Technische Universität Braunschweig Dr. Werner StruckmannInstitut für Programmierung und Reaktive Systeme 13. Juli 2018

ProgrammierenÜbersicht

Programmieren IArt der Veranstaltung: Wintersemester, Bachelor, 6 LP, 2 VL + 2 UE + RechnerübungKurzbeschreibung: In der Vorlesung »Programmieren I« werden die Grundlagen der impe-rativen und objektorientierten Programmierung anhand der Programmiersprache »Java«vermittelt und in der Übung, in der die Teilnehmer kleine Programme selbstständig ent-wickeln sollen, angewendet.Stichwörter: Algorithmen und Programme, Programmiersprachen, Grundlagen der impe-rativen und objektorientierten Programmierung, Java, primitive Datentypen, Referenz-typen, Felder und Zeichenketten, Anweisungen, Klassen, Objekte, (statische) Attribute,(statische) Methoden, Konstruktoren, Vererbung, Schnittstellen, abstrakte Klassen, Be-ziehungen zwischen Klassen und Objekten, Rekursion, funktionale Programmierung, Aus-nahmebehandlung, Programmkorrektheit, Test von Programmen, Ein- und Ausgabe.

Termine:Beginn: Mo. 17. Oktober 2016

Vorlesung: Mo. 15:00–16:30 Uhr PK 15.1Übung: Do. 08:00–09:30 Uhr PK 15.1

Sprechstunde: Mi. 10:30–11:30 Uhr IZ 244

Programmieren IIArt der Veranstaltung: Sommersemester, Bachelor, 6 LP, 2 VL + 2 UE + RechnerübungKurzbeschreibung: Der zweite Teil der Veranstaltung erweitert und vertieft die im erstenSemester erworbenen Kenntnisse. In den Übungen werden Datenstrukturen wie Listen,Bäume und Graphen sowie Such- und Sortierverfahren programmiert. Darüber hinauswerden die Grundlagen der Parallel- und der Grafikprogrammierung behandelt.Stichwörter: Strukturierung von Programmen, Vertiefung der objektorientierten Program-mierung, Aufzählungstypen, Annotationen, weiterführende Sprachkonzepte von Java, Da-tenstrukturen, generische Klassen, Listen, Bäume, Graphen, Hashverfahren, Such- undSortierverfahren, Parallelprogrammierung, Grafikprogrammierung, Überblick über C undC++, Zeiger, Mehrfachvererbung, Überladen von Operatoren, Ausblick.

Termine:Beginn: Mo. 3. April 2017

Vorlesung: Di. 08:00–09:30 Uhr SN 19.1Übung: Fr. 11:30–13:00 Uhr SN 19.1

Sprechstunde: Mi. 10:30–11:30 Uhr IZ 244

Diese Datei wird im Laufe des Semesters wöchentlich aktualisiert!

Gliederung der Veranstaltung

Vorbemerkungen

1 Algorithmus und Programm1.1 Vom Algorithmus zum Programm1.2 Programmiersprachen1.3 Korrektheit, Komplexität und Entscheidbarkeit1.4 Software-Grundlagen

2 Erste Schritte in Java

3 Java: Grundlagen der Sprache3.1 Lexikalische Elemente3.2 Datentypen und Variable3.3 Ausdrücke3.4 Anweisungen3.5 Speicherung von Werten3.6 Beispiele aus der Praxis3.7 Ein Blick auf imperatives Programmieren

4 Objektorientierte Programmierung in Java4.1 Klassen, Objekte und Methoden4.2 Vererbung4.3 Modifikatoren4.4 Klassenvariable und statische Methoden4.5 Abstrakte Klassen4.6 Schnittstellen4.7 Zusammenfassung

5 Rekursion/Funktionale Programmierung5.1 Einführung und Begriffe5.2 Beispiele rekursiver Methoden in Java5.3 Ein Blick auf funktionales Programmieren

6 Zuverlässigkeit von Programmen6.1 Behandlung von Ausnahmesituationen6.2 Grundlagen der Programmverifikation6.3 Die Zusicherungsanweisung6.4 Testen von Programmen

7 Klassen und Methoden zur Ein- und Ausgabe

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8 Weiterführende Sprachkonzepte von Java8.1 Lokale und anonyme Klassen8.2 Weiteres zu den Wrapper-Klassen8.3 Aufzählungstypen8.4 Die Klassen String, StringBuffer und StringTokenizer8.5 Strukturierung von Programmen8.6 Annotationen

9 Java und Datenstrukturen9.1 Lineare Listen9.2 Generische Datentypen9.3 Keller und Schlangen9.4 Graphen9.5 Bäume und Suchen und Sortieren9.6 Hash-Verfahren9.7 Persistenz von Daten9.8 Das Java Collections Framework

10 Grafikprogrammierung in Java10.1 Grundlagen10.2 Grafische Grundelemente10.3 Fensterklassen10.4 Ereignisse und Widgets10.5 Applets10.6 Die Swing-Klassen

11 Parallelprogrammierung in Java11.1 Das Problem des gegenseitigen Ausschlusses11.2 Grundlagen und Begriffe11.3 Verwaltung von Threads11.4 Kommunikation und Synchronisation11.5 Die speisenden Philosophen11.6 Das Concurrent-Paket

Quellenverzeichnis

A Fallstudie

B Themen der ÜbungsaufgabenB.1 1. ÜbungsblattB.2 2. ÜbungsblattB.3 3. ÜbungsblattB.4 4. ÜbungsblattB.5 5. ÜbungsblattB.6 6. ÜbungsblattB.7 7. Übungsblatt

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B.8 8. ÜbungsblattB.9 9. ÜbungsblattB.10 10. ÜbungsblattB.11 11. ÜbungsblattB.12 12. ÜbungsblattB.13 13. ÜbungsblattB.14 14. Übungsblatt

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VorbemerkungenInformatik als Wissenschaft; inhaltlicher Überblick über die Vorlesung; organisatorischeAspekte; Literaturempfehlungen.

1 Algorithmus und Programm1.1 Vom Algorithmus zum ProgrammAlgorithmusbegriff; Spezifikation; Eigenschaften von Algorithmen; Algorithmus und Pro-gramm; Programmiersprache; programmieren; grundlegende Aspekte der Entwicklung vonAlgorithmen: Paradigma, Komplexität, Korrektheit, Verifikation, Berechenbarkeit, Ent-scheidbarkeit, Church’sche These, Entwurf von Algorithmen, abstrakter Datentyp, Vari-anten des Algorithmusbegriffs, Hinweis auf Standardalgorithmen; Paradigmen zur Algo-rithmenbeschreibung: imperativ, funktional, objektorientiert und logisch; weitere Paradig-menbegriffe: prozedural, deklarativ, hybrid; Beispiel eines imperativen Algorithmus; derAlgorithmus von Euklid; Zustand; Zustandstransformation; Datenstrukturen; Typsystem;natürliche und künstliche Sprachen; Sprachen der Informatik.

1.2 ProgrammiersprachenEntwicklung der Programmiersprachen; Definition von Programmiersprachen; lexikalischeStruktur; Syntax; Semantik; Pragmatik; Klassifikation der Programmiersprachen: Ma-schinensprachen, Assembler und problemorientierte Sprachen; Implementierung von Pro-grammiersprachen: Interpreter, Compiler, Mischverfahren, Just-in-Time-Compiler; Verar-beitung von Java-Programmen.

1.3 Korrektheit, Komplexität und EntscheidbarkeitSpezifikation; Korrektheit; partielle und totale Korrektheit; Verifikation; Nachweis der par-tiellen und totalen Korrektheit des Algorithmus von Euklid; Schleifeninvariante; Test; Va-lidation; Komplexität; Komplexität des Algorithmus von Euklid; O-Notation, landauscheSymbole; Entscheidbarkeit; Herleitung der Komplexität eines Sortieralgorithmus; Halte-problem; Nachweis der Unentscheidbarkeit des Halteproblems; Berechenbarkeit; Existenznicht berechenbarer Funktionen.

1.4 Software-GrundlagenSystemsoftware; Anwendungssoftware; Softwarewerkzeuge; Betriebssystem; textuelle undgrafische Oberfläche; wichtige Betriebssysteme; Dateiverwaltungssystem; Editor; Program-mierwerkzeuge; Programmierumgebungen.

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2 Erste Schritte in JavaAbstraktion; Modellbildung; Beispiel: Kontoverwaltung; Klassen- und Objektdiagramm;Kommentare; Klasse; Objekt; Attribut; Methode; Parameter; Rückgabewert; Variable;Konstruktor; Applikation; main-Methode; Hinweis auf Applets; Regeln zur Code-Forma-tierung; Programmkommentare; der Dokumentationsgenerator javadoc; objektorientierteProgrammiersprachen; der Algorithmus von Euklid als statische Methode; Sprachmerk-male von Java; Entwicklung von Java; einige Java-Konzepte; einige Programme des JDK;Zusammenfassung der Einführung.

3 Java: Grundlagen der Sprache3.1 Lexikalische ElementeLexik; Lexem; Eingabezeichen; Unicode, Unicode-Transformationsformat; Ausgabe vonSystemeigenschaften; Kommentare; Dokumentationskommentare; Bezeichner (identifier);Regeln zur Wahl von Bezeichnern; Literale; Wahrheitswerte; Zahlen; Zeichen; Zeichen-ketten; Null-Literal; Schlüsselwörter; reservierte Wörter; Trennzeichen; Operatoren; Inter-punktionszeichen.

3.2 Datentypen und VariableStruktur von Java-Programmen; Übersicht über die Datentypen; primitive Datentypen:boolean, char, byte, short, int, long, float, double; Wertebereiche und Literale der primiti-ven Datentypen; Variable; Instanz- und Klassenvariable; lokale Variable; Deklaration undInitialisierung von Variablen; Zuweisung: Storage-Semantik, Assignment by sharing of refe-rences; Lebensdauer; Sichtbarkeit; Arrays; Deklaration, Allokation und Initialisierung vonArrays; mehrdimensionale Arrays; Strings; Referenztypen; Erzeugung von Objekten; Zu-weisung von Referenztypen; Vergleich von Referenztypen; Garbage Collector; die Begriffe»statisch«, »dynamisch« und »semidynamisch«; einschränkende und erweiternde Typkon-vertierungen; Typkonvertierungen für primitive Datentypen; impliziter und expliziter Cast.

3.3 AusdrückeAusdruck; Operand; Operator; Stelligkeit eines Operators; Rückgabewert; Priorität einesOperators; Linksassoziativität; Rechtsssoziativität; Seiteneffekt; Auswertungsreihenfolge;arithmetische, relationale und logische Operatoren; ganzzahlige Division; Zuweisungsopera-toren; Fragezeichen-Operator; cast-Operator; weitere Operatoren; Vorrangregeln für Ope-ratoren.

3.4 AnweisungenDie Java Language Specification; Beispiele aus dem Kapitel zur Syntax; Übersicht überdie Java-Anweisungen; elementare Anweisungen; leere Anweisung; Block; Variablendekla-ration; definite assignment; Datenflussanalyse; Ausdruck als Anweisung; If- und Switch-

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Anweisung; While- und Do-Anweisung; abweisende und nicht abweisende Schleifen; For-Anweisung; erweiterte For-Anweisung; Break- und Continue-Anweisungen mit Marken;Return-Anweisung; Beispiele: größter Teiler einer Zahl, Primzahlberechnung, Vertauschenzweier Werte, Maximum zweier Zahlen, Maximum dreier Zahlen, Maximum eines Feldes,Summe ganzer Zahlen, Summe der Elemente eines Felds; Summe der Elemente einer Ma-trix; Betrag einer Zahl, Fakultät einer Zahl, Potenz, Fibonacci-Folge.

3.5 Speicherung von WertenBeispiele für fehlerhafte Rechnungen mit einem Java-Programm; Speicherung von Informa-tion; Byte Order; big endian, little endian; ASCII- und ISO-Latin-1-Zeichensatz; Unicode-Zeichensatz; Unicode-Transformations-Formate (UTF); Speicherung ganzzahliger Daten-typen; Zweierkomplement; Gleitkommadarstellung reeller Zahlen und ihre Problematik;Beispiel; Summe von Zahlen unterschiedlicher Größenordnung; Auslöschung; Vergleich vonGleitkommazahlen; Java-Beispiel; Pseudoarithmetik; Speicherung von primitiven und Re-ferenztypen; schematisches Speicherbild.

3.6 Beispiele aus der PraxisVertiefung der bisher behandelten Sprachkonzepte an Beispielen aus verschiedenen Ge-bieten: Berechnung von Zinseszinsen; Teilbarkeit; Darstellung einer natürlichen Zahl zueiner beliebigen Basis; schnelle Exponentiation; Horner-Schema; Skalarprodukt von Vek-toren; Länge eines Vektors; Produkt von Matrizen; Nullmatrix; Beispiel zu Break- undContinue-Anweisungen mit Marken; Newton-Verfahren zur Nullstellenbestimmung; Bub-blesort; Erzeugung von Pseudozufallszahlen mit der linearen Kongruenzmethode.

3.7 Ein Blick auf imperatives ProgrammierenVariable; Zustand; Wertzuweisung; Sequenz; Selektion; Iteration; Ein- und Ausgabe; Zu-stand eines Objekts; Zustand des Programms; der Algorithmus von Euklid in imperativerFassung in den Sprachen Java, JavaScript, Pascal, C, Modula-2 und Scheme; Ausblick aufKonzepte imperativer Programmiersprachen: Funktionen, Prozeduren, Datentypen, Mo-dule, Ausnahmebehandlung, Parallelverarbeitung; Algorithmus von Euklid: imperative vs.funktionale Version, funktionale Variante in Scheme und Haskell.

4 Objektorientierte Programmierung in Java4.1 Klassen, Objekte und MethodenObjekt; Zustand; statische und dynamische Eigenschaften; Schnittstelle; Dienst eines Ob-jekts; Nachricht; wert- und identitätsbasierte Objektmodelle; Kapselung und Geheimnis-prinzip; Abstraktion und Modellierung; Klasse; Objekt; Instanz; Methode; Memberva-riable; Instanzvariable; Attribut; Erzeugung und Initialisierung von Objekten; Deklara-tion von Variablen und Methoden; Zuweisung von Objekten; Semantik von Variablenund Zuweisungen; Storage-Semantik; Assignment-by-sharing; Parameter einer Methode;

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Aufruf einer Methode; Punktnotation; this-Zeiger; Parameterübergabe; Rückgabewert ei-ner Methode; Überladen von Methoden; Signatur einer Methode; Konstruktoren; Default-Konstruktor; Verkettung von Konstruktoren; Destruktoren; get-/set-Methoden; toString;equals; typischer Aufbau einer Klasse; Beispiele: Adresskartei, Horner-Schema, Aufruf vonMethoden, Bubblesort, Newton-Verfahren, Methoden mit einer variablen Parameterzahl;Fallstudie: Polynomarithmetik.

4.2 VererbungBeziehungen zwischen Klassen; Vierecke und ihre Beziehungen; einfache Vererbung; Basis-klasse; Oberklasse; abgeleitete Klasse; Unterklasse; Spezialisierung; Generalisierung; Zu-weisungen; Polymorphie; Verdecken von Variablen; Überlagern von Methoden; dynamischeMethodensuche; die super-Notation; die Klasse Object; die Methode String toString();die Methode boolean equals(); die Methode Object clone(); Konstruktoren; der Su-perklassenkonstruktor; Reihenfolge der Aufrufe von Konstruktoren; finale Klassen; Ver-erbungshierarchien; Vererbungshierarchien als gerichtete Bäume; mehrfache Vererbung;Klassendiagramm; Objektdiagramm; Beziehungen zwischen Klassen und Objekten: derinstanceof-Operator; Beziehungen zwischen Objekten: Assoziation, Kardinalität, Multi-plizität, Aggregation, Komposition.

4.3 ModifikatorenModifikator; die Modifikatoren public, final und abstract für Klassen; die Modifikato-ren public, private, protected, static, final und abstract für Variable und Metho-den; Bemerkungen zum Einsatz von Modifikatoren; Hinweis auf weitere Modifikatoren.

4.4 Klassenvariable und statische MethodenKlassenvariable; Deklaration und Zugriff; Beispiel: Objektzähler; Konstante; Klassenme-thoden; Deklaration und Zugriff; Beispiele: Objektzähler, Tabelle der Quadratwurzeln; dieMethode main und ihr Argument; statische Konstruktoren; utility class.

4.5 Abstrakte KlassenAbstrakte und konkrete Methoden; abstrakte und konkrete Klassen; Fallbeispiel für ab-strakte Klassen und Polymorphismus: Gehaltsberechnung; polymorphe Methoden in Kon-struktoren.

4.6 SchnittstellenDefinition einer Schnittstelle; Implementierung einer Schnittstelle; Beispiel; das InterfaceComparable; Aussage der API über die Methode compareTo; die Klasse String; kleinstesElement und Bubblesort als Beispiele; Generizität; mehrfache Implementierung; Schnitt-stellen und Vererbung; Verwendung von Schnittstellen; Konstanten.

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4.7 ZusammenfassungWiederholung, Überblick und Zusammenfassung über objektorientiertes Programmieren;Vorteile der Vererbung; Vorgehensweise beim objektorientierten Programmieren.

5 Rekursion/Funktionale Programmierung5.1 Einführung und BegriffeRekursives Konzept; Fakultät; Motivierendes Beispiel: Berechnung der Quersumme ei-ner natürlichen Zahl durch eine iterative und eine rekursive Methode; partielle und tota-le Funktionen; Definitionsbereich; Möglichkeiten zur Definition von Funktionen: Tabelle,Ausdruck; rekursive Definitionen; Ersetzungssystem; Auswertung; Formen der Rekursion:lineare Rekursion, Endrekursion, Baumrekursion, geschachtelte Rekursion, verschränkteoder wechselseitige Rekursion; Beispiele: Fakultät, Fibonacci-Folge, Algorithmus von Eu-klid, schnelle Exponentiation, Summe, Skalarprodukt; dynamische Algorithmen; operatio-nelle und denotationale Semantik einer rekursiven Definition; Innermost-, Outermost- undMixed-Auswertung; Ackermann-Funktion.

5.2 Beispiele rekursiver Methoden in JavaFallbeispiele rekursiver Methoden: Newton-Verfahren, Intervallschachtelung (Bisektion),Geldwechsel, Türme von Hanoi, das Acht-Damen-Problem; der Fragezeichen-Operator;for-Anweisungen mit Initialisierungs- und Update-Listen; Wiederholung des Bubblesort-Algorithmus; Quicksort; Wrapper-Klassen der primitiven Datentypen; einige Konstrukto-ren und Methoden der Wrapper-Klassen; Autoboxing und Unboxing.

5.3 Ein Blick auf funktionales ProgrammierenFunktionen höherer Ordnung; funktionale Algorithmen; funktionale Programmiersprachen;Lisp und Scheme; funktionale Version des Algorithmus von Euklid; Haskell; Algorithmusvon Euklid in Scheme und Haskell; Zusammenfassung der Aspekte; Java 8: Beispiele fürfunktionales Interface, Lambda-Ausdrücke, static-Methode im Interface, default-Methodeim Interface; Hinweis: Streams und Pipeline-Operationen werden wir später behandeln.

6 Zuverlässigkeit von ProgrammenMotivation.

6.1 Behandlung von AusnahmesituationenDie Ausnahmen ArithmeticException und ArrayIndexOutOfBoundsException; Behand-lung von Ausnahmen; Beispiele für Ausnahmen; grundlegende Begriffe: Ausnahme, Auslö-sen einer Ausnahme, Behandeln einer Ausnahme; die try-catch-Anweisung; prinzipielle

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Vorgehensweise; die Methode parseInt; Beispiel: Zahldarstellung zu verschiedenen Basen;Fehlerobjekte; Fortsetzen nach einer Ausnahme; mehrere catch-Klauseln; die finally-Klausel; die catch-or-throw-Regel; Weitergabe einer Ausnahme; die throws-Klausel; dieKlassen Throwable, Error, Exception, RuntimeException und ArithmeticException;die throw-Anweisung; Erzeugen und Auslösen von Ausnahmen; eigene Fehlerklassen; Bei-spiele; wichtige Javadoc-Markierungen.

6.2 Grundlagen der ProgrammverifikationHoare’sche Logik; Hoare’scher Kalkül; Nachbedingung; Vorbedingung; Schleifeninvariante;Axiomenschema; Ableitungsregeln; Zustand; partielle und totale Korrektheit; Korrektheitund relative Vollständigkeit des Kalküls; Beispiele: ganzzahlige Division mit Rest, schnelleExponentiation; abessinische Bauernmethode zur Multiplikation ganzer Zahlen.

6.3 Die ZusicherungsanweisungDie assert-Anweisung; Aufruf des Compilers und des Interpreters; Anwendungen derassert-Anweisung; Beispiel: ganzzahlige Division mit Rest; Anwendung in öffentlichenMethoden; Anwendung in privaten Methoden; Nachbedingungen; Vorbedingungen; Schlei-feninvariante; Kontrollflussinvariante; komplexe Zusicherungen; Klasseninvariante; beding-te Übersetzung; Ausschalten von Zusicherungen; Seiteneffekte; Einschalten von Zusiche-rungen.

6.4 Testen von ProgrammenPhasen der Software-Entwicklung; Modelle der Software-Entwicklung; Dokumente; Mo-dellierungssprachen; UML; Struktur- und Verhaltensdiagramme; Werkzeuge; Spezifikati-on; Verifikation; Sicherheits- und Lebendigkeitseigenschaften; Validierung; Test; systema-tisches Testen; Modultest; Integrationstest; Auswahl der Testdaten; Black- und White-Box-Tests; Überdeckungsmaße für White-Box-Tests; JUnit: Einführung mit Beispiel.

7 Klassen und Methoden zur Ein- und AusgabeWiederholung einiger Aspekte und einige neue Aspekte; Möglichkeiten zur Ein- und Aus-gabe von Daten; Grundlagen; wahlfreier und sequentieller Zugriff; Streams; Byte- undCharacter-Streams; Öffnen und Schließen einer Datei; Brückenklassen; die Stream-Basis-klassen; die Klasse PrintStream; die Klasse System; die Methode exit; System.out,System.in und System.err; Properties; Ausgabe auf dem Bildschirm; Ausgabe in eineDatei; Eingabe von der Tastatur; Lesen aus einer Datei; Pufferung der Ein- und Ausgabe;die Klasse File; Transaktion; Anlegen und Löschen einer Datei; Zugriff auf den Pfadna-men; Informationen über eine Datei; Ändern von Verzeichniseinträgen; Beispiel: rekursiverDurchlauf durch ein Verzeichnis; formatierte Ausgabe; Formatstring; Steuerzeichen; dieKlasse Scanner.

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8 Weiterführende Sprachkonzepte von Java8.1 Lokale und anonyme KlassenLokale Klassen; Definition und Benutzung lokaler Klassen; Beispiel; statische lokale Klas-sen; anonyme Klassen; Beispiel; Realisierung von Funktionen höherer Ordnungen durchSchnittstellen; Beispiel für anonyme Klassen; Erweiterung des new-Operators; Anwendunglokaler und anonymer Klassen.

8.2 Weiteres zu den Wrapper-KlassenWiederholung der Datentypen; Wrapper-Klassen zu den primitiven Datentypen; Konstruk-toren der Wrapper-Klassen; Wertrückgabe; parse-Methoden; Konstante und weitere Me-thoden; die Klasse Integer als Beispiel; Autoboxing und Unboxing.

8.3 AufzählungstypenMotivation; Aufzählungstypen; Enum-Klassen; Eigenschaften und Methoden der Aufzäh-lungstypen; selbstdefinierte Methoden in Enum-Klassen; Datenfelder in Enum-Klassen;Enum-Konstruktoren; Anwendungsmöglichkeiten für Enum-Klassen; Beispiel: Berechnungdes Wochentags eines gegebenen Datums.

8.4 Die Klassen String, StringBuffer und StringTokenizerWiederholung und Erweiterung der Klasse String; Konstruktoren; Methoden zur Zei-chenextraktion, zum Vergleich, zum Suchen und Ersetzen sowie Konvertierungsfunktionen;die Klasse StringBuffer; Unterschiede zur Klasse String; Konstruktoren; einige Metho-den der Klasse StringBuffer; Beipiel: Effizienzsteigerung bei häufiger Konkatenation; dieKlasse StringTokenizer; Konstruktoren und einige Methoden; Beispiel.

8.5 Strukturierung von ProgrammenProgrammelemente von Java; Pakete; Applikationen; Applets; Verwendung von Paketen;qualifizierter und unqualifizierter Import; statischer Import; das Paket java.lang; wichtigeJava-Pakete; Klassen des Pakets java.util; Bedeutung der Paketnamen; Erstellen eige-ner Pakete; Verzeichnisstruktur der Pakete; das Default-Paket; Zugriffsrechte für Klassen,Methoden und Variable; die CLASSPATH-Variable.

8.6 AnnotationenAnnotation; Metainformation; Annotationsprozessor; reflektive Auswertung; annotierteProgrammelemente; Annotationen vs. Kommentare vs. Modifikatoren; die vordefinier-ten Annotationen @Deprecated, @Override, @SuppressWarnings, @Retention, @Target,@Documented und @Inherited; Erstellung von Annotationen; Beispiel.

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9 Java und Datenstrukturen9.1 Lineare ListenDefinition und grundlegende Eigenschaften linearer Listen; typische Listenoperationen; „li-neare Liste“ als abstrakter Datentyp; Schnittstelle und Implementierung des abstraktenDatentyps; Strukturinvariante; ausführliche Herleitung der insert-Methode mit Erhal-tung der Strukturinvariante; modifizierte Schnittstelle mit zugehöriger Implementierung;Behandlung von Elementklassen; Implementierung durch Felder; sortierte Listen; alterna-tive Implementierung mit Zeiger auf das erste Element und Zusatzinformationen; Senti-nel; Aufzählungen; Implementierung und Anwendung von Aufzählungen; zirkuläre Listen;die Josephus-Funktion; Implementierung von Datenstrukturen; Wiederholung: die KlasseObject; die Klasse Class; Kopieren von Objekten; flache und tiefe Kopien; die Methodeclone() der Klasse Object; die Schnittstelle Cloneable; Kopieren einer Liste; unverän-derliche Klassen.

9.2 Generische DatentypenWiederverwendbarkeit (reusability); Generizität; generische Methoden; generische Klas-sen; generische Schnittstellen; Beispiel: lineare Listen; die Klasse Number; Typebounds;Klassen als Typebounds; Schnittstellen als Typebounds; Klassen und Schnittstellen alsTypebounds; Wildcards; Invarianz; Bivarianz; Kovarianz; Kontravarianz; Übersicht; er-laubte Operationen; Wiederholung: Typkompabilität; Generizität in Java; Zusammenstel-lung kompatibler Datentypen; Kovarianz bei Array-Typen.

9.3 Keller und SchlangenKeller; LIFO-Prinzip; Anwendungen; Kelleroperationen; Implementierung eines Kellersdurch eine Liste; Implementierung eines Kellers durch ein Feld; Schlangen; FIFO-Prinzip;Anwendungen; Operationen für Schlangen; Implementierung einer Schlange durch eine Lis-te; Implementierung einer Schlange durch ein Feld; Deques; Bemerkungen zur Java-API.

9.4 GraphenGraph; Knoten; Kante; gerichteter Graph; ungerichteter Graph; bewerteter Graph; Mehr-fachkante; Zyklus; Schlinge; Attribute; Anwendungsbeispiele; Adjazenz; Grad eines Kno-tens; Pfad; Zusammenhang; vollständiger Graph; gewichteter Graph; Speicherung von Gra-phen: Kantenliste, Knotenliste, Adjazenzmatrix, Adjazenzliste; Komplexität der Operatio-nen; Variationen dieser Möglichkeiten.

9.5 Bäume und Suchen und SortierenBaum; Definition; Wurzel; innerer Knoten; Blatt; Pfad; Tiefe; Anwendungen von Bäu-men; Anzahl der Knoten in einem Binärbaum; Durchlauf durch einen Binärbaum; binäre

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Suchbäume und ihre Implementierung; Sortieren mit binären Suchbäumen; Erzeugung vonZufallszahlen; Mergesort; Wiederholung: Bubblesort, Quicksort.

9.6 Hash-VerfahrenGrundlagen; Hash-Funktion; Hash-Tabelle; Kollision; Beispiel; Behandlung von Kollisio-nen; Hash-Verfahren ohne Überlaufbereich; lineare Verschiebung; quadratische Verschie-bung; Hash-Verfahren mit linearer Liste als Überlaufbereich; die Klasse Hashtable; dieKlasse HashMap; Dictionary: assoziativer Speicher.

9.7 Persistenz von DatenPersistenz von Daten; Serialisierung und Deserialisierung von Objekten; der Modifika-tor transient; die Schnittstelle Serializable; Anwendungen: Schreiben und Lesen vonObjekten in bzw. aus Dateien; tiefes Kopieren durch Serialisierung; Versionierung von se-rialisierten Daten; das Programm serialver; dynamisches Laden von Klassen; Beispieleaus dem Paket java.lang.reflect.

9.8 Das Java Collections FrameworkKollektionen; Mengen; Relationen; Funktionen; das Java Collections Framework; Überblicküber wichtige Schnittstellen, Implementierungen (abstrakte, konkrete Klassen) und Algo-rithmen: Collection, AbstractCollection, AbstractList, AbstractSet, AbstractMap,Set, SortedSet, List, Queue, Deque, Map, SortedMap, Stack, Vector, TreeSet, HashMap,Iterable, Iterator, ListIterator; Anwendung: sortierte endliche Mengen am Beispiel„Lottotipp“; Comparator; die Kollektion-Algorithmen; Beispiel: die Klasse ArrayList;ArrayList und LinkedList im Vergleich; kurzer Blick auf Heaps; Prioritätsschlangen;die Klasse PriorityQueue.

10 Grafikprogrammierung in Java10.1 GrundlagenSchnittstelle für Anwenderprogramme; API; das Abstract Window Toolkit (AWT); dieSwing-Bibliothek; Hinweis auf das Standard Window Toolkit (SWT); Möglichkeiten desAWTs; grundsätzliche Vorgehensweise; der grafische Kontext; Beispiel: ein einfaches Fens-ter; Ein-Ausgabe-Programmierung; ereignisgesteuerte Programmierung; Delegation BasedEvent Handling; Quelle eines Ereignisses; Beobachter; Single-Cast-Ereignis; Multi-Cast-Ereignis; Schließen eine Fensters; Adapter-Klassen; die Klasse WindowAdapter als Beispiel.

10.2 Grafische GrundelementeDas grafische Koordinatensystem; Benutzerbereich eines Fensters; Auswahl elementarerGrafikroutinen zur Darstellung von Text, Linien, Rechtecken, Polygonen, Ellipsen und

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Ellipsenbögen; Schriftarten; Schriften mit Serifen; serifenlose Schriften; Schriften mit va-riabler und konstanter Zeichenbreite; Fett- und Kursivdruck; Methoden zur Ermittlungvon Font-Informationen und -Metriken; das RGB-Farbmodell; vordefinierte Farben; ge-bräuchliche Farbwerte; Erzeugung und Verwendung von Farben; die Klasse SystemColor.

10.3 FensterklassenDie Behälterklassen Component, Container, Applet, Window und Frame; Aufrufen undSchließen eines Fensters; Eigenschaften eines Fensters.

10.4 Ereignisse und WidgetsEreignis; Ereignisquelle; Beobachter; ereignisgesteuerte Programmierung; Single-Cast- undMulti-Cast-Ereignis; Adapter-Klasse; Überblick über die Ereignisklassen und Beobachter-Schnittstellen; Low-Level-Events; Widget; wichtige Widgets; Beispiele: Rollbalken, Label,Button, Textfeld, Checkbox, Checkboxgroup, Choice; Realisierung von Widgets.

10.5 AppletsAnwendungen und Applets; Eigenschaften von Applets; Beispiel; grundlegende Methoden;Umwandlung zwischen Anwendungsprogrammen und Applets; Beispiel.

10.6 Die Swing-KlassenDie Java Foundations Classes; AWT und Swing im Vergleich; der Peer-Ansatz; leicht- undschwergewichtige Komponenten; einfaches Beispiel mit AWT- und Swing-Klassen; Ein-ordnung der Swingklassen; die Komponentenklassen Component, Container, JComponent,FlowLayout, BorderLayout, GridLayout, Graphics, JLabel, AbstractButton, JRadioButton, JComboBox, JList, JTextComponent, JScrollPane, JPanel, JProgressBar; dieBehälterklassen JFrame, JWindow, JDialog, JApplet, JMenuBar, JToolBar, Border; Bor-derFactory, Vorgehensweise zur Erstellung von grafischen Oberflächen; Adapterklassen;Strukturierung von Behälter- und Beobachterklassen; Beispiel: Fenster mit Menü- undWerkzeugleiste. Einige weitere Swing-Klassen/Schnittstellen. Zum Beispiel JFileChooser.

11 Parallelprogrammierung in Java11.1 Das Problem des gegenseitigen AusschlussesVarianten des Algorithmusbegriffs: terminierend, nichtterminierend (reaktiv), determinis-tisch, nichtdeterministisch, approximativ, determiniert, randomisiert, sequenziell, parallel,verteilt; Einstieg in die Parallelprogrammierung; ein paar Aspekte zur Programmierungvon Nebenläufigkeit: Prozessverwaltung; Kommunikation zwischen Prozessen; Synchroni-sation von Prozessen; Eigenschaften; Sicherheit, Lebendigkeit, Fairness; das Problem des

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gegenseitigen Ausschlusses; elementare Aktion; Ausführung paralleler Prozesse; interlea-ving semantics; Beispiel: Betriebsmittelzuweisung; Abstraktion des Problems; verschiede-ne Lösungsansätze; Szenarium; Sicherheitseigenschaft; Lebendigkeitseigenschaft; Verklem-mung; Verschwörung; der Algorithmus von Dekker; aktives Warten.

11.2 Grundlagen und BegriffeProzess; Thread; leicht- und schwergewichtige Prozesse; sequentielle und parallele Ver-arbeitung; Parallelität; Quasi-Parallelität; Nebenläufigkeit; unabhängige und gekoppel-te Anweisungen und Prozesse; Beispiele; Prozessverwaltung; Erzeugen und Beenden vonProzessen; Kommunikation; gemeinsame Variable; Nachrichtenaustausch; Synchronisation;synchrone und asynchrone Arbeitsweise; Konzepte zur Nebenläufigkeit in Programmier-sprachen; Semaphore; Monitore; Standardaufgaben der Parallelprogrammierung; Erzeuger-Verbraucher-Problem; Leser-Schreiber-Problem; Problem der speisenden Philosophen; ei-nige Fairness Begriffe; Nebenläufigkeit in Java.

11.3 Verwaltung von ThreadsDie Klasse Thread; Erzeugung eines Threads durch Überlagerung von run; die Methodestart; Ende einer Anwendung; Dämonen; als “deprecated” gekennzeichnete Methoden;Transaktionen; Beenden eines Threads; weitere Methoden der Klasse Thread; Lebenszykluseines Threads; die Schnittstelle Runnable; Beispiel.

11.4 Kommunikation und SynchronisationKommunikation durch gemeinsame Variable; Synchronisation durch Monitore; Beispiel:Bankbetrieb und verlorene Buchungen; der Modifikator synchronized; synchronisierteMethoden und Blöcke; Sperren für Objekte und Klassen; Grundregel zur Synchronisati-on; Wartemenge eines Objekts; die Methoden wait und notify; Fairness; der Modifika-tor volatile; weak/strong transition/process fairness; Lösung des Erzeuger-Verbraucher-Problems; die Methode notifyAll; Beispiel: Parkhausbetrieb; Priorität eines Threads;Thread-Gruppen; Übersicht über die Methoden der Klasse Object; Programmierrichtlini-en zur Parallelprogrammierung.

11.5 Die speisenden PhilosophenProblemstellung; Lösung in Java mit wait und notifyAll.

11.6 Das Concurrent-PaketÜberblick; die Schnittstellen und Klassen Executor, Executors und ExecutorService;das Erzeuger-Verbraucher-Problem; die Schnittstellen und Klassen Lock, ReentrantLockund Condition; die Klasse ArrayBlockingQueue; die Klasse Semaphore; Nachrichtenaus-tausch; das Rendez-Vous-Konzept; Hinweis auf die Synchronizer-Klassen (zum Beispiel

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Exchange), das Unterpaket atomic und die „Concurrent Collections“; Zusammenfassung:Programmierung von Nebenläufigkeit.

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Quellenverzeichnis[1] Alagić, Suad; Arbib, Michael A.: The Design of Well-Structured and Correct Pro-

grams. New York: Springer Verlag, 1978

[2] Alber, Klaus; Struckmann, Werner: Einführung in die Semantik von Program-miersprachen. Mannheim Wien Zürich: BI-Wissenschaftsverlag, 1988

[3] Barnes, David J.; Kölling, Michael: Objects First With Java. 1. Auflage. Harlow,England: Prentice Hall, 2003

[4] Bell, Douglas; Parr, Mike: Java für Studenten. 3. Auflage. München: PearsonStudium, 2003

[5] Ben-Ari, Mordechai: Grundlagen der Parallelprogrammierung. 1. Auflage. MünchenWien: Carl Hanser Verlag, 1985

[6] Ben-Ari, Mordechai: Principles of Concurrent and Distributed Programming. 2. Auf-lage. Harlow London: Addison-Wesley, 2006

[7] Bentley, Jon: Programming Pearls. Reading, Massachusetts: Addison-Wesley Pu-blishing Company, 1986

[8] Bloch, Joshua; Gafter, Neal: Java Puzzlers. 1. Auflage. Upper Sadle River NJ,Boston: Addison-Wesley Verlag, 2005

[9] Breymann, Ulrich: C++ – Einführung und professionelle Programmmierung. 9., neubearbeitete Auflage. München: Hanser Verlag, 2007

[10] Budd, Timothy: Classic Data Structures in Java. 1. Auflage. Boston: Addison-WesleyVerlag, 2001

[11] Cormen, Thomas H.; Leiserson, Charles E.; Rivest, Ronald L.; Stein, Clifford:Algorithmen –Eine Einführung. 3., überarb. u. erw. Auflage. München Wien: Olden-bourg Verlag, 2010

[12] Deitel, Harvey M.; Deitel, Paul J.: Java—How to Program. 6. Auflage. UpperSaddle River, New Jersey: Pearson Education International, 2005

[13] Duden: Informatik. 4. Auflage. Mannheim: Dudenverlag, 2006

[14] Ehrenberger, Wolfgang: Software-Verifikation. 1. Auflage. München: Hanser Ver-lag, 2002

[15] Esser, Friedrich: Java 6 Core Techniken. 1. Auflage. München: Oldenbourg Verlag,2008

[16] Esser, Friedrich: Scala für Umsteiger. München: Oldenbourg Verlag, 2011

– 17 –

[17] Ford, William H.; Topp, William R.: Data Structures with Java. 1. Auflage. UpperSaddle River, New Jersey: Pearson Education International, 2005

[18] Gallenbacher, Jens: Abenteuer Informatik. 2. Auflage. Heidelberg: SpektrumAkademischer Verlag, 2008

[19] Gamma, Erich; Helm, Richard; Johnson, Ralph; Vlissides, John: Design Patterns.1. Auflage. Boston: Addison-Wesley Verlag, 1995

[20] Harel, David; Feldman, Yishai: Algorithmik. 1. Auflage. Berlin Heidelberg NewYork: Springer-Verlag, 2006

[21] Henning, Peter A.; Vogelsang, Holger: Taschenbuch Programmiersprachen. 2. Auf-lage. München: Carl Hanser Verlag, 2007

[22] Hettel, Jörg; Tran, Man T.: Nebenläufige Programmierung mit Java. 1. Auflage.Heidelberg: dpunkt.verlag, 2016

[23] Hoffmann, Dirk W.: Theoretische Informatik. 1. Auflage. München: Hanser Verlag,2009

[24] Hohlfeld, Bernhard; Struckmann, Werner: Einführung in die Programmverifika-tion. Mannheim Wien Zürich: BI-Wissenschaftsverlag, 1992

[25] Kecher, Christoph: UML 2. 3., durchgesehene Auflage. Bonn: Galileo Press, 2009

[26] Krienke, Rainer: Shell-Programmierung für Unix und Linux. 3., erweiterte Auflage.München: Hanser Verlag, 2007

[27] Krüger, Guido: Handbuch der Java-Programmierung. 7. Auflage. München:Addison-Wesley Verlag, 2012

[28] Krüger, Guido; Hansen, Heiko: Java-Programmierung – Das Handbuch zu Java 8.8. Auflage. Köln: O’Reilly Verlag, 2014

[29] Lahres, Bernhard; Raýman, Gregor: Objektorientierte Programmierung. 2., aktua-lisierte und erweiterte Auflage. Bonn: Galileo Computing, 2009

[30] Lang, Hans W.: Algorithmen in Java. 2. Auflage. München: Oldenbourg Wissen-schaftsverlag, 2006

[31] Lewis, John; Chase, Joseph: Java—Software Structures. 2. Auflage. Upper SaddleRiver, New Jersey: Pearson Education International, 2005

[32] Louis, Dirk; Müller, Peter: Java — Der umfassende Programmierkurs. Köln:O’Reilly Verlag, 2014

[33] Mehlhorn, Kurt; Sanders, Peter: Algorithms and Data Structures. 1. Auflage.Berlin Heidelberg: Springer Verlag, 2008

– 18 –

[34] Nowak, Johannes: Fortgeschrittene Programmierung mit Java 5. 1. Auflage. Heidel-berg: Dpunkt Verlag, 2005

[35] Oechsle, Rainer: Parallele und verteilte Anwendungen in Java. 2., vollständig über-arbeitete und erweiterte Auflage. München: Carl Hanser Verlag, 2007

[36] Ottmann, Thomas; Widmayer, Peter: Algorithmen und Datenstrukturen. 5. Auf-lage. Heidelberg Berlin: Spektrum Akademischer Verlag, 2012

[37] Pomberger, Gustav; Dobler, Heinz: Algorithmen und Datenstrukturen. 1. Auflage.München: Pearson Studium, 2008

[38] Ratz, Dietmar; Scheffler, Jens; Seese, Detlef; Wiesenberger, Jan: GrundkursProgrammieren in Java. 6. aktualisierte und erweiterte Auflage. München Wien:Hanser Verlag, 2011

[39] Ratz, Dietmar; Scheffler, Jens; Seese, Detlef; Wiesenberger, Jan: GrundkursProgrammieren in Java. 7. überarbeitete und erweiterte Auflage. München Wien:Hanser Verlag, 2014

[40] Rechenberg, Peter: Was ist Informatik? 3. Auflage. München: Hanser Verlag, 2000

[41] Regionales Rechenzentrum für Niedersachsen RRZN (Hrsg.): Linux – Nut-zung mit der grafischen Oberfläche KDE. 1. Auflage. Hannover: Regionales Rechen-zentrum für Niedersachsen RRZN, 2000

[42] Regionales Rechenzentrum für Niedersachsen RRZN (Hrsg.): Grundlagender Programmierung. 4. Auflage. Hannover: Regionales Rechenzentrum für Nieder-sachsen RRZN, 2004

[43] Regionales Rechenzentrum für Niedersachsen RRZN (Hrsg.): Unix – EineEinführung in die Benutzung. 18. Auflage. Hannover: Regionales Rechenzentrum fürNiedersachsen RRZN, 2008

[44] Regionales Rechenzentrum für Niedersachsen RRZN (Hrsg.): Java 6(1. Band). 7. Auflage. Hannover: Regionales Rechenzentrum für Niedersachsen RRZN,2009

[45] Regionales Rechenzentrum für Niedersachsen RRZN (Hrsg.): Java 6(2. Band). 2. Auflage. Hannover: Regionales Rechenzentrum für Niedersachsen RRZN,2011

[46] Saake, Gunter; Sattler, Kai-Uwe: Algorithmen und Datenstrukturen. 4., über-arb. Auflage. Heidelberg: dpunkt.verlag, 2010

[47] Schaefer, Ina; Struckmann, Werner: Programmieren und Software Engineering(zusammengestellt). 1. Auflage. Pearson Verlag, 2012

[48] Schiedermeier, Reinhard: Programmieren mit Java. 2., aktualisierte Auflage. Mün-chen: Pearson Studium, 2010

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[49] Schiedermeier, Reinhard; Köhler, Klaus: Das Java-Praktikum. 1. Auflage. Hei-delberg: Dpunkt Verlag, 2008

[50] Sedgewick, Robert: Algorithms. 2. Auflage. Reading, Mass.: Addison-Wesley, 1988

[51] Sedgewick, Robert: Algorithmen in Java, Teil 1–4. 3. überarbeitete Auflage. Mün-chen: Addison-Wesley Verlag, Pearson Studium, 2003

[52] Sedgewick, Robert: Algorithms in Java, Part 5. 3. Auflage. Boston: Addison-WesleyVerlag, 2004

[53] Struckmann, Werner; Wätjen, Dietmar: Mathematik für Informatiker – Grund-lagen und Anwendungen. 2. Auflage. Berlin Heidelberg: Springer Vieweg Verlag,2016

[54] Vogt, Carsten: C für Java-Programmierer. 1. Auflage. München: Hanser Verlag,2007

[55] Weinert, Albrecht: Java für Ingenieure. 1. Auflage. München: FachbuchverlagLeipzig im Carl-Hanser-Verlag, 2001

[56] Weiss, Mark A.: Data Structures & Problem Solving Using Java. 3. Auflage. Boston:Pearson Addison Wesley, 2006

[57] Weiss, Mark A.: Data Structures and Algorithm Analysis in Java. 2. Auflage. Boston:Pearson Addison Wesley, 2007

[58] Zeller, Andreas; Krinke, Jens: Programmierwerkzeuge. 1. Auflage. Heidelberg:Dpunkt Verlag, 2000

A FallstudieFallstudien auf Internetseite

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B Themen der Übungsaufgaben

B.1 1. Übungsblatt

Aufgabe 1: Unix-Grundlagen, an- u. abmelden, Passwortänderung.Aufgabe 2: Editor, Java-Compiler u. -Interpreter.Aufgabe 3: Editor, Java-Compiler, Fehlermeldungen.Aufgabe 4: Änderung eines Java-Ausdrucks.

B.2 2. Übungsblatt

Aufgabe 5: Unix-Grundlagen, Wiederholung.Aufgabe 6: Ein erstes Programm: Arithmetische und Vergleichsoperatoren, lineares Pro-gramm (Lösung quadratischer Gleichungen), Ein-/Ausgabe.Aufgabe 7: Ausgabeanweisung.Aufgabe 8: Compilermeldungen, Fehlersuche und -berichtigung.Aufgabe 9: Einfache Ausdrücke, Eingabe von der Kommandozeile.

B.3 3. Übungsblatt

Aufgabe 10: Kommentare.Aufgabe 11: Bezeichner.Aufgabe 12: Bezeichner, Deklarationen.Aufgabe 13: Ausdrücke und Operatoren: Zeichenketten, Konkatenation, Zuweisungsope-ratoren, bitweise Operatoren.Aufgabe 14: Einführung in das Programmieren; arithmetische Operatoren, Fallunter-scheidung, Eingabe über Kommandozeile (Zeitzone).Aufgabe 15: Einführung in das Programmieren; arithmetische Operatoren, Fallunter-scheidung, Eingabe über Kommandozeile (Zeitzone). Erweiterung der vorigen Aufgabe.Aufgabe 16: Einführung in das Programmieren; arithmetische Operatoren, Fallunter-scheidung, Eingabe über Kommandozeile (13-stellige ISBN).Pflichtaufgabe 17: Erster Teil eines Spiels.

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B.4 4. Übungsblatt

Aufgabe 18: Zeichensätze, Darstellung und Speicherung von Zeichen und ganzzahligenWerten.Aufgabe 19: Literale, Speicherung von Gleitkommazahlen, der primitive Datentyp float.Operatoren, Anweisungen.Aufgabe 20: Deklarationen, primitive Datentypen.Aufgabe 21: Operatoren.Aufgabe 22: If-Anweisung.Aufgabe 23: Umsetzen eines gegebenen Algorithmus: Drei Schleifentypen von Java.Pflichtaufgabe 24: Objektorientierung: Erweiterung des Spiels.

B.5 5. Übungsblatt

Aufgabe 25: Anwendung einfacher Schleifen (σ-Funktion).Aufgabe 26: Anwendung einfacher Schleifen (Geburtstagsproblem).Aufgabe 27: Variable, Ausdrücke, Schleifen (fröhliche und traurige Zahlen).Aufgabe 28: Anweisungen, Ausgabe (Klasse BrowserTest).Aufgabe 29: Variable, Ausdrücke, Schleifen, Ausgabe (Mid-Square-Methode).Aufgabe 30: Klasse, Objekt, Attribut, Methode, Überlagerung von Methoden der KlasseObject (toString, equals, clone), statische Methode, Instanzmethode, typischer Aufbaueiner Klasse, Aufgabe zur objektorientierten Programmierung ohne Vererbung (Mengen,Zeichen als Elemente).Pflichtaufgabe 31: Objektorientierung, Vererbung von Klassen: Erweiterung des Spiels.

B.6 6. Übungsblatt

Aufgabe 32: Klasse, Objekt, Attribut, Methode, Methoden der Klasse Object: clone,equals, toString, Aufgabe zur objektorientierten Programmierung ohne Vererbung (Uhr-zeiten).Aufgabe 33: Vererbung, Überlagern von Methoden.Aufgabe 34: Wiederholung der Objektorientierung, Klasse, Objekt, Attribut, Metho-de, Überlagerung von Methoden der Klasse Object (toString, equals, clone), statischeMethode, Instanzmethode, typischer Aufbau einer Klasse, Aufgabe zur objektorientiertenProgrammierung ohne Vererbung (rationale Zahlen).Aufgabe 35: Abstrakte Klassen, Vererbung, Überlagern von Methoden, Schnittstellen,Polymorphismus (Figuren, Dreiecke, Kreise).

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Aufgabe 36: Abstrakte Klassen, Vererbung, Überlagern von Methoden, Schnittstellen,Polymorphismus (Funktion, Wertetabelle, Newton-Verfahren, Parabel).Pflichtaufgabe 37: Objektorientierung mit abstrakter Klasse und Interface.

B.7 7. Übungsblatt

Aufgabe 38: Nachvollziehen eines rekursiven Algorithmus (Geldwechsel).Aufgabe 39: Auswertung einer rekursiv definierten Funktion.Aufgabe 40: Iterative und rekursive Implementierung einer rekursiv definierten Funktion.Aufgabe 41: Diverse Auswertungen (innermost, outermost) einer rekursiv definiertenFunktion.Aufgabe 42: Implementierung eines rekursiven Algorithmus (Sortieren eines Feldes).Pflichtaufgabe 43: Ein Programm mit Rekursion.

B.8 8. Übungsblatt

Aufgabe 44: Wiederholung: Programmverifikation, partielle und totale Korrektheit, Vor-und Nachbedingung, Schleifeninvariante, assert-Anweisung.Aufgabe 45: Wiederholung: C0- und C1-Überdeckungstests.Aufgabe 46: Wiederholung: Ausnahmebehandlung, assert-Anweisung, Programmveri-fikation, Test, (Ganzzahlige Arithmetik).Aufgabe 47: Wiederholung: Programmverifikation, partielle und totale Korrektheit vonProgrammen, Vor- und Nachbedingung, Scheifeninvariante, assert-Anweisung, Komple-xität.Aufgabe 48: Wiederholung: Ausnahmebehandlung, benutzerdefinierte Fehlerklasse.

B.9 9. Übungsblatt

Aufgabe 49: Wiederholung: Grundlagen des imperativen und objektorentierten Program-mierens (gemischte Zahlen).Aufgabe 50: JDK: Debugger jdb, Archivierungswerkzeug jar, Dokumentationsgeneratorjavadoc.Aufgabe 51: Wiederholung: Grundlagen des imperativen und objektorentierten Program-mierens (Widerstandsnetz).Aufgabe 52: Wiederholung: Komplexität, partielle und totale Korrektheit von Program-men, assert-Anweisung (Insertionsort).Aufgabe 53: Aufzählungstypen (physikalische Einheiten).

– 23 –

B.10 10. Übungsblatt

Aufgabe 54: Wiederholung Rekursion: Verkannte Schwester der Fibonacci-Folge.Aufgabe 55: Programmierung linearer Listen durch Verkettungen.Aufgabe 56: Programmierung linearer Listen durch Verkettungen.Aufgabe 57: Programmierung linearer Listen durch Felder.Pflichtaufgabe 58: Datenstrukturen: zirkuläre, verkettete Liste.

B.11 11. Übungsblatt

Aufgabe 59: Implementierung generischer Keller durch verkettete Listen und Felder,Anwendung von generischen Kellern (Löschsymbol), Testen von Programmen.Aufgabe 60: Implementierung generischer Keller durch verkettete Listen und Felder, An-wendung von generischen Kellern (Umwandlung eines arithmetischen Ausdrucks von Infix-in Postfixnotaion mit einem Character-Keller, Auswertung des Ausdrucks in Postfixno-tation mit einem Integer-Keller).Aufgabe 61: Generische Methoden, Keller, Java Collections Framework, Rekursion vs.Iteration.Aufgabe 62: Generische Klassen und Schnittstellen, binäre Suchbäume.Pflichtaufgabe 63: Erweiterung durch generische Datentypen.

B.12 12. Übungsblatt

Aufgabe 64: Binäre balancierte Suchbäume, generische Datentypen (AVL-Bäume).Aufgabe 65: Entwurf von Programmen, Java Collections Framework, gerichtete gewich-tete Graphen (Algorithmus von Dijkstra zur Bestimmung kürzester Wege).Aufgabe 66: (Un)gerichtete azyklische Graphen, generische Datentypen, erweiterte Tie-fensuche (topologische Sortierung).Pflichtaufgabe 67: Erweiterung durch Datenstruktur Graphen.

B.13 13. Übungsblatt

Aufgabe 68: Grafik: Applet und Main-Programm: Konvertierung von Celsius-Grad inFahrenheit-Grad.Aufgabe 69: Grafikausgabe und -eingabe mit der Swing-Bibliothek: kleiner ganzzahligerTaschenrechner.Pflichtaufgabe 70: Erstellung einer grafischen Oberfläche (GUI)

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B.14 14. Übungsblatt

Aufgabe 71: Threads, Parallelisierung eines Divide-Conquer-Algorithmus (Quicksort).Aufgabe 72: Entwurf von Programmen, Java Collections Framework (Kakuro).Pflichtaufgabe 73: Erweiterung des Spiels, etwas Parallelität.

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Überblick über die VeranstaltungKurzbeschreibung Programmieren IKurzbeschreibung Programmieren IIGliederung der VeranstaltungVorbemerkungenAlgorithmus und ProgrammVom Algorithmus zum ProgrammProgrammiersprachenKorrektheit, Komplexität und EntscheidbarkeitSoftware-Grundlagen

Erste Schritte in JavaJava: Grundlagen der SpracheLexikalische ElementeDatentypen und VariableAusdrückeAnweisungenSpeicherung von WertenBeispiele aus der PraxisEin Blick auf imperatives Programmieren

Objektorientierte Programmierung in JavaKlassen, Objekte und MethodenVererbungModifikatorenKlassenvariable und statische MethodenAbstrakte KlassenSchnittstellenZusammenfassung

Rekursion/Funktionale ProgrammierungEinführung und BegriffeBeispiele rekursiver Methoden in JavaEin Blick auf funktionales Programmieren

Zuverlässigkeit von ProgrammenBehandlung von AusnahmesituationenGrundlagen der ProgrammverifikationDie ZusicherungsanweisungTesten von Programmen

Klassen und Methoden zur Ein- und AusgabeWeiterführende Sprachkonzepte von JavaLokale und anonyme KlassenWeiteres zu den Wrapper-KlassenAufzählungstypenDie Klassen String, StringBuffer und StringTokenizerStrukturierung von ProgrammenAnnotationen

Java und DatenstrukturenLineare ListenGenerische DatentypenKeller und SchlangenGraphenBäume und Suchen und SortierenHash-VerfahrenPersistenz von DatenDas Java Collections Framework

Grafikprogrammierung in JavaGrundlagenGrafische GrundelementeFensterklassenEreignisse und WidgetsAppletsDie Swing-Klassen

Parallelprogrammierung in JavaDas Problem des gegenseitigen AusschlussesGrundlagen und BegriffeVerwaltung von ThreadsKommunikation und SynchronisationDie speisenden PhilosophenDas Concurrent-Paket

QuellenverzeichnisFallstudieThemen der Übungsaufgaben1. Übungsblatt2. Übungsblatt3. Übungsblatt4. Übungsblatt5. Übungsblatt6. Übungsblatt7. Übungsblatt8. Übungsblatt9. Übungsblatt10. Übungsblatt11. Übungsblatt12. Übungsblatt13. Übungsblatt14. Übungsblatt