2    Imperative Sprachkonzepte 

»Wenn ich eine Oper hundertmal dirigiert habe, dann ist es Zeit,

sie wieder zu lernen.«

– Arturo Toscanini (1867–1957)

Ein Programm in Java wird nicht umgangssprachlich beschrieben, sondern ein Regelwerk und eine Grammatik definieren die Syntax und die Semantik. In den nächsten Abschnitten werden wir kleinere Beispiele für Java-Programme kennenlernen, und dann ist der Weg frei für größere Programme.

 

2.1    Elemente der Programmiersprache Java 

Wir wollen im Folgenden über das Regelwerk, die Grammatik und die Syntax der Programmiersprache Java sprechen und uns unter anderem über die Unicode-Kodierung, Tokens sowie Bezeichner Gedanken machen. Bei der Benennung einer Methode zum Beispiel dürfen wir aus einer großen Anzahl Zeichen wählen; der Zeichenvorrat nennt sich Lexikalik.

Die Syntax eines Java-Programms definiert die Tokens und bildet so das Vokabular. Richtig geschriebene Programme müssen aber dennoch nicht korrekt sein. Unter dem Begriff Semantik fassen wir daher die Bedeutung eines syntaktisch korrekten Programms zusammen. Die Semantik bestimmt, was das Programm macht. Die Abstraktionsreihenfolge ist: Lexikalik, Syntax und Semantik. Der Compiler durchläuft diese Schritte, bevor er den Bytecode erzeugen kann.

 

2.1.1    Token 

Ein Token ist eine lexikalische Einheit, die dem Compiler die Bausteine des Programms liefert. Der Compiler erkennt an der Grammatik einer Sprache, welche Folgen von Zeichen ein Token bilden. Für Bezeichner heißt dies beispielsweise: »Nimm die nächsten Zeichen, solange auf einen Buchstaben nur Buchstaben oder Ziffern folgen.« Eine Zahl wie 1982 bildet zum Beispiel ein Token durch folgende Regel: »Lies so lange Ziffern, bis keine Ziffer mehr folgt.« Bei Kommentaren bilden die Kombinationen /* und */ ein Token.

Das ist in C(++) unglücklich, denn so wird ein Ausdruck *s/*t nicht wie erwartet geparst. Erst ein Leerzeichen zwischen dem Geteiltzeichen und dem Stern »hilft« dem Parser, die gewünschte Division zu erkennen.

Whitespace

Der Compiler muss die Tokens voneinander unterscheiden können. Daher fügen wir Trennzeichen ein; zu diesen zählt Weißraum (engl. whitespace) wie Leerzeichen, Tabulatoren, Zeilenvorschub- und Seitenvorschubzeichen. Außer als Trennzeichen haben diese Zeichen keine Bedeutung. Daher können sie in beliebiger Anzahl zwischen die Tokens gesetzt werden – beliebig viele Leerzeichen sind zwischen Tokens gültig. Und da wir damit nicht geizen müssen, können sie einen Programmabschnitt enorm verdeutlichen. Programme sind besser lesbar, wenn sie luftig formatiert sind.

Separatoren

Neben den Trennern gibt es noch zwölf aus ASCII-Zeichen geformte Tokens, die als Separatoren definiert werden:

(   )   {   }   [   ]   ;   ,   .   ...   @   ::

Folgendes ist jedoch alles andere als gut zu lesen, obwohl der Compiler es akzeptiert:

 

2.1.2    Textkodierung durch Unicode-Zeichen 

Java kodiert Texte durch Unicode-Zeichen. Jedem Zeichen ist ein eindeutiger Zahlenwert (engl. code point) zugewiesen, sodass zum Beispiel das große A an Position 65 liegt. Der Unicode-Zeichensatz beinhaltet die ISO-US-ASCII-Zeichen[ 51 ](https://en.wikipedia.org/wiki/ASCII) von 0 bis 127 (hexadezimal 0x00 bis 0x7f, also 7 Bit) und die erweiterte Kodierung nach ISO 8859-1 (Latin-1), die Zeichen von 128 bis 255 hinzunimmt. Mehr Details zu Unicode liefert Kapitel 4, »Arrays und ihre Anwendungen«.

 

2.1.3    Bezeichner 

Für Variablen (und damit Konstanten), Methoden, Klassen und Schnittstellen werden Bezeichner vergeben – auch Identifizierer (von engl. identifier) genannt –, die die entsprechenden Bausteine anschließend im Programm identifizieren. Unter Variablen sind dann Daten verfügbar. Methoden sind die Unterprogramme in objektorientierten Programmiersprachen, und Klassen sind die Bausteine objektorientierter Programme.

Ein Bezeichner ist eine Folge von Zeichen, die fast beliebig lang sein kann (die Länge ist nur theoretisch festgelegt). Die Zeichen sind Elemente aus dem Unicode-Zeichensatz, und jedes Zeichen ist für die Identifikation wichtig.[ 52 ](Die Java-Methoden Character.isJavaIdentifierStart(…)/isJavaIdentifierPart(…) stellen auch fest, ob Zeichen Java-Identifier sind. ) Das heißt, ein Bezeichner, der 100 Zeichen lang ist, muss auch immer mit allen 100 Zeichen korrekt angegeben werden. Manche C- und FORTRAN-Compiler sind in dieser Hinsicht etwas großzügiger und bewerten nur die ersten Stellen.

class Application {

  public static void main( String[] args ) {

    System.out.println( "Hallo Welt" );

  }

}

Aufbau der Bezeichner

Jeder Java-Bezeichner ist eine Folge aus Java-Buchstaben und Java-Ziffern,[ 53 ](Ob ein Zeichen ein Buchstabe ist, stellt die statische Methode Character.isLetter() fest; ob er ein gültiger Bezeichnerbuchstabe ist, sagen die Funktionen isJavaIdentifierStart() für den Startbuchstaben und isJavaIdentifierPart() für den Rest. ) wobei der Bezeichner mit einem Java-Buchstaben beginnen muss. Ein Java-Buchstabe umfasst nicht nur unsere lateinischen Buchstaben aus dem Bereich »A« bis »Z« (auch »a« bis »z«), sondern auch viele weitere Zeichen aus dem Unicode-Alphabet, etwa den Unterstrich, Währungszeichen – wie die Zeichen für Dollar ($), Euro (€), Yen (¥) – oder griechische oder arabische Buchstaben. Auch wenn damit viele wilde Zeichen als Bezeichnerbuchstaben grundsätzlich möglich sind, sollte doch die Programmierung mit englischen Bezeichnernamen erfolgen. Es ist noch einmal zu betonen, dass Java streng zwischen Groß- und Kleinschreibung unterscheidet.

Tabelle 2.1 listet einige gültige Bezeichner auf.

Tabelle 2.1    Beispiele für gültige Bezeichner in Java

Ungültige Bezeichner dagegen sind:

Tabelle 2.2    Beispiele für ungültige Bezeichner in Java

 

2.1.4    Literale 

Ein Literal ist ein konstanter Ausdruck. Es gibt verschiedene Typen von Literalen:

• die Wahrheitswerte true und false

• integrale Literale für Zahlen, etwa 122

• Fließkommaliterale, etwa 12.567 oder 9.999E-2

• Zeichenliterale, etwa 'X' oder '\n'

• String-Literale für Zeichenketten, wie "Paolo Pinkas"

• null steht für einen besonderen Referenztyp.

class Application {

  public static void main( String[] args ) {

    System.out.println( "Hallo Welt" );

    System.out.println( 1 + 2.65 );

  }

}

 

2.1.5    (Reservierte) Schlüsselwörter 

Bestimmte Wörter sind als Bezeichner nicht zulässig, da sie als Schlüsselwörter vom Compiler besonders behandelt werden. Schlüsselwörter bestimmen die »Sprache« eines Compilers, und es können vom Programmierer keine eigenen Schlüsselwörter hinzugefügt werden.

class Application {

  public static void main( String[] args ) {

    System.out.println( "Hallo Welt" );

  }

}

Schlüsselwörter und Literale in Java

Die Zeichenfolgen in Tabelle 2.3 sind Schlüsselwörter (bzw. Literale im Fall von true, false und null) und sind in Java daher nicht als Bezeichnernamen möglich:[ 54 ](Auch nutzt Java ab Version 10 zur Deklaration von Variablen var, doch ist das kein reserviertes Schlüsselwort, sondern lediglich ein Bezeichner mit besonderer Bedeutung. Auch der Unterstrich _ zählt als reserviertes Schlüsselwort, ist aber in der Tabelle nicht aufgeführt. Die JLS definiert das unter https://docs.oracle.com/javase/specs/jls/se11/html/jls-3.html#jls-3.9. )

Tabelle 2.3    (Reservierte) Schlüsselwörter in Java

Obwohl die mit † gekennzeichneten Wörter zurzeit nicht von Java benutzt werden, können doch keine Variablen dieses Namens deklariert werden. Diese Schlüsselwörter nennen wir reservierte Schlüsselwörter, weil sie für eine zukünftige Nutzung reserviert sind. Allerdings ist nicht abzusehen, dass goto jemals verwendet werden wird.

 

2.1.6    Zusammenfassung der lexikalischen Analyse 

Übersetzt der Compiler Java-Programme, so beginnt er mit der lexikalischen Untersuchung des Quellcodes. Wir haben die zentralen Elemente schon kennengelernt – sie sollen hier noch einmal zusammengefasst werden. Nehmen wir dazu das folgende einfache Programm:

class Application {

  public static void main( String[] args ) {

    String text = "Hallo Welt";

    System.out.println( text );

    System.out.println( 1 + 2.65 );

  }

}

Der Compiler überliest alle Kommentare, und die Trennzeichen bringen den Compiler von Token zu Token. Folgende Tokens lassen sich im Programm ausmachen:

Tabelle 2.4    Tokens des Beispielprogramms

 

2.1.7    Kommentare 

Programmieren heißt nicht nur, einen korrekten Algorithmus in einer Sprache auszudrücken, sondern auch, unsere Gedanken verständlich zu formulieren. Dies geschieht beispielsweise durch eine sinnvolle Namensgebung für Programmelemente wie Klassen, Methoden und Variablen. Ein selbsterklärender Klassenname hilft den Entwicklern erheblich. Doch die Lösungsidee und der Algorithmus werden auch durch die schönsten Variablennamen nicht zwingend klarer. Damit Außenstehende (und nach Monaten wir selbst) unsere Lösungsidee schnell nachvollziehen und später das Programm erweitern oder abändern können, werden Kommentare in den Quelltext geschrieben. Sie dienen nur den Lesern der Programme, haben aber auf die Abarbeitung keine Auswirkungen.

Unterschiedliche Kommentartypen

In Java gibt es zum Formulieren von Kommentaren drei Möglichkeiten:

• Zeilenkommentare: Sie beginnen mit zwei Schrägstrichen[ 55 ](In C++ haben die Entwickler übrigens das Zeilenkommentarzeichen // aus der Vor-Vorgängersprache BCPL wieder eingeführt, das in C entfernt wurde. ) // und kommentieren den Rest einer Zeile aus. Der Kommentar gilt von diesen Zeichen an bis zum Ende der Zeile, also bis zum Zeilenumbruchzeichen.

• Blockkommentare: Sie kommentieren in /* */ Abschnitte aus. Der Text im Blockkommentar darf selbst kein */ enthalten, denn Blockkommentare dürfen nicht verschachtelt sein.

• Javadoc-Kommentare: Das sind besondere Blockkommentare, die Javadoc-Kommentare mit /** */ enthalten. Ein Javadoc-Kommentar beschreibt etwa die Methode oder die Parameter, aus denen sich später die API-Dokumentation generieren lässt.

Schauen wir uns ein Beispiel an, in dem alle drei Kommentartypen vorkommen:

/*

 * Der Quellcode ist public domain.

 */

// Magic. Do not touch.

/**

 * @author Christian Ullenboom

 */

class DoYouHaveAnyCommentsToMake {     // TODO: Umbenennen

  // When I wrote this, only God and I understood what I was doing

  // Now, God only knows

  public static void main( String[] args /* Kommandozeilenargument */ ) {

    System.out.println( "Ich habe /*richtig*/ viel //Hunger//" );

  }

}

Für den Compiler ist ein Kommentar ein Token, weshalb 1/*2*/3 nicht das Token 13 gibt, sondern die beiden Tokens 1 und 3. Doch vereinfacht gesprochen sieht für den Compiler eine Datei mit Kommentaren genauso aus wie ohne, also wie class DoYouHaveAnyCommentsToMake { public static void main( String[] args ) { System.out.println( "Ich habe /*richtig*/ viel //Hunger//" );} }. Die Ausgabe zeigt, dass es innerhalb von String-Literalen keine Kommentare geben kann; die Symbole /*, */ und // gehören zum String.

Im Bytecode steht exakt das Gleiche – alle Kommentare werden vom Compiler verworfen, kein Kommentar kommt in den Bytecode.

Kommentare mit Stil

Alle Kommentare und Bemerkungen sollten in Englisch verfasst werden, um Projektmitgliedern aus anderen Ländern das Lesen zu erleichtern.

Die Javadoc-Kommentare dokumentieren im Allgemeinen das »Was« und die Blockkommentare das »Wie«.

Für allgemeine Kommentare sollten wir die Zeichen // benutzen. Sie haben zwei Vorteile:

• Bei Editoren, die Kommentare nicht farbig hervorheben, oder bei einer einfachen Quellcodeausgabe auf der Kommandozeile lässt sich ersehen, dass eine Zeile, die mit // beginnt, ein Kommentar ist. Den Überblick über einen Quelltext zu behalten, der für mehrere Seiten mit den Kommentarzeichen /* und */ unterbrochen wird, ist schwierig. Zeilenkommentare machen deutlich, wo Kommentare beginnen und wo sie enden.

• Der Einsatz der Zeilenkommentare eignet sich besser dazu, während der Entwicklungs- und Debug-Phase Codeblöcke auszukommentieren. Benutzen wir zur Programmdokumentation die Blockkommentare, so sind wir eingeschränkt, denn Kommentare dieser Form können wir nicht verschachteln. Zeilenkommentare können einfacher geschachtelt werden.

  Die Tastenkombination (Strg)+(7) – oder (Strg)+(/), was das Kommentarzeichen / noch deutlicher macht – kommentiert eine Zeile aus. Eclipse setzt dann vor die Zeile die Kommentarzeichen //. Sind mehrere Zeilen selektiert, kommentiert die Tastenkombination alle markierten Zeilen mit Zeilenkommentaren aus. In einer kommentierten Zeile nimmt ein erneutes (Strg)+(7) die Kommentare einer Zeile wieder zurück.

  (Strg)+(/) kommentiert eine Zeile bzw. einen Block in IntelliJ ein und aus. Achtung, der (/) muss über den Ziffernblock der Tastatur ausgewählt werden!