INNHOLDSFORTEGNELSE. 1. HOVEDEMNER... 1-i 1. INNHOLDSFORTEGNELSE... 1-i 1. Datamaskiner og programmeringsspråk...1-1

Transkript

1 INNHOLDSFORTEGNELSE 1. HOVEDEMNER... 1-i 1. INNHOLDSFORTEGNELSE... 1-i 1. Datamaskiner og programmeringsspråk Emneoversikt Mål med kurset: problemløsing på datamaskin Hva er et program? Syntaks, semantikk, pragmatikk Programmeringsmetodikk: Objektorientert programmering (OOP) Læremåte Datamaskinens virkemåte: analogi Datamaskin og programvare: løk-modellen To utsnitt (views) av et program (som også er et objekt) Programoversettelse Dataspråk Programoversettelse for Java Java modell Java plattformuavhengighet Makinvarekonfigurasjon Nettverk Verktøy: Java Development Kit (JDK 5.0) State-of-the-art kurs i programmering Programmering er tidskrevende! i/xvii

2 Programmeringsspråk: Java Java programstruktur og -miljø Et enkelt selvstendig program Fremgangsmåten for å skrive og kompilere et program Grunnleggende programelementer Emneoversikt Et språk = syntaks + semantikk Datamaskinens språk : binært tallsystem Konvertering mellom tallsystemer Identifikatorer og litteraler Grunnleggende enheter Programdokumentering v.h.a. kommentarer Data Verdier og objekter i Java Primitive datatyper og variabler Oppsummering: Primitive datatyper Deklarasjon av variabler Lager og verdier Uttrykk Entydighetsregler: presedens og assosiativitet til operatorer Aritmetiske uttrykk Tilordningsoperator Innlesing av tall fra terminalen Enkelt valg: Endring av kontrollflyt Sannhetsuttrykk (Verdi-) Sammenligningsoperatorer ii/xvii

3 Kontrollflyt: if-setning Setninger "Lokal" blokk Avslutningstegn: ; Kontrollflyt: if-else-setning Eksempel: if-else-setning Logiske operatorer Kortsluttende logiske operatorer De Morgans lover Programfeil i Java Programlesbarhet Utdrag: Presedensrangering (i avtagende rekkefølge) Programutviklingsprosess Programutviklingsprosess Oversikt: løkker while-løkke Inkrement- og dekrementoperatorer Problemløsing: topp-ned stegvis forfining Algoritmeutforming Eksempel: vakt-kontrollert repetisjon Fremgangsmåten ved skriving av et program Algoritmeutforming (strykprosent) Eksempel: teller-kontrollert repetisjon do-while-løkke Sammenligning: while og do-while Påstander Påstander: assert-setning iii/xvii

4 Kjøring med påstander Eksempel på påstand den enkle formen Eksempel på påstand med tilleggsinformasjon Merknader om påstander Bruk av objekter Emneoversikt Innføring i objektmodellen Hva menes med en abstraksjon? Modellering av abstraksjoner v.h.a. klasser Klassedeklarasjoner Kildekode for klassen Lys Objekter som instanser av klasser Opprettelse av objekter Referanser og referanseverdier Kommunikasjon mellom objekter v.h.a. meldinger Sekvensdiagram Manipulering av referanser Klassen java.lang.string Tegnsett Tegn og strenger Strenger To viktige String-metoder Strengsammenslåing: Strengsammenligning String-objekter Andre String-metoder (Program 3.3, s. 63) iv/xvii

5 for-løkke Definisjonsområde til løkkevariabelen i for-løkke Fremgangsmåten ved skriving av et program Mer om for-løkke Nøstede løkker "Baklengs" for-løkke Valg av løkker break-setning i løkker continue-setning i løkker Mer om vaglsetning: switch-setning Tabeller Tabeller: grafisk notasjon Fler-dimensjonale tabeller: tabeller av tabeller Lagring av tabell-elementer Programmønstre noen enkle algoritmer Mer om initialisering av tabeller Histogram Utforming av egne klasser Emneoversikt Klassedeklarasjon Utforming av klassen Lys Deklarasjon av egenskaper: feltvariabler Objekter Referansedeklarasjon Objektopprettelse Konstruktørkall v/xvii

6 Den implisitte standardkonstruktøren Standardverdier (default values) for feltvariabler Deklarasjon av atferd: metoder Klassen Lys: metoder Adgangsmodifikatorer Returverdi Signatur: Metodenavn og formelle parametere Metodekropp og return-setning Lokale variabler og feltvariabler Forskjeller mellom feltvariabler og lokale variabler Lokal blokk Metodeklassifisering Meldinger: Metodekall Metoder uten parametere Parameterangivelse i metodekall: Aktuelle parametere Parameterdeklarasjon: Formelle parametere Parameteroverføring: referanserverdi for objekter Parameteroverføring: verdier av primitive datatyper (I) Parameteroverføring: verdier av primitive datatyper (II) Parameteroverføring: referanseverdien til tabeller Parameteroverføring: tabellelement av primitiv type Parameteroverføring: tabell av tabeller Samsvar mellom formelle og aktuelle parametere Eksempler med parameteroverføring Implisitt konvertering under parameteroverføring Oppsummering Det aktuelle objektet: this vi/xvii

7 Eksempel: Bruk av this Statiske medlemmer i klasser Merknader om statiske medlemmer Eksempel: statiske medlemmer Å referere til medlemmer innad i klassen Klassemedlemmer Typer Definisjonsområde Levetid Kommandolinjeargumenter Konstruktører Konstruktørdeklarasjon Den eksplisitte standardkonstruktøren Ikke-standardkonstruktører Konstruktøroverlasting En del merknader om konstruktører Objektkommunikasjon Emneoversikt Ansvar og roller Lage gode abstraksjoner Programmeringsmetodologi: strukturert programmering Gjentakelse i programkode Kode med mindre gjentakelser og bedre abstraksjoner Kommunikasjon og samarbeid Forbindelser: UML-notasjon Eksempel på forbindelser vii/xvii

8 Objekteierskap Innkapsling Skjuling av informasjon Data-abstraksjon vha. skjuling av informasjon Klasseutforming Metodeoverlasting Dokumentering av kildekode Hvilken av disse funksjonene er enklest å forstå? Javadoc kommentarer Eksempel: CD-samling Javadoc Generert dokumentasjon (javadoc) Erfaring Arv Emneoversikt Arv: motivasjon og sentrale begreper Arv: viktige begreper Et første eksempel på bruk av arv Utvidelse av egenskaper og atferd Superklassen: Lys Superklasse-konstruktører Bruk av this() og super() i konstruktører Klienters bruk av subklasse-objekter Bruk av arvede medlemmer Superklassereferanser og subklasseobjekter Overkjøring av instansmetoder viii/xvii

9 Overskygging av feltvariabler Endelige klasser og medlemmer (final) Konvertering av referanser Sub er-en Sup Eksempel: Brus-automater OOP (Objektorientert programmering) Metoder + data = objekter Mer om arv Emneoversikt Programmering med arv Polymorfe referanser Dynamisk metodeoppslag Bruk av polymorfe referanser Konsekvenser av polymorfisme Kontrakter i Java Arvhierarki Bruk av kontrakter for å håndtere objekter av flere typer Oppsummering av kontrakter i Java Abstrakte klasser Arv kontra aggregering Innkapsling av primitive datatyper Nyttige metoder i klasseinnpakninger Synlighet: Pakker Synlighet: Pakkehierarki i Java Pakkehierarki tilsvarer filhierarki Metodebinding ix/xvii

10 Overkjøring kontra Overlasting Substitusjonsprinsippet - Liskov Sortering og søking Emneoversikt Pseudokode Ordnede datamengder Boblesortering Sortering ved utvalg Sortering ved innsetting Kontrakten Comparable Sortering av objekter Linært søk Binært søk Binært søk for objekter Eksempel: sortering og søking med objekter Eksempel: sortering og søking med objekter (forts.) Eksempel: sortering og søking med objekter (forts.) Dynamiske datastrukturer - del I Emneoversikt Dynamiske datastrukturer Abstrakte datatyper: ADT = datastruktur + kontrakt Dynamiske strenger: StringBuffer-klassen Operasjoner på strengbuffere StringBuffer-objekt Operasjoner på strengbuffere (forts.) x/xvii

11 Operasjoner på strengbuffere (forts.) Samlinger Kontrakten Collection<E> Mengdelæren Traversering av en samling Dynamiske tabeller: ArrayList<E> Dynamiske tabeller (DynamiskTabKlient.java) Mengder: HashSet<E> Eksempel: Mengder (MengdeKlient.java) Eksempel: Lage en dynamisk tabell uten duplikater (Duplikater.java) Nøkkeltabeller: HashMap<K,V> Kontrakten Map<K,V> Basisoperasjoner i kontrakten Map<K,V> Eksempel: Basisoperasjoner i kontrakten Map<K,V> Nøkkeltabellutsnitt Bruk av nøkkeltabeller (NoekkelTabKlient.java) Dynamiske datastrukturer - del II Emneoversikt Kjedete lister Klassen Node Klassediagram for enkel kjedet liste (Figur 9.4) En konkret kjedet liste med strenger Kontrakten IKjedetListe<E> Klassen KjedetListe<E> Innsetting foran i en kjedet liste (Program 9.7) Innsett en node foran i en kjedet liste (Figur 9.6) xi/xvii

12 Innsetting bak i en kjedet liste Innsett en node bak i en kjedet liste (Figur 9.7b og c) Sletting foran i en kjedet liste Slett node foran i en kjedet liste (Figur 9.8b og c) Sletting bak i en kjedet liste (Program 9.7) Slett en node bak i en kjedet liste (Figur 9.10, stegene 3 og 4) Sletting inne i en kjedet liste (Program 9.7) Sletting av en node inne i listen (Figur 9.11, steg 1) Sletting av en node inne i listen (Figur 9.11, steg 2) Data kan deles mellom kjedete lister Datastrukturen stabel Stabeloperasjoner Stabelimplementering ved aggregering Klient som bruker en stabel (StabelKlient.java) Bruk av stabler Rutenett som graf Problemstilling Steg for å finne byer som kan nås fra bynummer Eksempel: Graf Datastrukturen kø Køoperasjoner Køimplementering ved arv Klient som bruker en kø (KoeKlient.java) Rekursjon Emneoversikt Rekursjon xii/xvii

13 To iterate is human; to recurse, divine Rekursive definisjoner Rekursjon som problemløsningsteknikk Utforming av rekursjon Fakultet funksjon Eksempel: Iterativ utregning av fakultet Eksempel: Rekursiv utregning av fakultet Nøsting av metodekall Rekursive algoritmer Metodeaktivisering og rekursjonsdybde Huskeregeler for bruk av rekursjon Forskjellige typer rekursjon Sammenligning av rekursjon og iterasjon Binært søk Java implementasjon av binærsøkalgoritme Søke eksempel Tårn i Hanoi Tårn i Hanoi (en ring) Tårn i Hanoi (to ringer) Tårn i Hanoi: rekursiv algoritme Programstabel som vokser og krymper Rekursiv sorteringsalgoritme: Quicksort Eksponentiell økning i antall metodekall Fibonacci-serien Unntakshåndtering Emneoversikt xiii/xvii

14 Hva er et unntak? Litt om programutføring Metodeutføring (Program 11.1) Normal utføring (Figur 11.1)"kast og fang"-prinsippet Unntakspropagering (ved heltallsdivisjon med 0) (Figur 11.2) Unntakspropagering Typiske scenarier ved bruk av try-catch-setning try-catch-scenarier (Figur 11.4) try-catch-scenario Unntakshåndtering (Program 11.2) Unntakshåndtering (Figur 11.5) (scenario 1) try-catch-scenario Unntakshåndtering (Figur 11.6) (scenario 2) try-catch-scenario Unntakshåndtering (Program 11.3) (scenario 3) Unntakshåndtering (Figur 11.7) (scenario 3) Utdrag av unntaksklasser (Figur 11.8) Utdrag av metoder fra Throwable-klassen (Tabell 11.1) Unntaksklassen Exception og kontrollerte unntak Unntaksklassen RuntimeException og ikke-kontrollerte unntak Unntaksklassen Error Eksplisitt kast av unntak (Program 11.4) Definere egne unntakstyper try-blokk med flere catch-blokker (Progam 11.5) Typiske programmeringsfeil ved unntakshåndtering Håndtering av kontrollerte unntak (Program 11.6) Utføring av finally-blokk xiv/xvii

15 Unntakskasting og arv Oppsummering av unntakshåndtering Filer og strømmer Emneoversikt Inn- og ut-data Strømmer Bytestrømmer og tegnstrømmer Bytestrømmer (Figur 12.1) Tegnstrømmer (Figur 12.2) Filbehandling Standard lengde for predefinerte datatyper (Tabell 12.1) Filsti Dataposter (Figur 12.3) Binære filer Utskriving av binære verdier (Figur 12.4) Saksgangen for å skrive binære verdier på en fil (Figur 12.4, Program 12.2) Eksempel: Skriving av binære verdier (Program 12.2) Innlesing av binære verdier (Figur 12.5) Innlesing av binære verdier Eksempel: Lesing av binære verdier (Program 12.2) Håndtering av slutt på inndata for binær innlesing (Program 12.3) Tekstfiler Utskrift til en tekstfil (Figur 12.6) Utskrift til tekstfiler (Figur 12.6 og Program 12.4) Innlesing fra en tekstfil (Figur 12.7) Innlesing fra tekstfiler (Figur 12.7, Figur 12.8 og Program 12.4): xv/xvii

16 Innlesing og konvertering av tekst til primitive verdier (Figur 12.8) Terminal I/O Utskrift til terminalen Innlesing fra terminalen Eksempel: Innlesing fra terminalen Klassen Terminal Objektserialisering Utskriving av objekter og binære verdier (Figur 12.11) Utskriving av objekter Saksgangen for å serialisere objekter til en fil (Figur og Program 12.6): Innlesing av objekter og binære verdier (Figur 12.12) Innlesing av objekter Saksgangen for å deserialisere objekter fra en fil (Figur og Program 12.6) Mer om serialisering Direkte filtilgang (Figur 12.13) Direkte filtilgang (Tabell 12.2) Bruk av klassen RandomAccessFile Eksempel: Bruk av direkte filtilgang (Program 12.8) Grafiske brukergrensesnitt Emneoversikt GUI-baserte applikasjoner Komponenter Etiketter: JLabel Farge: Color Containere Vinduer og rammer xvi/xvii

17 Innholdruten til en rot-comtainer Merknader om GUI-utvikling (Program 13.1) Paneler: JPanel GUI-kontrollkomponenter FlowLayout BorderLayout GridLayout Teknikk for å unngå at komponentene blir strukket (Program 13.5) Hendelsesdelegeringsmodell Ekstern lytter: Implementering (Program 13.6) Bruk av dialogvinduer (Program og 13.12) Oppførsel til Progam og Implementering av klassen EkkoMedDialogvindu (Program 13.11) Implementering av klassen HeltallsDialogvindu (Program 13.12) Eksempel på anonymklasser (Program 13.13) Merknader om anonymklasser Presentasjon av utdata til brukeren Lesing av inndata fra brukeren Bekreftelse av opplysninger fra brukeren Programmeringsmodellen for GUI-applikasjoner xvii/xvii