2.3 Datentypen

Java nutzt, wie es für imperative Programmiersprachen typisch ist, Variablen zum Ablegen von Daten. Eine Variable ist ein reservierter Speicherbereich und belegt – abhängig vom Inhalt – eine feste Anzahl von Bytes. Alle Variablen (und auch Ausdrücke) haben einen Typ, der zur Übersetzungszeit bekannt ist. Der Typ wird auch Datentyp genannt, da eine Variable einen Datenwert, auch Datum genannt, enthält. Beispiele für einfache Datentypen sind: Ganzzahlen, Fließkommazahlen, Wahrheitswerte und Zeichen. Der Typ bestimmt auch die zulässigen Operationen, denn Wahrheitswerte lassen sich nicht addieren, Ganzzahlen schon. Dagegen lassen sich Fließkommazahlen addieren, aber nicht Xor-verknüpfen. Da jede Variable einen vom Programmierer vorgegebenen festen Datentyp hat, dieser sich später nicht mehr ändern lässt und Java stark darauf achtet, welche Operationen erlaubt sind, zählt Java zu den streng typisierten Sprachen. [Im Gegensatz dazu steht Smalltalk. In Smalltalk ist zuerst einmal alles ein Objekt, und diese Objekte haben keinen Typ. Die Operationen werden erst zur Laufzeit an die Objekte gebunden. ]

Primitiv- oder Verweis-Typ

Die Datentypen in Java zerfallen in zwei Kategorien: primitive Typen und Referenztypen. Die einfachen Typen sind die eingebauten Datentypen, die nicht als Objekte verwaltet werden. Referenztypen gibt es in drei Ausführungen: Klassen-Typen, Schnittstellen-Typen (auch Interface-Typen genannt ) und Feld-Typen (auch Array-Typen genannt).

Warum Sun sich für diese Teilung entschieden hat, lässt sich mit zwei Gründen erklären:

• Zur Einführungszeit von Java kannten viele Programmierer die Syntax und Semantik von C(++) und ähnlichen imperativen Programmiersprachen. Zur neuen Sprache Java zu wechseln, fiel dadurch leichter, und es half, sich sofort auf der Insel zurechtzufinden. (Es gibt aber auch Programmiersprachen wie Smalltalk, die keine primitiven Datentypen besitzen.)

• Der andere Grund ist die Tatsache, dass häufig vorkommende elementare Rechenoperationen schnell durchgeführt werden müssen und bei einem einfachen Typ leicht Optimierungen durchzuführen sind.

Wir werden uns im Folgenden erst mit primitiven Datentypen beschäftigen. Referenzen werden nur dann eingesetzt, wenn Objekte ins Spiel kommen. Die nehmen wir uns in Kapitel 3 vor.

2.3.1 Primitive Datentypen im Überblick

In Java gibt es zwei Arten eingebauter Datentypen:

• arithmetische Typen (ganze Zahlen – auch integrale Typen genannt –, Gleitkommazahlen nach IEEE 754, Unicode-Zeichen)

• Wahrheitswerte für die Zustände wahr und falsch

Strings werden bevorzugt behandelt, sind aber lediglich Verweise auf Objekte. Die folgende Tabelle vermittelt dazu einen Überblick. Anschließend betrachten wir jeden Datentyp präziser.

Für float und double ist das Vorzeichen nicht angegeben, da die kleinsten und größten darstellbaren Zahlen sowohl positiv wie auch negativ sein können. Mit anderen Worten: Die Wertebereiche unterscheiden sich – anders als etwa bei int – nicht in Abhängigkeit vom Vorzeichen. Genau genommen gibt es in Java keine negativen Zahlen-Literale; bei einer Zahl wie –1.2 oder –1 ist das Minus der unäre Operator und gehört nicht zur Zahl.

Zwei wesentliche Punkte zeichnen die primitiven Datentypen aus:

• Alle Datentypen haben eine festgesetzte Länge, die sich unter keinen Umständen ändert. Der Nachteil, dass sich bei einigen Hochsprachen die Länge eines Datentyps ändern kann, besteht in Java nicht. In den Sprachen C(++) bleibt dies immer unsicher, und die Umstellung auf 64-Bit-Maschinen bringt viele Probleme mit sich. Bei der Betrachtung der Auflistung fällt auf, dass char 16 Bit lang ist.

• Die numerischen Datentypen byte, short, int und long sind vorzeichenbehaftet, Fließkommazahlen sowieso. Dies ist leider nicht immer praktisch, aber wir müssen stets daran denken. Probleme gibt es, wenn wir einem Byte zum Beispiel den Wert 240 zuweisen wollen, denn der Wertebereich ist –128 bis 127. Ein char ist im Prinzip ein vorzeichenloser Ganzzahltyp.

System.out.println( Byte.MIN_VALUE );       // –128 
System.out.println( Byte.MAX_VALUE );       // 127 
System.out.println( Character.MIN_VALUE );  // char '\u0000' 
System.out.println( Character.MAX_VALUE );  // char '\uFFFF' 
System.out.println( Double.MIN_VALUE );     // 4.9E-324 
System.out.println( Double.MAX_VALUE );     // 1.7976931348623157E308

2.3.2 Wahrheitswerte

Der Datentyp boolean beschreibt einen Wahrheitswert, der entweder true oder false ist. Die Zeichenketten true und false sind reservierte Wörter und bilden neben konstanten Strings und primitiven Datentypen so genannte Literale. Kein anderer Wert ist für Wahrheitswerte möglich, insbesondere werden numerische Werte nicht als Wahrheitswerte interpretiert.

Der Boolesche Typ wird beispielsweise bei Bedingungen, Verzweigungen oder Schleifen benötigt.

2.3.3 Variablendeklarationen

Mit Variablen lassen sich Daten speichern, die vom Programm gelesen und geschrieben werden können. Um Variablen zu nutzen, müssen sie deklariert (definiert [In C(++) bedeuten Definition und Deklaration etwas Verschiedenes. In Java kennen wir diesen Unterschied nicht und betrachten daher beide Begriffe als gleichwertig. Die Spezifikation spricht nur von Deklarationen. ] ) werden. Die Schreibweise einer Variablendeklaration ist immer die gleiche: Hinter dem Typnamen folgt der Name der Variablen. Sie ist eine Anweisung und wird daher mit einem Semikolon abgeschlossen. [Eine Software wie Mathematica warnt vor Variablen mit fast identischem Namen. ] In Java kennt der Compiler von jeder Variablen und jedem Ausdruck genau den Typ.

int counter;                 // Zähler 
double income;               // Einkommen 
char c;                      // Für ein Zeichen 
boolean isDefined;           // Ist was definiert?

Eine Variablen-Deklaration kann in jeden Block geschrieben werden.

Der Typname ist entweder ein einfacher Typ (wie int) oder ein Referenztyp. Viel schwieriger ist eine Deklaration nicht – kryptische Angaben wie in C gibt es in Java nicht. [Das ist natürlich eine Anspielung auf C, in dem Deklarationen wie char (*(*a[2])())[2] möglich sind. Gut, dass es mit cdel ein Programm zum »Vorlesen« solcher Definitionen gibt. ] Ein Variablenname (der dann Bezeichner ist) kann alle Buchstaben und Ziffern des Unicode-Zeichensatzes beinhalten, mit der Ausnahme, dass am Anfang einer Zeichenkette keine Ziffer stehen darf. Auch darf der Bezeichnername mit keinem reservierten Schlüsselwort identisch sein.

Den Variablen kann gleich bei der Deklaration ein Wert zugewiesen werden. Hinter einem Gleichheitszeichen steht der Wert, der oft ein Literal ist. Eine Zuweisung gilt nur für immer genau eine Variable.

int age = 33;                   // Alter 
double bodyHeight  = 183;       // Körpergröße 
boolean vegetarian = true;      // Vegetarier?

Werden mehrere Variablen gleichen Typs bestimmt, so trennt sie ein Komma.

double x, y, 
       bodyHeight = 183;

Beispiel zur Variablendeklaration, -initialisierung und -ausgabe

Schreiben wir ein einfaches Programm, das zwei Variablen deklariert und zuweist. Die Variablenbelegung erscheint anschließend auf dem Bildschirm.

Listing 2.4 FirstVariable.java

public class FirstVariable 
{ 
  public static void main( String[] args ) 
  { 
    boolean hasVisitors; 
    hasVisitors = true; 
    int numberOfPersons = 102220; 
 
    System.out.print( "Sind Personen in der Disko? " ); 
    System.out.println( hasVisitors ); 
    System.out.println( "Wie viele? " + numberOfPersons ); 
  } 
}

Die Zeile hasVisitors = true ist eine Zuweisung – und somit ein Ausdruck, da sie einen Wert liefert –, die die Variable hasVisitors mit einem Wert initialisiert. Auch sie ist eine Anweisung und wird daher mit einem Semikolon abgeschlossen. Steht auf der rechten Seite keine Variable, so steht dort ein Literal, eine Konstante, wie in unserem Fall true, oder eine Verknüpfung mit einem Operator. Wir erwähnten bereits, dass es für Wahrheitswerte nur die Literale true und false gibt.

Sichtbarkeit und Gültigkeitsbereich

In jedem Block und auch in jeder Klasse [Die so genannten Objektvariablen oder Klassenvariablen, doch dazu später mehr. ] können Variablen deklariert werden. Jede Variable hat einen Geltungsbereich (engl. scope), auch Gültigkeitsbereich beziehungsweise Lebensdauer genannt. Sie ist nur in dem Block »lebendig«, in dem sie deklariert wurde. In dem Block ist die Variable lokal. Dazu ein Beispiel:

public static void main( String[] args ) 
{ 
  int i; 
  { 
    int j;                // j gilt nur in dem Block 
    j = 1; 
  } 
//  j = 2;                // j gibt es hier nicht mehr! 
} 
static void foo() 
{ 
  int i, k;               // i hat mit oberem i nichts zu tun 
  { 
//    int k;              // Das würde nicht gehen! 
  } 
}

Zu jeder Zeit können Blöcke aufgebaut werden. Außerhalb des Blocks sind deklarierte Variablen nicht sichtbar. Nach Abschluss des inneren Blocks, der j deklariert, ist ein Zugriff auf j nicht mehr möglich; auf i ist der Zugriff weiterhin erlaubt.

Innerhalb eines Blocks können Variablennamen nicht genauso gewählt werden wie Namen lokaler Variablen eines äußeren Blocks oder wie die Namen für die Parameter einer Funktion. Das zeigt zum Beispiel die Deklaration der Variablen k. Obwohl andere Programmiersprachen das erlauben, haben sich die Java-Sprachentwickler dagegen entschieden, um Fehlerquellen zu vermeiden.

Initialisierung von lokalen Variablen

Die Laufzeitumgebung – beziehungsweise der Compiler – initialisiert lokale Variablen nicht automatisch mit einem Nullwert. Vor dem Lesen müssen sie von Hand initialisiert werden. [Anders ist das bei Objektvariablen (und statischen Variablen sowie Feldern). Sie sind standardmäßig mit null (Referenzen), 0 (bei Zahlen) oder false belegt. ]

public static void main( String[] args ) 
{ 
  int nene, williWurm; 
  System.out.println( nene );     // Compilerfehler 
  nene = 0; 
  if ( nene == 1 ) 
    williWurm = 2; 
  System.out.println( williWurm ); // Compilerfehler 
}

Die beiden lokalen Variablen nene und williWurm werden nicht automatisch mit null initialisiert, und so kommt es bei der versuchten Ausgabe von nene zu einem Compilerfehler, da ein Lesezugriff nötig ist, aber vorher noch kein Schreibzugriff stattfand. Erst die nächste Zeile mit nene = 0 ist in Ordnung.

Weil Zuweisungen in bedingten Anweisungen nicht immer ausgeführt werden, meldet der Compiler auch einen Fehler, wenn er sich vorstellen kann, dass es einen Programmfluss ohne die Zuweisung gibt. Da williWurm nur nach der if-Abfrage auf den Wert 2 gesetzt wird, wäre nur unter der Bedingung nene gleich 1 ein Schreibzugriff auf williWurm erfolgt und ein folgender Lesezugriff möglich. Doch da der Compiler annimmt, dass es andere Fälle geben kann, wäre ein Zugriff auf eine nicht initialisierte Variable ein Fehler.

Gute Namen, schlechte Namen

Zwei Variablen ähnlicher Schreibweise, etwa counter und counters, führen schnell zu Verwirrung. Auch 0 und O und 1 und l sind leicht zu verwechseln. Als Programmierer sollten wir uns konsistent an ein Namensschema halten. Auch sollten wir korrekt schreiben und auf Rechtschreibfehler achten, denn leicht wird aus necessaryConnection dann nesesarryConnection. Gültig – aber böse – ist auch:

int ínt, ìnt, înt; 
boolean bôõleañ;

Auch Unicode-Sequenzen können vom Programmierer überall im Programm aufgenommen werden. Bei folgenden Deklarationen sind die Bezeichnernamen daher gleich:

double übelkübel; 
double \u00FCbelk\u00FCbel;

Die Kombination »rn« ist schwer zu lesen und je nach Zeichensatz leicht mit »m« zu verwechseln. Abstrakte Bezeichner sind zu vermeiden. Eine gemeine Idee ist auch folgende:

boolean FALSE = true; 
boolean TRUE  = false;

Im Programmcode wird dann mit FALSE und TRUE gearbeitet. Einer der obersten Plätze bei den verpfuschtesten Java-Programmen ist uns gewiss ...

2.3.4 Ganzzahlige Datentypen

Java stellt vier ganzzahlige Datentypen zur Verfügung: byte, short, int und long. Sie unterscheiden sich nur in der Länge, die jeweils 1, 2, 4 und 8 Byte umfasst. Die definierte Länge ist eine wesentliche Eigenschaft von Java. Ganzzahlige Typen (mit der Ausnahme von char) sind in Java immer vorzeichenbehaftet; einen Modifizierer unsigned wie in C(++) gibt es nicht. [In Java bilden long und short einen eigenen Datentyp. Sie dienen nicht wie in C(++) als Modifizierer. Eine Deklaration wie long int ist also falsch. Auf den iSeries-Servern von IBM – früher AS/400 – gibt es auch einen Datentyp unsigned long long int. ]

byte b = –12; 
int  i = 1243, j = 01230, k = 0xcafebabe;

Negative Zahlen werden durch Voranstellen eines Minuszeichens gebildet. Ein Pluszeichen für positive Zeichen ist möglich.

Das hexadezimale und das oktale Zahlensystem

Die Literale für Ganzzahlen lassen sich in drei unterschiedlichen Zahlensystemen angeben. Das natürlichste ist das Dezimalsystem, wie das Beispiel an der Variablen i zeigt. Die Literale bestehen aus den Ziffern »0« bis »9«. Zusätzlich existieren die Oktal- und die Hexadezimalform, die die Zahlen zur Basis 8 und 16 schreiben.

• Ein oktaler Wert beginnt mit dem Präfix »0«. Mit der Basis 8 werden nur die Ziffern »0« bis »7« für oktale Werte benötigt. Der Name stammt aus dem lateinischen »octa«, was auf Deutsch »acht« heißt. Das Oktalsystem war früher eine verbreitete Darstellung, da nicht mehr einzelne Bits solo betrachtet werden mussten, sondern 3 Bits zu einer Gruppe zusammengefasst wurden. In der Kommunikationselektronik ist das Oktalsystem noch weiterhin beliebt.

• Ein hexadezimaler Wert beginnt mit »0x«. Da zehn Ziffern für 16 hexadezimale Zahlen nicht ausreichen, besteht eine Zahl zur Basis 16 zusätzlich aus den Buchstaben »a« bis »f« (beziehungsweise »A« bis »F«). Das Hexadezimalsystem heißt auch Sedezimalsystem.

Für Dualzahlen (also Binärzahlen zur Basis 2) gibt es keine Notation.

int i = 118; 
int j = 012;        // Oktal 012 ist dezimal 10

Der Datentyp long

Ein Literal für Ganzzahlen doppelter Größe wird mit einem »l« oder »L« am Ende versehen.

long l = 123456789098L, m = –1L, n = 0xC0B0L;

Betrachten wir folgende Zeile, so ist auf den ersten Blick kein Fehler zu erkennen:

System.out.println( 123456789012345 );

Der Übersetzungsvorgang fördert zu Tage, dass der Compiler ein Ganzzahlliteral ohne explizite Größenangabe als 32 Bit langes int annimmt. Obige Zeile führt daher zu einem Compilerfehler, da die Zahl nicht im Wertebereich von –2147483648 bis 2147483647 liegt. Java reserviert also nicht so viele Bit wie benötigt und wählt nicht automatisch den passenden Wertebereich. (Allerdings ist das Compilerverhalten verwirrend, denn bei der Anweisung byte b = 12; »denkt« der Compiler ja auch nicht, dass 12 ein int ist.)

Dass eine Zahl long ist, muss ausdrücklich angegeben werden. Um die Zahl 123456789012345 gültig ausgeben zu lassen, müssen wir Folgendes schreiben:

System.out.println( 123456789012345l );

Ersichtlich wird, dass ein kleines »l« sehr viel Ähnlichkeit mit der Ziffer Eins besitzt. Daher sollte bei Längenangaben immer ein großes »L« hinten angestellt werden:

System.out.println( 123456789012345L );

System.out.println( 123456789 + 5432l );

2.3.5 Die Fließkommazahlen float und double

Java unterscheidet mit den Datentypen float und double Fließkommazahlen einfacher und erhöhter Genauigkeit. Die Datentypen sind im IEEE-754-Standard beschrieben und haben eine Länge von 4 Byte für float und 8 Byte für double.

Zur Darstellung der Fließkomma-Literale gibt es zwei Notationen: Standard und wissenschaftlich. Egal ob die Standardnotation oder die wissenschaftliche verwenden Sie, die Literale bestehen aus einem Vorkommateil, einem Dezimalpunkt (kein Komma) und einem Nachkommateil. Ein Fließkomma-Literal muss keine Nachkommastellen besitzen, so dass auch Folgendes gültig ist:

double d = 10.0 + 20. + 30;

Wissenschaftliche Notation bei Fließkommazahlen

Die wissenschaftliche Notation ist eine Erweiterung der Standardnotation. Es folgt hinter den Nachkommastellen ein »E« (oder »e«) mit einem Exponenten zur Basis 10. Der Exponent kann entweder positiv oder negativ [LOGO verwendet für negative Exponenten den Buchstaben N anstelle des E. In Java bleibt das E mit einem folgenden unären Plus- oder Minuszeichen. ] sein, muss aber eine Ganzzahl sein. Die Tabelle stellt drei Beispiele zusammen:

Der Datentyp float

Standardmäßig sind die Literale vom Typ double. Ein nachgestelltes »f« (oder »F«) zeigt an, dass es sich um ein float handelt. Vorkommateil und Exponent dürfen durch die Vorzeichen »+« oder »–« eingeleitet werden.

double pi = 3.1415, klein = .001, x = 3.00e+8; 
float   y = 3.00E+8F;

Noch genauere Auflösung bei Fließkommazahlen

Einen höher auflösenden beziehungsweise präziseren Datentyp für Gleitkommazahlen als double gibt es nicht. Sun bietet für diese Aufgabe im Paket java.math die Klasse BigDecimal an, die in Kapitel 5 näher beschrieben ist. Das ist sinnvoll für Daten, die eine sehr gute Genauigkeit aufweisen sollen, wie zum Beispiel Währungen.

Einige Programmiersprachen besitzen für Währungen eingebaute Datentypen, wie LotusScript mit Currency, was mit acht Byte einen Wertebereich von 922 337 203 685 477,5807 bis 922 337 203 685 477,5807 abdeckt. Erstaunlicherweise gab es einmal in C# den Datentyp currency für ganzzahlige Währungen. CMS ist Vorreiter der Initiative »Weg mit den Cent« – doch dieser »Weg« wurde verlassen. In C# gibt es den Datentyp decimal, der mit 14 Byte auch genügend Präzision bietet, um eine Zahl wie 0,0000000000000000000000000001 auszudrücken.

System.out.println( 20000000000f == 20000000000f+1 );

2.3.6 Alphanumerische Zeichen

Der alphanumerische Datentyp char (von engl. character, Zeichen) ist 2 Byte groß und nimmt ein Unicode-Zeichen auf. Ein char ist nicht vorzeichenbehaftet. Die Literale für Zeichen werden in einfache Hochkommata gesetzt. Spracheinsteiger verwechseln häufig die einfachen Hochkommata mit den Anführungszeichen der Zeichenketten (Strings). Die einfache Merkregel: ein Zeichen – ein Hochkomma, mehrere Zeichen – zwei Hochkommata (Gänsefüßchen).

char   c = 'a'; 
String s = "Heut' schon gebeckert?";

Escape-Sequenzen/Fluchtsymbole

Für spezielle Zeichen stehen Escape-Sequenzen [Nicht alle aus C stammenden Escape-Sequenzen finden sich auch in Java wieder. Es gibt kein '\a' (Alert), '\v' (vertikaler Tabulator), '\?' (Fragezeichen) und kein '\x', was eine hexadezimale Zahl einleitet (dafür lässt sich in Java \uXXXX nutzen). ] zur Verfügung, die so nicht direkt als Zeichen dargestellt werden können.

char          a = 'a', 
    singlequote = '\'', 
        newline = '\n',

String s        = "Er fragte: \"Wer lispelt wie Katja Burkard?\""; 
String filename = "C:\\Dokumente\\Siemens\\Schweigegeld.doc";

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