Arrays in Java. Text. Stefan Brotschi

Transkript

1 Arrays in Java Stefan Brotschi

2 Übersicht Einführung Deklaration, Generierung und Initialisierung Mehrdimensionale Arrays Arrays kopieren Klasse java.utils.arrays Kleine Knobeleien

3 Einführung / Allgemein Arrays sind Objekte (!), die sich aus gleichartigen Komponenten zusammensetzen. Alle Komponenten haben denselben Datentyp, genannt Komponententyp des Arrays. Es sind alle Datentypen als Komponentendatentypen zulässig (primitive, Referenzdatentypen, also auch Arrays und Objekte)!

4 Einführung / Wichtige Aspekte ( Indexbereich Die einzelnen Elemente werden von 0 bis n-1 durchnummeriert (-> Die einzelnen Elemente sind über einen sogenannten Index zugreifbar, der aus dem Indexbereich sein muss. In Java werden Array-Objekte zuerst deklariert, danach generiert! Das Generieren geschieht mit new! Deklarieren und Generieren kann auch in einer einzigen Anweisung formuliert werden Beide Phasen sollten unterschieden werden! In der Regel haben Arrays eine feste Größe, nachdem sie generiert wurden.

5 Einführung / Weitere Eigenschaften Arrays lassen sich besonders gut durch for-schleifen bearbeiten. Die Zählvariable durchläuft einfach den Index-Bereich des Arrays (oder mit Java 5 die vereinfachte for-schleife verwenden!) (! umkopieren Ein Array kann nicht erweitert oder verkleinert werden (stattdessen Die Anzahl der Elemente in einem Array kann über das Attribut length abgefragt werden

6 Deklaration int[] A; Alternative: int A[];

7 Generierung und Initialisierung A = new int[4]; Nicht möglich, obwohl Array der Länge 0 erlaubt: A[] = new int[]; Richtig wäre: A[] = new int[0];

8 Initialisierung / Wahrheit So schön die kompakte Initialisierung der Feldelemente ist, so laufzeit- und speicherintensiv ist sie auch. Da Java eine dynamische Sprache ist, passt das Konzept der Array-Initialisierung nicht ganz in das Bild. Daher wird die Initialisierung auch erst zur Laufzeit durchgeführt: int[] primes = { 1, 2, 3, 5, };... wird vom Java-Compiler umgeformt und analog zu Folgendem behandelt... int[] primes = new int[5]; primes[0] = 1; primes[1] = 2; primes[2] = 3; primes[3] = 5; primes[4] = 11;

9 Initialisierung / Wahrheit Erst nach kurzem Überlegen wird das erschreckende Ausmaß sichtbar. Zunächst ist es der Speicherbedarf für die Methoden. Ist das Feld primes beispielsweise in einer lokalen Methode untergebracht, kostet die Zuweisung sehr viel Laufzeit, da wir viele Zugriffe haben, die auch alle schön durch die Index-Überprüfung gesichert sind. Da zudem der Bytecode für eine einzelne Methode wegen diverser Beschränkungen in der JVM nur beschränkt lang sein darf, kann dieser Platz für richtig große Arrays schnell erschöpft sein. Daher ist davon abzuraten, etwa Bilder oder große Tabellen im Programmcode zu speichern.

10 Initialisierung / Wahrheit Ist dies in Java wirklich nötig, sollten wir Folgendes in Betracht ziehen: wir verwenden ein statisches Feld (eine Klassenvariable), sodass das Array nur einmal während des Programmlaufs initialisiert werden muss!

11 Mehrdimensionale Arrays Java realisiert mehrdimensionale Arrays durch Arrays von Arrays. Sie können für die Darstellung von mathematischen Matrizen oder Rastern Verwendung finden

12 Mehrdim. Arrays / Deklarationen int [][] a; int [] a[]; int a[][];

13 Mehrdim. Arrays/Statische Initialisierung Ebenso wie bei eindimensionalen Feldern lassen sich die mehrdimensionalen Felder gleich beim Anlegen initialisieren int[][] A = {{1, 2}, {2, 3}, {3, 4}}; int[][] B = {{1, 2}, {2, 3, 4}, {5, 6}}; Der 2. Fall lässt erkennen, dass das Feld nicht unbedingt rechteckig sein muss, d.h. jede Zeile im Feld kann eine eigene Grösse haben.

14 Mehrdim. Arrays / int[][] A = new int[4][8]; Alternativen: int A[][] = new int[4][8]; int[] A[] = new int[4][8];

15 Beispiele / package scjp; public class Arrays { public static void main (String[] args) { int i; int[ ] quelle, ziel; // Namen für 2 int-arrays quelle = new int[20];// Array der Laenge 20 ziel = new int[quelle.length + 10]; (++ i<quelle.length;i for (i=0; { ziel[i] = quelle[i]; System.out.println(i + ": "+ quelle[i]); } i=0; // Java 5-Variante ziel = new int[quelle.length + 10]; ( quelle for (int quelleelement: { ziel[i++] = quelleelement; System.out.println(i-1 + ": "+ quelleelement); } } }

16 Beispiel / Umkopieren von Werten mit Hilfe von System.arraycopy public static void arraycopy(object source, int sourceposition, Object destination, ( numberofelements int destinationposition, int package scjp; public class Arrays { public static void main (String[] args) { int[ ] quelle, ziel; // Namen für 2 int-arrays quelle = new int[20];// Array der Laenge 20 ziel = new int[quelle.length + 10]; System.arraycopy(quelle, 0, ziel, 0, quelle.length); } }

17 Klasse Arrays / Equals () Arrays.deepEquals Felder vergleichen mit Arrays.equals() und Die Funktion Arrays.equals() vergleicht, ob zwei Felder die gleichen Inhalte besitzen. Dazu ist die überladene Funktion für alle wichtigen Typen definiert. Wenn ja, ist die Rückgabe der Funktion true, sonst false. Natürlich müssen beide Arrays schon die gleiche Anzahl von Elementen besitzen, sonst ist der Test sofort vorbei und das Ergebnis false. Im Fall von Objektfeldern nutzt Arrays.equals() nicht die Identitätsprüfung per ==, sondern die Gleichheit per equals(). int[] array = { 1, 2, 3, 4 }; int[] clone = array.clone(); System.out.println( Arrays.equals( array, clone ) ) // true

18 Klasse Arrays / Equals Bei unterreferenzierten Feldern betrachtet Arrays.equals() das innere Feld als einen Objektverweis und vergleicht es auch mit equals() was jedoch bedeutet, dass nicht identische, aber mit gleichen Elementen referenzierte innere Felder als ungleich betrachtet werden. Die Funktion deepequals() bezieht auch unterreferenzierte Felder in den Vergleich mit ein. () deepequals Ein Beispiel verdeutlicht den Unterschied zwischen equals() und int[][] a1 = { { 0, 1 }, { 1, 0 } }; int[][] a2 = { { 0, 1 }, { 1, 0 } }; System.out.println( Arrays.equals( a1, a2 ) ); // false System.out.println( Arrays.deepEquals( a1, a2 ) ); // true System.out.println( a1[0] ); // z.b. [I@10b62c9 System.out.println( a2[0] ); // z.b. [I@82ba41

19 Klasse Arrays / Equals deepequals() vergleicht auch eindimensionale Felder: Object[] b1 = { "1", "2", "3" }; Object[] b2 = { "1", "2", "3" }; System.out.println( Arrays.deepEquals( b1, b2 ) ); // true

20 Klasse Arrays / Fill Arrays.fill() füllt ein Feld mit einem festen Wert. Der Start-Endbereich lässt sich optional angeben

21 Klasse Arrays / copyof - copyofrange Seit Java 6 bietet die Klasse Arrays eine Reihe von copyof()- bzw. copyofrange()- Methoden, die gegenüber clone() den Vorteil haben, dass sie auch Bereichsangaben erlauben und das neue Feld größer machen können; im letzten Fall füllen die Methoden das Feld je nach Typ mit null, false oder 0. String[] snow = { "Neuschnee", "Altschnee", "Harsch", "Firn" }; String[] snow1 = Arrays.copyOf( snow, 2 ); // [Neuschnee, Altschnee] String[] snow2 = Arrays.copyOf( snow, 5 ); // [Neuschnee, Altschnee, Harsch, Firn, null] String[] snow3 = Arrays.copyOfRange( snow, 2, 4 ); // [Harsch, Firn] String[] snow4 = Arrays.copyOfRange( snow, 2, 5 ); // [Harsch, Firn, null]

22 Klasse Arrays / Sort Diverse Arrays.sort()-Funktionen ermöglichen das Sortieren von Elementen im Feld. Bei primitiven Elementen (kein boolean) gibt es keine Probleme, da sie eine natürliche Ordnung haben. Im Fall von Objekten müssen sie vergleichbar sein. Das gelingt entweder mit einem extra Comparator, oder die Klassen implementieren die Schnittstelle Comparable. Das Sortierverfahren ist für primitive Datentypen ein modifizierter Quicksort und für Objekte ein angepasster Mergesort.

23 Klasse Arrays / Strings Soll der Feldinhalt zum Testen auf den Bildschirm gebracht werden, so kommt eine Ausgabe mit System.out.println(dogs) nicht infrage, denn tostring() ist auf dem Objekttyp Array nicht sinnvoll definiert. Die Ausgabe in einer Schleife wäre eine Möglichkeit. String[] dogs = { "Flocky Fluke", "Frizzi Faro", "Fanny Favorit", "Frosty Filius", "Face Flash", "Fame Friscco" }; System.out.println( dogs ); // [Ljava.lang.String;@10b62c9

24 Klasse Arrays / Strings Die Funktion Arrays.toString(array) liefert für unterschiedliche Feldtypen die gewünschte String-Repräsentation des Feldes. System.out.println( Arrays.toString(dogs) ); // [Flocky Fluke,...]

25 Klasse Arrays / List Die Funktion Arrays.asList() dekoriert das Array als Liste vom Typ java.util.list, die dann praktische Funktionen wie contains(), equals() oder sublist() anbietet. Mit den Methoden sind Dinge auf Feldern möglich, für die Arrays bisher keine Methoden definierte. if ( Arrays.asList( args ).contains( "-?" ) )... // Index String[] a = { "Asus", "Elitegroup", "MSI" }; String[] b = { "Elitegroup", "MSI", "Shuttle" }; System.out.println( Arrays.asList( a ).sublist( 1, 3 ). equals( Arrays.asList( b ).sublist( 0, 2 ) ) ); // true

26 Kleine Knobeleien int[] A, B[], C[][]; Was ist die Konsequenz dieser Deklaration? int A[], B[][], C[][][];

27 Kleine Knobeleien int []prims, i; Was ist die Konsequenz dieser Deklaration? Der eine oder andere wollte vielleicht nur ausdrücken, dass i eine normale Ganzzahlvariable ist. Stattdessen würde der Compiler jedoch annehmen, dass i ein Feld ist und eine Zuweisung der Art i=2 gnadenlos ablehnen. Es ist aber nicht direkt ersichtlich, wo der Fehler liegt. Damit Irrtümer dieser Art ausgeschlossen werden, sollte nur in jeder Zeile eine Deklaration eines Typs gesetzt werden.

28 Kleine Knobeleien String[] text = { A, B, C }; text.length = 4; Ist diese Längezuweisung möglich? Nein ( The final field array.length cannot be assigned ). Das Attribut length eines Felds ist nicht nur öffentlich (public) und vom Typ int, sondern natürlich auch final. Schreibzugriffe sind nicht gestattet. (Was sollten sie bewirken? Eine dynamische Vergrößerung des Felds?) Ein Schreibzugriff führt zu einem Compiler-Fehler.

29 Kleine Knobeleien int primes[ 100 ]; Ist diese Deklaration möglich? Nein ( Syntax error on token "100", delete this token ). Andere Programmiersprachen wie in C(++) bieten bei der Felderzeugung Abkürzungen wie obige. Das ist in Java nicht erlaubt.

30 Kleine Knobeleien package scjp; public class Arrays { static int[] array; public static void main (String[] args) { foo(); } Was passiert (Compiler-, Laufzeitfehler...)? static void foo() { array[ 1 ] = 1; } } Laufzeitfehler ( Exception in thread "main" java.lang.nullpointerexception ). array ist eine Objektvariable, keine lokale Variable! Referenz-Objektvariablen werden mit null vorbelegt.

31 Kleine Knobeleien int[] array = new int[ 100 ]; array[ 10 ] = 1; array[ 100 ] = 1; Was passiert (Compiler-, Laufzeitfehler...)? Das ist abhängig vom Compiler. Z.B. Eclipse bemerkt den Fehler ( Syntax error on token "Invalid Character", delete this token ). Hier könnte der Compiler theoretisch Alarm schlagen, was aber einige Compiler bisher nicht tun, denn der Zugriff auf Elemente mit einem ungültigen Index ist syntaktisch und statisch semantisch völlig in Ordnung.

32 Schluss Vielen Dank