20-java.md

titel	Struktogramm und Code
bereich	Vom Struktogramm zum Code
kurz	Alle Elemente in Java auf einen Blick, Code erzeugen, im Bereich Programmieren Java schreiben, ausführen und Fehler suchen.

Diese Kompetenzen erwerbe ich jetzt

::: kompetenzen

• die Code-Ansicht öffnen und Java als Sprache wählen
• Ausgabe, Eingabe, Verzweigung und Schleifen in Java erkennen
• den Unterschied zwischen Snippet und Class erklären
• ein kurzes Java-Programm als Struktogramm nachbauen
• im Bereich Programmieren Java tippen und das entstehende Struktogramm lesen
• ein Programm mit ▶︎ ausführen und Ein- und Ausgaben in der Konsole nutzen
• Haltepunkte setzen und ein Programm im Einzelschritt verfolgen :::

Die Code-Ansicht

In den Lektionen 4 bis 19 hast du jedes Element schon einmal in Java geschrieben. Hier siehst du alles auf einen Blick und lernst, wie VisuStruct aus einem ganzen Struktogramm ein Java-Programm macht.

Ein Struktogramm beschreibt einen Ablauf. Damit ein Computer ihn ausführt, brauchst du ein Programm in einer Programmiersprache. VisuStruct schreibt diesen Code für dich.

Klicke bei den Werkzeugen auf Code (Symbol mit spitzen Klammern). Rechts erscheint der Code-Generator:

• Oben wählst du die Sprache: Java, Python oder JavaScript.
• Bei Java wählst du zusätzlich Snippet (nur die Anweisungen) oder Class (eine vollständige Java-Datei).
• Diagramm-Text als Kommentare schreibt den Text jedes Kastens als Kommentar über den Code.
• Kopieren legt den Code in die Zwischenablage, Java speichern … speichert eine .java-Datei.

Der Code ändert sich sofort mit, wenn du am Struktogramm etwas änderst.

::: angeberwissen Nassi hat später an der Programmiersprache Ada mitgearbeitet und war bei Apple für Software zuständig. Wer Struktogramme erfindet, landet also nicht im Ziegenstall, sondern bei Apple. :::

::: diagramm l17-beispiel.visustruct Ein kleines Programm mit Eingabe, For-Schleife und Verzweigung. Öffne es und schau dir den Java-Code dazu an. :::

So sieht das Beispiel in Java aus

Für das Diagramm oben erzeugt VisuStruct als Snippet diesen Code:

// import java.util.Scanner;
Scanner scanner = new Scanner(System.in);

System.out.println("Welche Reihe?");
int zahl = scanner.nextInt();
for (int i = 1; i <= 3; i++) {
    int ergebnis = zahl * i;
    System.out.println(i + " mal " + zahl + " = " + ergebnis);
}
if (zahl > 10) {
    System.out.println("Das war schwer!");
} else {
    System.out.println("Das war leicht.");
}

Jede Anweisung endet in Java mit einem Semikolon ;. Was in einem Kasten steht, steht in Java in geschweiften Klammern { }. Die Einrückung zeigt dir, was zusammengehört.

Die Elemente in Java

Element	Java	Lektion
Anweisung	int summe = 0;	4, 5
Ausgabe	System.out.println(summe);	6
Eingabe	int zahl = scanner.nextInt();	6
Verzweigung	if (bedingung) { … } else { … }	8, 9
Fallauswahl	switch (wert) { case 1 -> { … } default -> { … } }	10
While-Schleife	while (bedingung) { … }	11
Do-while-Schleife	do { … } while (bedingung);	12
For-Schleife	for (int i = 0; i < 5; i++) { … }	13
Endlosschleife	while (true) { … }	11, 18
Aussprung	break;	18
Aufruf	berechne();	18
Array	int[] zahlen = new int[5];	15, 16
Text (String)	String name = scanner.next();	17

Für Eingaben steht ganz oben einmal import java.util.Scanner; und Scanner scanner = new Scanner(System.in);. Vor jeder Eingabe gibt VisuStruct die Frage mit System.out.println(…) aus.

Ist der Nein-Zweig einer Verzweigung leer, erzeugt VisuStruct trotzdem einen else-Teil, in dem nur der Kommentar // empty element steht. Wenn du Leeren else-Zweig im Code ausgeben ausschaltest, fällt der leere else-Teil weg.

Snippet oder Class

Ein Snippet kannst du in ein vorhandenes Java-Programm in die main-Methode einfügen. Mit Class bekommst du eine vollständige Datei, die du sofort übersetzen und starten kannst:

import java.util.Scanner;

public class Einmaleins {
    public static void main(String[] args) {
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);

        System.out.println("Welche Reihe?");
        int zahl = scanner.nextInt();
        ...
    } // Ende main
} // Ende Klasse

Die Kommentare // Ende main und // Ende Klasse hinter den letzten beiden Klammern sind nicht nötig, aber sehr hilfreich: So siehst du sofort, welche Klammer was schließt, und vergisst keine.

Der Name der Klasse kommt aus dem Titel des Diagramms. Die Datei muss genauso heißen, hier also Einmaleins.java. Das erledigt Java speichern … für dich.

Der erzeugte Code ist ein guter Anfang, aber prüfe ihn. Legst du eine Variable zuerst an und liest sie später mit einer Eingabe neu ein, schreibt VisuStruct trotzdem int pin = scanner.nextInt();. Java meldet dann, dass es pin schon gibt. Lösche in dieser Zeile einfach das int.

::: angeberwissen Jede übersetzte Java-Datei (.class) beginnt mit denselben vier Bytes, in Hexadezimal geschrieben: CA FE BA BE. Daran erkennt der Computer, dass es Java ist. Das „Kaffee-Baby“ hat sich James Gosling ausgedacht, passend zum Kaffee im Namen. :::

Der Java-Sprachmodus

Unter dem Zahnrad oben rechts kannst du Code-Keywords einschalten. Dann heißen die Bausteine im Bereich Elemente so wie die Befehle in Java: if, switch, for, while, do, while(true), break und call. Die übrige Oberfläche bleibt in deiner Sprache.

Das hilft dir, die Kästen und die Java-Befehle einander zuzuordnen. Dein Diagramm selbst bleibt dabei unverändert.

Java direkt schreiben

Bisher hast du zuerst das Struktogramm gezeichnet und dann den Code angesehen. Im Bereich Programmieren geht es auch andersherum. Klicke rechts auf die schmale Leiste Programmieren. Neben dem Struktogramm erscheint eine Spalte, in die du Java selbst tippst.

• Struktogramm zu Code: Änderst du etwas im Struktogramm, ändert sich der Java-Code sofort mit.
• Code zu Struktogramm: Tippst du Java, baut VisuStruct beim Tippen das Struktogramm dazu. Fehlt noch etwas, zum Beispiel eine schließende Klammer }, steht unter dem Code ein Hinweis.
• Vorschläge: Beim Tippen schlägt VisuStruct Vorlagen vor, etwa für if, for oder while. Mit der Eingabetaste übernimmst du eine Vorlage. Grau geschriebene Platzhalter ersetzt du einfach durch deinen Text.
• Einrücken: Ist dein Code durcheinandergeraten, klicke oben im Bereich Programmieren auf den Knopf Einrücken. Jede Ebene steht dann vier Leerzeichen tiefer, wie in Eclipse oder IntelliJ. Hast du Zeilen markiert, rückt VisuStruct nur diese ein.

So kannst du beide Wege ausprobieren. Erst das Struktogramm zeichnen ist gut, um einen Ablauf zu planen. Direkt Code schreiben ist schneller, wenn du schon weißt, was du willst. Das Struktogramm hilft dir dann, deinen Code zu kontrollieren.

Das Programm ausführen

Oben im Bereich Programmieren startet ▶︎ Ausführen dein Programm, ■ Stopp bricht es ab, zum Beispiel bei einer Endlosschleife. Was dein Programm ausgibt, erscheint unten in der Konsole. Fragt es nach einer Eingabe, tippst du sie dort ein und drückst die Eingabetaste.

Die Grenze zwischen Code und Konsole kannst du mit der Maus nach oben oder unten ziehen.

Der Bereich Programmieren versteht die Java-Befehle, die es auch als Kasten im Struktogramm gibt. Eigene Klassen und Objekte kennt es noch nicht. Fenster mit Swing gehen trotzdem: Schalte dafür im Zahnrad Echtes Java (mit Swing) ein (Lektion „Dein erstes Fenster“).

::: angeberwissen Profis nennen ein Programm, in dem man Code schreibt, ausführt und Fehler sucht, eine IDE (Integrated Development Environment). Mit dem Bereich Programmieren ist VisuStruct eine kleine IDE mit eingebautem Struktogramm. :::

Fehler suchen mit dem Debugger

Manchmal läuft ein Programm, rechnet aber falsch. Dann hilft der Debugger: Er führt dein Programm langsam aus, und du schaust ihm dabei zu.

• Haltepunkt: Klicke links auf eine Zeilennummer. Ein roter Punkt erscheint. ▶︎ Ausführen hält vor dieser Zeile an. Ein zweiter Klick nimmt den Punkt wieder weg.
• Gelbe Zeile: Sie wird als Nächstes ausgeführt. Im Struktogramm ist der passende Kasten markiert.
• Variablen: Unter dem Code steht, welchen Wert jede Variable gerade hat. Was sich seit dem letzten Anhalten geändert hat, leuchtet kurz gelb.
• Einzelschritt: Der Knopf Einzelschritt neben ▶︎ führt genau eine Zeile aus und hält wieder an. Ohne Haltepunkt startet er das Programm und hält vor der ersten Zeile.
• Weiter: ▶︎ läuft bis zum nächsten Haltepunkt oder bis zum Ende. ■ Stopp bricht ab.

Probier es mit diesem Programm aus. Setze einen Haltepunkt in Zeile 3 und drücke mehrmals ▶︎. Wie wachsen i und summe?

int summe = 0;
for (int i = 1; i <= 4; i++) {
    summe = summe + i;
}
System.out.println("Summe: " + summe);

::: ludwig Das ist ein Schreibtischtest, nur dass der Computer für dich mitschreibt. Überleg dir vor jedem Schritt, welchen Wert die Variable gleich haben müsste. Stimmt die Tabelle nicht mit deiner Vermutung überein, hast du die Stelle mit dem Fehler gefunden. :::

Übung: Erst Code, dann Struktogramm

Diesmal zeichnest du nicht. Öffne den Bereich Programmieren und tippe diesen Java-Code ab:

System.out.println("Startzahl?");
int zahl = scanner.nextInt();
while (zahl > 0) {
    System.out.println(zahl);
    zahl = zahl - 1;
}
System.out.println("Start!");

::: übung l20-countdown titel: Countdown auftrag: Tippe den Java-Code oben im Bereich Programmieren ab. Führe ihn mit ▶︎ aus und gib in der Konsole eine Startzahl ein. Sieh dir dann das Struktogramm an, das dabei entstanden ist, und klicke auf Prüfen. test: 3 -> 3 | 2 | 1 | Start! test: 1 -> 1 | Start! test: 0 -> Start! braucht: whileSchleife tipp: Öffne den Bereich Programmieren mit der schmalen Leiste ganz rechts und tippe einfach los. tipp: Achte auf das Semikolon am Ende jeder Anweisung und auf die geschweiften Klammern der While-Schleife. Unter dem Code steht ein Hinweis, wenn noch etwas fehlt. lösung: l20-countdown-loesung.visustruct :::

Übung: Java als Struktogramm

Jetzt andersherum: Hier ist ein Stück Java-Code. Baue es als Struktogramm nach.

System.out.println("Zahl eingeben");
int n = scanner.nextInt();
int fakultaet = 1;
for (int i = 1; i <= n; i++) {
    fakultaet = fakultaet * i;
}
System.out.println(fakultaet);

::: übung l17-fakultaet titel: Fakultät aus Java auftrag: Baue den Java-Code oben als Struktogramm nach. Das Programm liest eine Zahl n ein und gibt das Produkt 1 · 2 · … · n aus. Kontrolliere am Ende in der Code-Ansicht, ob dein Java-Code genauso aussieht. test: 3 -> 6 test: 5 -> 120 test: 1 -> 1 braucht: forSchleife tipp: Lies den Java-Code Zeile für Zeile und überlege, welcher Kasten zu jeder Zeile passt. tipp: Die beiden ersten Java-Zeilen sind zusammen eine einzige Eingabe: input: int n "Zahl eingeben". Die For-Schleife hat die drei Felder int i = 1, i <= n und i++. lösung: l17-fakultaet-loesung.visustruct :::

Übung: else if

In Java schreibt man mehrere Fälle oft als else if:

if (alter < 6) {
    System.out.println("Eintritt frei");
} else if (alter < 18) {
    System.out.println("Kinderticket: 4 Euro");
} else {
    System.out.println("Erwachsenenticket: 8 Euro");
}

Im Struktogramm gibt es kein else if. Dort steckt eine zweite Verzweigung im Nein-Zweig der ersten. Steht im Nein-Zweig nur diese eine Verzweigung, macht VisuStruct beim Erzeugen des Codes daraus wieder else if, in Python elif.

::: übung l17-ticket titel: Ticketpreis auftrag: Frage nach dem Alter als ganze Zahl und baue den Java-Code oben als Struktogramm nach. test: 5 -> Eintritt frei test: 6 -> Kinderticket: 4 Euro test: 17 -> Kinderticket: 4 Euro test: 18 -> Erwachsenenticket: 8 Euro braucht: verzweigung tipp: Im Java-Code steckt in einem else ein weiteres if. Im Struktogramm ist das eine Verzweigung in einem Zweig. tipp: Ziehe in den false-Zweig der ersten Verzweigung eine zweite Verzweigung mit der Bedingung alter < 18. lösung: l17-ticket-loesung.visustruct :::

Spiel: Welcher Kasten?

::: spiel frage titel: Spiel: Welcher Kasten? intro: Ludwig zeigt dir Java. Welcher Kasten aus dem Struktogramm steckt dahinter? Acht Runden. frage: Welcher Kasten ist das?

runde: do { zahl = zahl * 2; } while (zahl < 100);

• While-Schleife
• Do-while-Schleife
• For-Schleife

Die Bedingung steht unten. Der Rumpf läuft also mindestens einmal.

runde: switch (wahl) { case 1 -> { System.out.println("Wasser"); } default -> { System.out.println("Gibt es nicht."); } }

• Verzweigung
• Fallauswahl
• Aufruf

Eine Variable wird mit festen Werten verglichen: Das ist die Fallauswahl.

runde: break;

• Aufruf
• Endlosschleife
• Aussprung

break verlässt sofort die Schleife, in der es steht.

runde: berechne();

• Aufruf
• Ausgabe
• Anweisung

Name mit runden Klammern: Hier wird ein Unterprogramm aufgerufen.

runde: int zahl = scanner.nextInt();

• Ausgabe
• Eingabe
• Aufruf

Der Scanner liest einen Wert ein. Das ist eine Eingabe.

runde: while (true) { System.out.println("Hallo"); }

• While-Schleife mit Bedingung
• Endlosschleife
• Do-while-Schleife

while (true) hat keine echte Bedingung. Nur ein break könnte sie beenden.

runde: frage: Du willst eine vollständige Java-Datei, die du sofort übersetzen und starten kannst. Was wählst du in der Code-Ansicht?

• Snippet
• Class

Ein Snippet sind nur die Anweisungen für die main-Methode. Class erzeugt die ganze Datei.

runde: frage: Im Debugger ist eine Zeile gelb. Was bedeutet das?

• Sie hat einen Fehler.
• Sie wird als Nächstes ausgeführt.
• Dort steht ein Haltepunkt.

Gelb ist die nächste Zeile. Ein Haltepunkt ist ein roter Punkt an der Zeilennummer. :::

Checkliste

Schätze dich bei jedem Punkt ehrlich ein: ☂️ noch nicht, ⛅ teilweise, ☀️ kann ich sicher. Bei ⛅ und ☂️ hilft dir Nachlesen. Danach kommt der Wissenstest. Er zeigt dir, ob deine Einschätzung stimmt.

::: checkliste

• Ich kann die Code-Ansicht öffnen und Java als Sprache wählen. → Die Code-Ansicht
• Ich kann Ausgabe, Eingabe, Verzweigung und Schleifen in Java erkennen. → Die Elemente in Java
• Ich kann den Unterschied zwischen Snippet und Class erklären. → Snippet oder Class
• Ich kann ein kurzes Java-Programm als Struktogramm nachbauen. → Übung: Java als Struktogramm
• Ich kann im Bereich Programmieren Java tippen und das entstehende Struktogramm lesen. → Java direkt schreiben
• Ich kann ein Programm mit ▶︎ ausführen und Ein- und Ausgaben in der Konsole nutzen. → Das Programm ausführen
• Ich kann Haltepunkte setzen und ein Programm im Einzelschritt verfolgen. → Fehler suchen mit dem Debugger :::

Wissenstest

::: quiz ? Wie sieht output: "Hallo" in Java aus? → Die Elemente in Java

• print("Hallo")
• System.out.println("Hallo");
• console.log("Hallo");

print ist Python, console.log ist JavaScript.

? Woher kommt der Klassenname bei Class? → Snippet oder Class

• Er heißt immer Main.
• Aus dem Titel des Diagramms
• Aus dem ersten Kasten

Ohne Titel heißt die Klasse Main.

? Welcher Java-Code gehört zu einer Do-while-Schleife? → Die Elemente in Java

• while (bedingung) { … }
• do { … } while (bedingung);
• for (;;) { … }

Bei do-while steht die Bedingung am Ende, deshalb läuft der Rumpf mindestens einmal.

? Was wird aus einem Aussprung im Java-Code? → Die Elemente in Java

• break;
• return;
• exit();

? Was passiert an einem roten Punkt vor der Zeilennummer? → Fehler suchen mit dem Debugger

• Die Zeile wird übersprungen.
• Das Programm hält vor dieser Zeile an.
• Die Zeile enthält einen Fehler.

Das ist ein Haltepunkt. Danach geht es mit ▶︎ oder dem Einzelschritt weiter. :::