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Programmieren mit Java

Kursthemen

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    Allgemeines

  • Willkommen

    • Coding man
      Coding-man.jpg by Freepik (CC 0)

      Willkommen!
      In diesem Lernangebot kannst du dir die Grundlagen zum Programmieren mit Java erarbeiten und versuchen anzuwenden. Viel Spaß dabei!

       

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      Das brauchst Du
      Das brauchst Du
      Das lernst Du
      Das lernst Du
      So lernst Du
      So lernst Du

    • Einleitung

      In diesem Kurs wollen wir uns einen Zugang zu dem Thema Programmierung von Computern suchen. Dieser Weg soll möglichst praxisnah sein und Anregungen zur späteren Vertiefung geben. Aufgrund der leichteren Lesbarkeit wird im folgenden Text die gewohnte männliche Sprachform bei personenbezogenen Substantiven und Pronomen verwendet. Dies impliziert jedoch keine Benachteiligung des weiblichen Geschlechts, sondern soll im Sinne der sprachlichen Vereinfachung als geschlechtsneutral zu verstehen sein.

      Bevor wir uns aber mit den Werkzeugen und Techniken der Programmierung beschäftigen, sollten einige Begriffe geklärt sein. Auch wollen wir uns die Zusammenhänge und das Zusammenspiel von Programmierung, Programmen und Computern einmal theoretisch anschauen

      Was ist eigentlich ein Computer? Wir können einen Computer grob als eine Maschine beschreiben, die Daten aufnehmen, speichern, verarbeiten und wieder ausgeben kann. Für das Aufnehmen von Daten verwenden wir meist die Tastatur, die Maus oder das Touchdisplay unseres Computers. Das Speichern und Verarbeiten der Eingaben übernehmen dann Programme. Für die Ausgaben gibt es z.B. den Monitor oder Drucker. Allerdings müssen Computer nicht immer dieser klassischen Form entsprechen. Sie haben es geschafft heute in allen Bereichen des Lebens Einzug zu erhalten. Selbst in meinem Wasserkocher ist heute ein kleiner Computer verbaut, mit dessen Hilfe ich zwischen 50°C, 80°C, 90°C und 100°C umschalten kann. Hier gibt es nur zwei Tasten zur Eingabe und die einzige Ausgabe ist, die Zeit nach der der Kocher abschaltet. Aber auch hier ist ein Computer am Werk und auch dieser führt ein Programm aus.


      Aber wie kann man sich ein Programm vorstellen? Was genau läuft dort ab? Man kann dies grob mit einem Kochrezept vergleichen, welches eine Schritt für Schritt Beschreibung liefert, wie man aus Mehl, Eiern und Zucker einen Pfannenkuchen herstellt. Das Kochrezept ist hier ein Algorithmus, das heißt eine Beschreibung was, wann, wie zu tun ist um ein Ziel zu erreichen. Einen Algorithmus, der in computerverständliche Sprache übersetzt wurde, nennen wir ein Programm. Ein Programm ist letztlich eine Handlungsabfolge, die in einer für Computer verständlichen Form festgeschrieben ist. Für die Ausführung dieser Handlungsfolgen besitzt der Computer den Prozessor. Der Prozessor kennt die Grundrechenarten und kann Daten holen, damit rechnen und diese wieder ablegen. Zwischenergebnisse werden im Arbeitsspeicher gespeichert.

      Die Programmierung ist das Aufschreiben der Handlungsfolge in einer Sprache, die der Computer verstehen kann. Wir verwenden hierfür Programmiersprachen. Wenn das Programm in dieser Programmiersprache aufgeschrieben ist, bezeichnen wir diesen Text als Quelltext oder englisch Sourcecode. Die meisten, heute üblichen, Programmiersprachen können aber nicht direkt vom Prozessor des Computers verstanden werden. Wir benötigen einen Compiler, der unseren Quelltext übersetzt in eine Sprache, die der Prozessor versteht, den Maschinencode.

      Es gibt aber nicht nur die eine Sprache, die alle Prozessoren dieser Welt verstehen, sondern es gibt viele verschiedene. Sie sind abhängig vom elektronischen Aufbau des Prozessors, der sogenannten Prozessorarchitektur.

      Für den Programmierer ist besonders wichtig, auf welcher Plattform sein Programm später ausgeführt werden soll. Die Plattform beinhaltet die Architektur des Prozessors so wie die gesamten Eigenschaften der Ausführungsumgebung wie die Hardware, das Betriebssystem, welches den Rahmen für die Programmausführung gibt und die installierte Software. Ein Programm das gerade ausgeführt wird, bekommt vom Betriebssystem Ressourcen wie z.B. einen Teil des Arbeitsspeichers zugesichert. Programm und Speicher zusammen werden vom Betriebssystem als Prozess verwaltet. Bibliotheken und andere Programme werden ebenfalls in der Plattform mit eingeschlossen.

  • Programmiersprachen

    • Lernziele in diesem Abschnitt:


      • Die Lernenden kennen die Begriffe und können diese anwenden: Quelltext, Compiler, Algorithmus, Programm.
      • Sie kennen den Unterschied zwischen Maschinensprache, höheren Programmiersprachen und Interpretersprachen.
      • Die Lernenden können die integrierte Entwicklungsumgebung Eclipse und das JDK installieren und ein “Hallo Welt”-Programm erstellen und starten.

    • book icon
      Programmiersprachen & Werkzeuge Buch

      Hier bekommst du eine Einführung in Programmiersprachen und erfährst, welche Entwicklunsgwerkeuge du für dieses Lernangebot benötigst.

    • book icon
      Hallo Welt programmieren, compilieren und ausführen in der Konsole Buch

      Hier erfähst Du, wie die installierten Entwicklungswerkzeuge gestartet werden und erstellst und startest ein "Hallo Welt"-Programm.


    • Übung

      • Erstelle ein Projekt “HalloProjekt” mit einer Klasse “HalloKlasse”, welches die Ausgabe “Hallo Methode” erzeugt.
      • Erzeugt aus dem Projekt der ersten Übung eine ausführbare Datei und starte diese wenn möglich auf einem anderen Computer, sonst auf dem Eigenen. Starte es nicht direkt aus Eclipse.

  • Grundlegendende Programmierkonzepte in Java

    • Lernziele in diesem Abschnitt

      • Die Lernenden kennen den Datentyp String und können einfache Konsolenanwendungen erstellen.
      • Die Lernenden können den Programmablauf mit Hilfe von if, else und Schleifen steuern.

    • book icon
      Grundlegendende Programmierkonzepte in Java Buch

      Hier lernst du die grundlegenden Konzepte kennen und hast die Möglichkeit, dies als Tagebuch festzuhalten.

    • Übung

      • Schreibe ein Programm, dass eine Zeile vom Benutzer abfragt und diese 15 mal hintereinander ausgibt.
      • Schreibe ein Programm, dass bei der Eingabe der Zeile “Hallo” den Benutzer grüßt, bei der Eingabe von “Exit” sich beendet und bei anderen Eingaben immer nach einer neuen Eingabe fragt.

  • Weitere Grundlegendende Programmierkonzepte in Java

    • Lernziele in diesem Abschnitt

      • Die Lernenden können mit Java aus Dateien lesen und in diese Dateien schreiben.
      • Sie können eigene, statische Methoden definieren mit und Rückgabewert und Parameter definieren.
      • Sie kennen die Datentypen int, long, float und double so wie die arithmetischen und boolschen Operatoren.
      • Sie können Arrays erstellen, initialisieren und auf Werte darin zugreifen.

    • book icon
      Weitere Grundlegendende Programmierkonzepte in Java Buch

      Hier erfährst Du, wie du Deine entwickelten Inhalte lesen und speichern kannst und lernst Methoden, Zahlen und Arrays kennen.

    • Übung

      • Erstelle eine Textdatei in der mindestens drei Zahlen stehen, jede in einer Zeile. Erstelle ein Programm, dass diese Datei einließt, und in umgekehrter Reihenfolge in eine zweite Datei schreibt.
      • Erweitere das Programm aus 1. so, dass es die Summe der Zahlen als letzte Zeile mit in die Ausgabedatei schreibt.

  • Datenstrukturen und Algorithmen

    • Lernziele in diesem Abschnitt

      • Die Lernenden können eigene Klassen mit Eigenschaften definieren und diese als Datenstrukturen verwenden.
      • Sie können iterative oder rekursive Implementierungen zu einfachen Problemen erstellen.

    • book icon
      Datenstrukturen und Algorithmen Buch

      Hier gibt es einen Einstieg in die beiden Themen mit eigener Implementierung einer Single Linked List.

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      Exkurs: Objektorientierung Link/URL

      Wer Interesse hat sich mit der Objektorientierten Programmierung in Java tiefergehend zu beschäftigen, dem sein das Modul zu Objektorientierten Programmierung empfohlen. Für einen kurzen Blick auf das Thema kann aber auch der Artikel unter https://www.kompf.de/java/tutor.html bearbeitet werden.

    • Übung

      Eine Doubly Linked List, ist eine Liste, deren Elemente nicht bloß ihren Nachfolger sondern auch ihren Vorgänger kennen. Sie kann aus diesem Grund in zwei Richtungen durchlaufen werden. Zur Übung soll diese Datenstruktur erstellt werden und die Methoden zum Hinzufügen, Zählen, Suchen, Entfernen und Ausgeben von Elementen sollen angelegt werden.

  • Fehlerbehandlung

    • Lernziel in diesem Abschnitt:

      Lernende kennen die Grundlagen der Fehlerbehandlung in Java

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      Fehlerbehandlung Buch

      Hier lernst Du, wie du mit Fehlern bei der Programmierung umgehst.

  • Debbuging

    • Lernziele in diesem Abschnitt

      • Die Lernenden kennen die Grundlagen der Fehlerbehandlung in Java und können diese anwenden.
      • Sie können Programme im Debugger ausführen.


    • page icon
      Debbuging Textseite

       

      Hier erfährst Du, wie du ein Programm debuggen kannst, wenn ein falsches Ergebnis nicht nachvollziehbar ist.

       

    • 1. Übung

      Die unten deklarierte Klasse “Fehler” beinhaltet einige fehlerhafte Anweisungen. Ändere die main-Methode so, dass sie alle Exceptions abfängt und auf der Konsole ausgibt:
       

      import java.io.File;
import java.util.Scanner;

public class Fehler {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        System.out.println(args[0]);
        
        Scanner s = new Scanner(new File("test.txt"));
        
        String str = null;
        str.toLowerCase();
        
        System.out.println(1 / 0);
        
        System.out.println("Well done");
    }
}

      2. Übung

      Führe die folgende Klasse “Nummern” im Debugger aus. Notiere welche Werte die Variable s während der Ausführung annimmt. Kannst du erkennen, was func1 berechnet? 

      public class Nummern {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("1 => " + func1(1));
        System.out.println("12 => " + func1(12));
        System.out.println("123 => " + func1(123));
    }

    public static int func1(int arg) {
        int s = 0;
        while (arg > 10) {
            s += arg % 10;
            arg /= 10;
        }
        s += arg;
        return s;
    }
}

  • Abschluss

    • Klatschende Hände
      Flat applause von Freepik (CC BY)



      Glückwunsch!
       

       

       

       

       

       

       

       

       

       

       

       

       

       

       

       

       

       

       

       

      Du bist am Ende des Lernangebots angekommen und beendest damit Deine Reise in Programmieren mit Java. Toll, dass Du bis hierhin durchgehalten hast!
      Ich hoffe, du konntest in diesem Lernangebot viele spannende neue Informationen für dich mitnehmen, deinen Horizont erweitern und dir Neues aneignen.
      Gleichzeitig hoffe ich natürlich auch, dass du Freude dabei hattest, dich mit den Inhalten auseinanderzusetzen.

    • Das hast Du gelernt

      Du kennst nun die wichtigsten Begriffe im Zusammenhang mit Java und kannst diese anwenden.

      Du kannst nun deine eigenen Programme und Abläufe mit allem drum und dran erstellen. Du weißt nun, wie du mit Dateien umgehst, kennst Methoden, Parameter und Operatoren und kannst spezifische Prozesse beim Programmieren definieren oder anwenden.

      Du kennst nun die Grundlagen der Fehlerbehandlung in Java, kannst diese anwenden und falls dies nicht klappt, kannst du Programme im Debugger ausführen.

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