Einführung in die Programmierung an der LMU München

Karteikarten und Zusammenfassungen für Einführung in die Programmierung an der LMU München

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Zusammenfassung Prozeduren

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"Call-by-Name": Hintergrund

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Parameterübergabe: Call-by-Value

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new-Operator in Java

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Werte von Referenzdatentypen

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Laufzeitspeicher: Stapel und Halde (Stack und Heap)

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Datentypen in Java

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Grundlegende Vorteile von Unterprogrammen

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Prozeduren vs. Funktionen

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Methoden, Prozeduren, Funktionen

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Bedeutung der gezählten Wiederholung

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Einführung in die Programmierung

Zusammenfassung Prozeduren

  • Java: Methode = Funktion | Prozedur
    • Funktionsprozeduren als Spezialfall
  • Dynamischer Speicher = Stack + Heap
    • Referenzen vermitteln dazwischen
  • Parameterübergabe in Java: Call-by-Value

Einführung in die Programmierung

"Call-by-Name": Hintergrund

  • "Call-by-name" bedeutet, dass der beim Aufruf einer Prozedur für einen formalen Parameter nicht ein Wert, und nicht eine Referenz, sondern der angegebene Ausdruck übergeben wird.
    • Bei jedem Zugriff wird der Ausdruck neu ausgewertet.
  • Kommt in funktionalen Programmiersprachen häufig vor
  • "Call-by-Need" ist wie "Call-by-name", aber bereits ermittelte Werte werden wiederverwendet

Einführung in die Programmierung

Parameterübergabe: Call-by-Value

  • Wenn eine Methode mit konkreten Ausdrücken für die Parameter aufgerufen wird, ist die Frage, was genau für die formalen Parameter übergeben wird.
  • In Java: Immer Berechnung des Werts ("Call-by-value")
    • Der berechnete Wert kann durchaus eine Referenz sein
    • Manchmal bei Parametern mit Referenzdatentyp spricht man von "Call-by-reference"; handelt sich um ein Call-by-Value für Referenzwerte

Einführung in die Programmierung

new-Operator in Java

  • Syntax: new <Klassenname> (<Ausdruck_1>,...,<Ausdruck_n>)
  • Klassenname ist zunächst der Name des Referenztyps
  • Bedeutung:
    • Die Argumente zusammen mit dem Klassennamen bestimmen, wie viel Speicherplatz benötigt wird
    • Der entsprechende Speicherplatz wird auf dem Heap reserviert
    • Die Referenz auf diesen Speicherbereich ist das Ergebnis

Einführung in die Programmierung

Werte von Referenzdatentypen

  • Referenzdatentypen haben (natürlich) Referenzen als Werte.
  • Eine Referenz ist eine Adresse im Heap
  • Heapspeicher muss explizit angewiesen werden:
    • Implizit durch Zuweisung eines Literals (z.B. String s = "Welcome!");
    • Allgemein mit dem new-Operator (z.B. String s = new String("Welcome!");
    • Das Literal (linke Seite) wird vom Compiler als statischer Speicher mit fester Adresse verwaltet
    • Das Ergebnis von new ist eine Referenz auf den Heapspeicher

Einführung in die Programmierung

Laufzeitspeicher: Stapel und Halde (Stack und Heap)

  • Zur Laufzeit eines Programms wird der dafür reservierte Speicher (im RAM) in zwei dynamisch genutzte Bereiche unterteilt:
    • Stapel (Stack) für Variablen und Parameter in Methoden
    • Halde (Heap) für Werte von Referenzdatentypen
  • Es gibt statischen Speicher (Schlüsselwert static)
    • Compiler-Optimierungen reduzieren Speicherbedarf dafür

Einführung in die Programmierung

Datentypen in Java

  • Primitive Datentypen:
    • "Eingebaut" in Compiler und Laufzeitsystem
    • Viele Infix- und Präfixoperationen
    • Datentypname beginnt mit einem kleinen Buchstabe
  • Referenzdatentypen:
    • Über Klassen definiert, selbst definierbar
    • Einige "eingebaut", d.h. in Standardinstallation enthalten
    • Datentypname beginnt mit einem großen Buchstabe

Einführung in die Programmierung

Grundlegende Vorteile von Unterprogrammen

  • Lokalität (locality, cohesion):
    • Programmcode ist in einer überschaubaren Größe
    • Entwickler hat klare Überblick darüber, welche Effekte erzielt werden
  • Änderbarkeit (modifiability):
    • Wenn Änderungen an einer grundlegenden Berechnung vorzunehmen sind, ist es ganz wesentlich, dass alle Stellen, an dene diese Berechnung vogenommen wird, das gleiche Unterprogramm benutzen. Eine Änderung wird dadurch überall!
  • Wiederverwendbarkeit (reusability):
    • Methoden und Funktionalitäten können in anderen Projekten verwendet werden.

Einführung in die Programmierung

Prozeduren vs. Funktionen

  • Funktionen sollen keine Seiteneffekte auf globale Variablen haben. Sie liefern ein Ergebnis (mit return).
  • Funktionsprozeduren sind Funktionen, die intern Variablen und Anweisungen benutzen. Auch sie sollen keine Seiteneffekte haben und liefern ein Ergebnis (mit return).
  • (Reine) Prozeduren sollen entweder kein Ergebnis abliefern (Typ void) oder eines, das nur organisatorischen Charakter hat. Sie wirken ausschließlich über Seiteneffekte.

Einführung in die Programmierung

Methoden, Prozeduren, Funktionen

  • Programmstücke, die separat für eine mehrfache Verwendung deklariert werden und die über spezifische Parameter an den Einsatzzweck angepasst werden können, heißen Methoden.
    • Manchmal spricht man ganz allgemein von Unterprogrammen (Subroutines)
  • Eine Prozedur ist dadurch charakterisiert, dass es such um einen imperativen Algorithmus handelt, also der Rumpf Anweisungen enthält.
  • Eine Funktion ist dadurch charakterisiert, dass sie einen Wert eines Datentyps als Ergebnis abliefert.

Einführung in die Programmierung

Bedeutung der gezählten Wiederholung

  • Eine for-Schleife der Form:

for(init; bedingung; forschalt) 

rumpf

  • ist fast gleichbedeutend mit:

init;

while (bedingung) {

rumpf;

fortschalt; }

Einführung in die Programmierung

Iteration

  • Wiederholungsanweisungen dienen zur mehrfachen Ausführung einer Anweisung bzw. eines Anweisungsblocks.
  • Bedingte Wiederholungsanweisung:
    • Oft auch while-Schleife genannt
  • Gezählte Wiederholungsanweisung:
    • Oft auch for-Schleife genannt
  • Java-Syntax: 

while(<Bedingung>)

<Anweisung>



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