Java lernen: Grundlagen und Objektorientierung

Du schreibst ein Java-Programm als Text. Diesen Text nennt man Quellcode. Er ist für Menschen lesbar, aber nicht direkt ausführbar. Du speicherst ihn in einer Datei mit der Endung .java, zum Beispiel HelloWorld.java. Der Dateiname muss genau so heißen wie die Klasse in der Zeile public class HelloWorld, auch in Groß- und Kleinschreibung.

Erst der Java-Compiler übersetzt den Quellcode. Im Normalfall entsteht dabei Bytecode (Dateiendung .class). Auch Bytecode ist nicht direkt ausführbar. Du übersetzt in der Eingabeaufforderung mit javac HelloWorld.java, hier gibst du die Endung .java an.

Ausgeführt wird der Bytecode von der Java Virtual Machine, kurz JVM. Sie liegt zwischen dem Java-Programm und dem Betriebssystem. Man kann sie sich als Blackbox um das Programm vorstellen, die die Interaktion mit dem Betriebssystem übernimmt. Du startest sie mit java HelloWorld, hier gibst du die Endung nicht an. Der Bytecode wird meist nicht direkt von der Hardware ausgeführt, sondern durch Software auf der Zielplattform. So soll dasselbe Programm ohne Änderung auf jeder Rechnerarchitektur laufen können, sofern dort eine passende Laufzeitumgebung installiert ist.

So liest du das kleine Programm im Beispiel: Zeile 1 (public class HelloWorld {) definiert die Klasse HelloWorld. Zeile 2 definiert die Main-Methode. Du findest sie bei jeder Java-Anwendung, und von ihr aus erschließt du dir die Funktionsweise des Programms. Zeile 3 (System.out.println) gibt den Text in den Anführungszeichen aus. Zeile 4 (System.exit(0);) beendet die Anwendung mit dem Rückgabewert 0 und damit auch die JVM.

Variablen sind Speicherorte für Daten wie Zahlen, Texte oder Adressen. Java ist statisch typisiert: Schon wenn das Programm erstellt wird, muss bekannt sein, welchen Typ eine Variable hat. Darum steht bei der Deklaration immer ein Datentyp, zum Beispiel int. Vor der Verwendung muss der Variablen ein Wert zugewiesen werden, der zum Typ passt. Einem int kannst du also nicht den String „Hallo“ zuweisen (zumindest nicht ohne vorherige Umwandlung). In int c = a + b; speichert die Variable c die Summe von a und b.

Eine boolean-Variable hat entweder den Wert true oder false. Sie steht meist dafür, dass eine Bedingung erfüllt ist oder eben nicht. Bedingungen verwendest du in der Verzweigung: if (Ausdruck) { Anweisungen 1 } else { Anweisungen 2 }. Der Teil mit else ist optional. Sollen mehrere Anweisungen ausgeführt werden, fasst du sie in einem Block mit geschweiften Klammern zusammen.

Schleifen wiederholen Anweisungen. Die for-Schleife (Zählschleife) zählt von einem Startwert zu einem Endwert und führt für jeden Schritt alle Anweisungen im Schleifenkörper aus. Bei for (int i = 0; i < 10; i++) zählt i von 0 bis 9, weil die Bedingung „i kleiner als 10“ lautet und nicht „kleiner gleich 10“. Die while-Schleife prüft ihre Bedingung vor dem Betreten der Schleife. Die do-Schleife prüft nach dem ersten Durchlauf.

Methoden bestehen aus einem Methodenkopf und einem Methodenrumpf. Im Kopf stehen der Rückgabetyp, der Name und die Parameterliste. Gibt es keine Rückgabe, ist der Rückgabetyp void. Der Rumpf steht in geschweiften Klammern. In public static void main(String[] args) ist void der Rückgabetyp und main der Name.

Eine Klasse beschreibt die allgemeine Definition. Ein Objekt, auch Instanz genannt, ist ein bestimmtes Exemplar einer Klasse. Es wird zur Laufzeit des Programms erzeugt. Klasse und Objekt sind also zwei verschiedene Dinge. Im Beispiel steht in der Variablen a ein Objekt der Klasse AndereKlasse.

Um eine Instanz zu erschaffen, wird der Konstruktor benutzt. Er heißt wie die Klasse. Seine Schreibweise ähnelt einer Methode, aber er gibt keinen Wert zurück, auch kein void. Mit new AndereKlasse(42) wird der Konstruktor aufgerufen und ein Objekt erzeugt.

Die Grundidee der objektorientierten Programmierung ist, Daten und zugehörige Funktionen möglichst eng in einem Objekt zusammenzufassen und nach außen zu kapseln. Dabei hilft private. Es ist der restriktivste Zugriffsmodifizierer und verbietet jeglichen Zugriff von außerhalb der Klasse. Auf eine private Variable kann nur die Klasse selbst zugreifen. Du schreibst zum Beispiel private int x, y; in die Klasse.

Klassenvariablen werden üblicherweise als private deklariert. Von außen verändert man sie meist über passende Methoden, die Getter und Setter heißen. Als bewährte Regel gilt „so streng wie möglich, so freizügig wie nötig“. Im einfachsten Fall verwendest du private für Variablen und public für Methoden und Konstruktoren.

Syntaxfehler sind Verstöße gegen die grammatischen Regeln der Programmiersprache. Beispiele sind fehlende Klammern, Typkonflikte, eine falsche Anzahl von Parametern oder ein vergessenes Semikolon. Syntaxfehler verhindern in der Regel die Kompilierung des Programms. Darum werden sie frühzeitig erkannt.

Logische Fehler bestehen in einem im Detail falschen Problemlösungsansatz. Ursache kann ein Fehlschluss, eine falsch verstandene Aufgabe oder einfach ein Versehen oder Schreibfehler sein. Beispiele sind plus statt minus oder kleiner statt kleiner/gleich. Bei plus statt minus ist die Grammatik in Ordnung, nur die Idee dahinter stimmt nicht. Das Programm liefert dann fehlerhafte Ergebnisse.

Ein typischer Fehler bei if zeigt, wie genau du lesen musst: Ohne geschweifte Klammern gehört nur eine Anweisung zum if. Im Beispiel unten wird System.exit(0); deshalb immer ausgeführt, weil kein Block gebildet wurde.

Bei der Suche nach den Ursachen von Fehlern helfen Debugger. Mit ihnen kannst du ein Programm Schritt für Schritt ausführen und kontrollieren.