Reguläre Ausdrücke: Grundlagen

Reguläre Ausdrücke (auf englisch Regular Expressions, oder kurz RegEx) sind ein ziemliches mächtiges Werkzeug, um mit Strings zu arbeiten. Allzuviele Grundlagen möchte ich jetzt allerdings nicht bringen, weil die verschiedenen Features in Pattern schon sehr übersichtlich aufgelistet sind. Ich erläutere es hier nur an einem Beispiel: Zahlen. Zahlen können in verschiedenen Formen vorhanden sein:
12
+12
12.0
Wir könnten natürlich noch 1.2E1 dazunehmen, aber das ist jetzt nicht, worauf es ankommt.
Zweck von RegEx ist es, von einem String herauszufinden, ob er eine bestimmte Form hat, oder wie ein Bestimmter Teil des Strings aussieht. Wie könnte man als RegEx darstellen, ob eine angegebene Zeichenkette eine Zahl darstellt?
Zuerst einmal das Vorzeichen: Das Vorzeichen kann + oder - sein, oder ganz fehlen:
[+-]?
Die eckigen Klammern geben an, dass eines der enthaltenen Zeichen folgt. Das Fragezeichen danach gibt an, dass der vorhergehende Ausdruck optional ist (genau ein- oder nullmal vorkommen kann).
Danach die Vorkommastellen:
\d+
\d ist die Menge aller Ziffern, das Pluszeichen gibt an, dass der vorige Ausdruck beliebig oft, aber mindestens einmal vorkommen kann. Vorher ist das Pluszeichen in einer Menge vorgekommen, dort verliert es seine Bedeutung
Die Nachkommastellen: Nachkommastellen müssen nicht vorhanden sein, aber wenn, es welche gibt, muss dem Dezimalpunkt mindestens eine Ziffer folgen:
(\.\d+)?
Die Klammern gruppieren den Punkt und die Nachkommastellen, denn es muss entweder beides oder keines geben. Der Backslash nimmt dem Punkt hier seine Bedeutung, denn normalerweise steht der Punkt für ein beliebiges Zeichen.

Der gesamte Ausdruck lautet also:
[+-]?\d+(\.\d+)?

Aber Achtung: um diesen Ausdruck in Java einzugeben, benötigt man

"[+-]?\\d+(\\.\\d+)?"

Der Backslash ist in Java nämlich, genau wie in RegEx, ein Escape-Zeichen. \n in einem Java-String steht für einen Zeilenumbruch, \\ steht für einen Backslash. Um also \. einzugeben, benötigt man \\.
Um in RegEx einen Backslash darzustellen, muss man \\ schreiben. aber um in Java \\ darzustellen, muss man \\\\ schreiben! Gefährlicher Stolperstein!

Um jetzt einfach nur festzustellen, ob ein String diesem RegEx entspricht, genügt die matches()-Methode der Klasse String. Außerdem Stellt String selbst noch weitere Methoden zur Verfügung, die mit regulären ausdrücken arbeiten:
replaceAll(String, String)
replaceFirst(String, String)
split(String)
split(String, int)

Die gleichen und noch viele weitere Möglichkeiten stehen mit Pattern und Matcher zur Verfügung. Aber das kommt erst nächstes Mal ;)

Programmier-Patterns: MVC

MVC ist die Abkürzung für Model-View-Controller. Ich mache es am Beispiel eines Schachspiels.

Das Konzept beim MVC-Pattern ist es, eine Aufgabe in 3 abgetrennte Teile zu packen:

Das Model ist der Hauptteil des Programms. Das Model ist für die Funktionalität zuständig. Beim Beispiel Schach wären das:

• die Figuren mit ihren Positionen und Zugmöglichkeiten.
• das Spiel mit allen Figuren. Das Spiel hätte auch die Aufgabe, festzustellen, ob jemand gewonnen hat.

Bei einem Programm, das sauber nach MVC entworfen ist, wäre das Modell alleine schon genug, um ein Schachspiel zu "spielen", also den Verlauf von Anfang bis Ende nachstellen zu können.

Ein echtes Spiel ist damit aber noch nicht möglich, weil Ein- und Ausgabe, egal in welcher Weise, strikt aus dem Modell herausgehalten werden. Das ist Sache der View. Es gibt ein Paar Beispiele wie eine View aussehen könnte:

• Kommandozeile: Die primitivste Form für eine View wäre Ein- und Ausgabe über die Eingabezeile. Obwohl das nicht grafisch ist, ist es immer noch die View, weil das Modell an sich keine Benutzerinteraktion enthält, auch wenn es nur über Text ist.
• Webinterface: Natürlich gibt es auch die Möglichkeit, dass das Modell auf einem Server läuft, und der User seine Züge über eine Website angibt und auch das Ergebnis sieht.
• GUI: Hier gibt es natürlich die verschiedensten Möglichkeiten: Eine Draufsicht auf ein Schachbrett sollte mit Swing nicht sehr schwer sein, ein 3D-Spielbrett erfordert dagegen natürlich mehr Aufwand.

Der dritte Teil, der Controller, ist am lockersten definiert. Der Controller ist die Verbindung, der Übersetzer, zwischen Model und View. Bei einem Webinterface wäre zum Beispiel der Controller dafür zuständig, die Requests des Clients in passender Form an das Model weiterzuleiten, und den Status des Models der View zu übergeben, in einer Form, die die View dann zu einer Seite verarbeiten kann.

GUIs in Java: Andere Layouts

Letztes mal haben wir ein bisschen mit Layouts gespielt, und dabei zwei BorderLayouts verwendet.

BorderLayout ist aber bei weitem nicht das letzte und mächtigste, das Java zu bieten hat:

FlowLayout:
FlowLayout kann man wirklich nicht als mächtig bezeichnen. Wichtig ist es allerdings, weil es das Standardlayout für Panels und Applets ist. Wenn in deinem Applet der Inhalt nur sehr klein erscheint, könnte es sein, dass du vergessen hast ein BorderLayout einzustellen. Denn das FlowLayout streckt den Inhalt nicht über den gesamten Component.
Alle Komponenten, die mit einem FlowLayout verwaltet werden (vergiss dabei nicht, dass das Layout immer auf einen Component angewendet wird, und diesem dann die Child-Components hinzugefügt werden), werden hintereinander in einer Zeile dargestellt. Ist die erste Zeile voll, wird in der nächsten weitergemacht.

Hier sieht man auch, wie die Zeilenhöhe zustandekommt: der höchste Component jeder Zeile bestimmt die Höhe der Zeile.

GridLayout:
GridLayout geht schon eher in die Richtung mächtig. GridLayout ermöglicht es, beliebig viele Komponenten in eine rechteckigen Gitter anzuordnen. Jeder Component erhält dabei genau gleich viel Platz.

Für dieses GridLayout wurden als Parameter als Zeilen- und Spaltenzahl 3 angegeben. Es hätte aber eine Angabe genügt (dafür nimmt man als den zweiten Parameter 0). Gibt man nur die Spaltenzahl an, wird die Zeilenzahl durch die Anzahl der Kind-Components bestimmt und andersherum.

BoxLayout:
BoxLayout hat Gemeinsamkeiten mit FlowLayout, ist aber um einiges nützlicher: In einem BoxLayout kann man die Komponenten in einer Zeile oder einer Spalte ausrichten.
In einem Spaltenorientierten BoxLayout hat jeder Component seine preferred height, und die breite wird (soweit möglich) an den breitesten component angepasst. In ähnlicher Art gilt das eben für zeilenorientierte BoxLayouts.

hier habe ich ein bisschen nachgeholfen. Das BoxLayout verwendet 3 Einstellungsmöglichkeiten eines Component: minimum size, maximum size und preferred size. Die maximum size eines Buttons ist standardmäßig genau so groß wie die preferred size. Damit diese Buttons auf gleiche Länge gestreckt werden, musste ich die maximum size manuell vergrößern.

CardLayout:
CardLayout ist ein spezielles Layout, das von allen hinzugefügten Components immer nur einen darstellt. Es könnte einmal eine Situation geben, wo du es brauchst, aber wahrscheinlich ist dann eine JTabbedPane sowieso die bessere Wahl. JTabbedPane stelln nämlich gleich die Registerkarten bereit, um zwischen den Tabs zu wechseln.


Darüber hinaus gibt es noch mehr, mächtigere Layouts, zum Beispiel:
GridBagLayout
GroupLayout
SpringLayout
Diese sind aber recht kompliziert zu verwenden und hauptsächlich für grafische Editoren gedacht.


Ein einzelnes Layout führt allerdings selten zum Ziel. Meistens wird man Panels mit verschiedenen Layouts Schachteln, um zum erwünschten Ergebnis zu kommen. Als Beispiel hier ein Formular, in das beliebig viele Eingabefelder eingefügt werden können:

Hier werden 3 Ebenen verwendet: Ganz oben ein BorderLayout. Der Button ist im South-Bereich, in der Mitte ist ein Panel für den Rest. Dieses Panel benutzt ein BoxLayout, in dem die Komponenten untereinander ausgerichtet ist.
Jede Zeile im BoxLayout stellt eine Eingabe dar. Weil ein BoxLayout beliebig viele Components enthalten kann, ist diese Struktur sehr flexibel.
Jede Eingabe ist wieder ein Panel mit BorderLayout. Das Label braucht nicht größer zu werden, deshalb ist es im West-Bereich. Das Eingabefeld soll den restlichen Platz verbrauchen und ist im Center-Bereich.

Solche komliziertere Layouts könnte man auch mit einem der oberen Layouts (GridBag, Group, Spring) realisieren, aber ohne einen Code-Editor sind verschachtelte Layouts ziemlich sicher schneller, kürzer und übersichtlicher, als eines dieser Layouts zu benutzen.

Für das letzte Beispiel gibts hier nochmal den Code:

package post02;


import java.awt.BorderLayout;

import javax.swing.BoxLayout;
import javax.swing.JButton;
import javax.swing.JFrame;
import javax.swing.JLabel;
import javax.swing.JPanel;
import javax.swing.JTextField;


public class Form extends JPanel {
	public static void main(String[] args) {
		JFrame jf = new JFrame();
		jf.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);
		
		//Ein Array kann man bei der Deklaration der Variable so initialisieren:
		//String[] s = {...};
		//Wenn man nicht gerade eine Variable deklariert kann man aber auch
		//new String[] {...}
		//benutzen.
		jf.add(new Form(new String[] {"Vorname:", "Nachname:", "Adresse:"}));
		
		jf.pack();
		jf.setVisible(true);
	}
	
	private String[]     labels;
	private JTextField[] textFields;
	private JButton      ok;
	
	public Form(String[] labels) {
		super(new BorderLayout());
		
		this.labels = labels;
		textFields = new JTextField[labels.length];
		
		JPanel form = new JPanel();
		//Der Konstruktor von BoxLayout nimmt (im Gegensatz zu den anderen üblichen Layouts) auch den Component,
		//mit dem es verwendet werden soll. Deshalb kann man das BoxLayout auch noch nicht im Konstruktor von
		//JPanel angeben
		form.setLayout(new BoxLayout(form, BoxLayout.Y_AXIS));
		for(int i = 0; i < labels.length; i++) {
			JLabel l = new JLabel(labels[i]);
			textFields[i] = new JTextField(5);
			
			JPanel p = new JPanel(new BorderLayout());
			p.add(l, BorderLayout.WEST);
			p.add(textFields[i]);
			form.add(p);
		}
		
		add(form);
		//hier wird gleichzeitig eine Zuweisung gemacht und die Variable abgefragt. Das ist also das gleiche wie
		//ok = new JButton("OK");
		//odd(ok, ...);
		add(ok = new JButton("OK"), BorderLayout.SOUTH);
	}
}

GUIs in Java: Layout

Grafische Oberflächen stellen klarerweise einen großen Teil eines Programmes dar. Nur wenige Programme, die für den Endnutzer gedacht sind, kommen ohne eine GUI aus.

Es gibt 3 grundsätzliche Wege, in Java eine GUI zu erstellen

• Zum Beispiel könntest du einen grafischen Editor für Benutzeroberflächen haben. Das trifft zum Beispiel bei der NetBeans IDE zu.
• Außerdem gibt es das AWT Framework...
• ...und das Swing/JFC framework

Ein grafischer Editor ist möglicherweise schneller und vergleichsweise einfacher. Andererseits fehlt mit so einem Editor die volle Kontrolle über das Resultat - Das Ergebnis könnte anders aussehen oder sich anders verhalten als erwünscht. Außer aus der Kompatibilität mit alten Java-Versionen (und zwar SEEHR alten Versionen) gibt es eigentlich keinen Grund für AWT.
Die klare Wahl ist deshalb Swing. Das Swing-Framework baut auf AWT auf, hat aber viele Vorteile. Die meisten spürt man allerdings erst, wenn man komplexere Aufgaben bewältigen will, deswegen verschiebe ich die Erklärung auf später.

Das war die Theorie zu GUI in Java - Zeit für ein bisschen Praxis. Für den Anfang genügt ein einfaches Layout-Beispiel:

Hier siehst du ein Textfeld, einen Button und eine Dropdown-Liste (Combo Box). Das Fenster ist übrigens von Ubuntu.
Hier sieht man zwar die Anordnung, aber das ist nicht genug, um das Layout festzustellen. Was wir benötigen ist das Verhalten bei einer Größenänderung:

Die Höhe unserer Komponenten ist gleichgeblieben, allerdings hat sich die Breite geändert. Nur der Button ist gleich geblieben. Das Textfeld hat den übrigen Platz konsumiert, und unten ist die Combo Box breiter geworden.

Was wird hier also für ein Layout verwendet? Es ist nicht einfach ein BorderLayout... es sind zwei! Ein BorderLayout hat 5 Bereiche:

Die North- und South-Bereiche haben ihre preferred height, werden aber von links bis rechts gestreckt. Die West- und East-Bereiche haben im Gegensatz dazu ihre preferred width und sind von oben bis unten gestreckt. Der Center-Bereich bekommt den restlichen Platz, ohne Rücksicht auf die preferred size.

Jeder der Bereiche kann nur einen Component enthalten. Wie du dir aber sicher schon gedacht hast, kann dieser eine Component wieder mehrere Components enthalten:

Die Frage, die sich jetzt noch stellt, ist: Welcher unserer Komponenten muss in welchen Bereich? Die Combo Box bietet sich eindeutig für South an. Im North-Bereich gibt es sowohl Textfeld als auch Button. Der Button Behält immer seine Breite und ist rechts, ist also im North-East-Bereich. Das Textfeld wird breiter, ist also im North-Center-Bereich. Obwohl das Textfeld im Center so viel Platz bekommt, wie da ist, bleibt die Höhe konstant. Das liegt daran, wie die Layouts zusammenarbeiten. Das zweite BorderLayout ist im North-Bereich untergebracht und bekommt deshalb nur so viel Höhe, wie unbedingt nötig.

Jetzt wo das Layout klar ist, musst du das ganze nur noch in Code umsetzen. Zuerst brauchen wir eine Klasse für unseren Code. Um es für spätere Erweiterungen einfacher zu machen, wird diese Klasse eine Subklasse von JPanel. JPanel ist ein Component, der eigentlich nur dafür gut ist, andere Komponenten zu enthalten.

package post01;


import java.awt.BorderLayout;
import java.awt.event.ActionListener;

import javax.swing.JButton;
import javax.swing.JComboBox;
import javax.swing.JFrame;
import javax.swing.JPanel;
import javax.swing.JTextField;


public class Example extends JPanel {
	//Jetzt brauchen wir sie zwar noch nicht permanent, aber für später speichere ich die
	//Komponenten in Attributen.
	private JTextField tf;
	private JButton    b;
	private JComboBox  cb;
	
	public Example() {
		//super() ruft explizit den Konstruktor der Superklasse (JPanel in this case) auf.
		//Ich benutze es, um das Objekt mit einem BorderLayout zu bestücken. Ich könnte aber
		//auch später setLayout(new BorderLayout()); benutzen.
		super(new BorderLayout());
		
		//Der Parameter von JTextField gibt die Breite, in Textzeichen, an.
		//Die Java API doc ist eine perfekte Quelle für solche Informationen.
		tf = new JTextField(5);
		cb = new JComboBox();
		b = new JButton("Add");
		
		//Das ist das Panel, das gleich Textfeld und Button enthalten wird.
		JPanel north = new JPanel(new BorderLayout());
		
		//Hier wird das Panel im North-Bereich hinzugefügt. Der zweite Parameter
		//Gibt den Ort des panels an. BorderLayout hat für alle 5 Bereiche Konstanten.
		add(north, BorderLayout.NORTH);
		
		//Ohne zweiten Parameter, benutzt BorderLayout den Center-Bereich
		north.add(tf);
		north.add(b, BorderLayout.EAST);
		add(cb, BorderLayout.SOUTH);
	}
}

Hier kannst du sehen dass die Reihenfolge, in der die Komponenten hinzugefügt werden, unwichtig ist. obwohl das north-Panel schon hinzugefügt wird, bevor es Textfeld und Button enthält, sind sie trotzdem sichtbar.

...also eigentlich wird es sichtbar sein. Denn zum Anzeigen fehlen noch 2 Dinge: Eine main-Methode und ein frame

Die main-Methode ist der Startpunkt jeder richtigen Java-Applikation. In BlueJ werden (normalerweise) keine main-Methoden benutzt: Es werden direkt Konstruktoren und Methoden aufgerufen. Was entsteht ist aber auch keine echte Java-Applikation, weil ja der Programmierer selbst die Objekte erzeugt.
Die main-Methode kann man sich vorstellen als ein "Skript", das die Aufgabe, die notwendigen Objekte zu erzeugen, übernimmt.
Ein frame ist ein spezieller Component mit der Besonderheit, dass er auf dem Bildschirm sichtbar gemacht werden kann. Es gibt allerdings ein paar Dinge zu beachten. Du siehst sie in der main-Methode:

//Die "Signatur" einer main-Methode muss immer genau so aussehen
//public static void main(String[] args)

public static void main(String[] args) {
	//Der frame ist ein object vom Typ JFrame
	JFrame jf = new JFrame();
	//Das ist nötig, damit das Programm sauber beendet wird, wenn man das Fenster schließt.
	//Der Grund ist aber für diesen Post etwas zu viel
	jf.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);
	
	//Wie bei jedem Component hat ein JFrame ein Jayout, und es können Components hinzugefügt
	//werden. Das Standard-Layout für Frames ist BorderLayout. diese Zeile fügt unser panel also
	//im Center Bereich ein, wo es das Gesamte Fenster ausfüllt.
	jf.add(new Example());
	
	//Standardmäßig hat ein frame die minimale Größe, die vom Betriebssystem vorausgesetzt ist.
	//pack() berechnet die benötigte Größe, um den Inhalt darzustellen, und vergrößert das Fenster.
	jf.pack();
	jf.setVisible(true);
}

Das ist also die vollständigen Main-Methode. Hier ist nochmal die vollständige Klasse:

package post01;


import java.awt.BorderLayout;

import javax.swing.JButton;
import javax.swing.JComboBox;
import javax.swing.JFrame;
import javax.swing.JPanel;
import javax.swing.JTextField;


public class Example extends JPanel {
//Die "Signatur" einer main-Methode muss immer genau so aussehen
//public static void main(String[] args)
	
	public static void main(String[] args) {
		//Der frame ist ein object vom Typ JFrame
		JFrame jf = new JFrame();
		//Das ist nötig, damit das Programm sauber beendet wird, wenn man das Fenster schließt.
		//Der Grund ist aber für diesen Post etwas zu viel
		jf.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);
		
		//Wie bei jedem Component hat ein JFrame ein Jayout, und es können Components hinzugefügt
		//werden. Das Standard-Layout für Frames ist BorderLayout. diese Zeile fügt unser panel also
		//im Center Bereich ein, wo es das Gesamte Fenster ausfüllt.
		jf.add(new Example());
		
		//Standardmäßig hat ein frame die minimale Größe, die vom Betriebssystem vorausgesetzt ist.
		//pack() berechnet die benötigte Größe, um den Inhalt darzustellen, und vergrößert das Fenster.
		jf.pack();
		jf.setVisible(true);
	}
	
	//Jetzt brauchen wir sie zwar noch nicht permanent, aber für später speichere ich die
	//Komponenten in Attributen.
	private JTextField tf;
	private JButton    b;
	private JComboBox  cb;
	
	public Example() {
		//super() ruft explizit den Konstruktor der Superklasse (JPanel in this case) auf.
		//Ich benutze es, um das Objekt mit einem BorderLayout zu bestücken. Ich könnte aber
		//auch später setLayout(new BorderLayout()); benutzen.
		super(new BorderLayout());
		
		//Der Parameter von JTextField gibt die Breite, in Textzeichen, an.
		//Die Java API doc ist eine perfekte Quelle für solche Informationen.
		tf = new JTextField(5);
		cb = new JComboBox();
		b = new JButton("Add");
		
		//Das ist das Panel, das gleich Textfeld und Button enthalten wird.
		JPanel north = new JPanel(new BorderLayout());
		
		//Hier wird das Panel im North-Bereich hinzugefügt. Der zweite Parameter
		//Gibt den Ort des panels an. BorderLayout hat für alle 5 Bereiche Konstanten.
		add(north, BorderLayout.NORTH);
		
		//Ohne zweiten Parameter, benutzt BorderLayout den Center-Bereich
		north.add(tf);
		north.add(b, BorderLayout.EAST);
		add(cb, BorderLayout.SOUTH);
	}
}

Das war's für heute! Fragen und Kommentare sind stark erwünscht ;)