke und funktionale Interfaces

19.1.4 Vordefinierte funktionale Interfaces und Anwendungen auf Datenstrukturen

19.1.5 Methodenreferenzen als Lambda-Ausdrücke

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

19.1.7 Übungsaufgaben

19.2 Streams und Pipeline-Operationen

19.2.1 Streams in Aktion

19.2.2 Streams und Pipelines im Detail

19.2.3 Erzeugen von endlichen und unendlichen Streams

19.2.4 Die Stream-API

19.2.5 Übungsaufgaben

V Abschluss, Ausblick und Anhang

20 Blick über den Tellerrand

20.1 JShell für kleine Skripte

20.2 Das Java-Modulsystem

20.3 Bühne frei für JavaFX

20.4 Beginn einer neuen Zeitrechnung

20.5 Webprogrammierung und verteilte Systeme

20.6 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 Ohne Werkzeug geht es nicht

B.1 Die API-Dokumentation zum Nachschlagen

B.2 Die IDE, dein Freund und Helfer

B.3 Alle Versionen stets im Griff

B.4 Testen bitte nicht vergessen

B.5 Der Automat kann es besser

C Die Klasse IOTools – Tastatureingaben in Java

C.1 Kurzbeschreibung

C.2 Anwendung der IOTools-Methoden

Glossar

Stichwortverzeichnis