Informatik II (D-ITET) Übungsstunde 5,

Transkript

1 Informatik II (D-ITET) Übungsstunde 5, Hossein Shafagh, Distributed Systems Group, ETH Zürich

2 Ablauf Besprechung von Übung 4 More Java insights (Call by Value und Call by Reference) Hinweise für Übung 5 2

3 L4.A1 Stack Nennenswertes Zwei Attribute: buffer und size capacity ßà buffer.length (Arrayindices von 0 bis length-1) empty ßà size == 0 size ßà index of first free space at the top void push(int value) { buffer[size++] = value; } grow Bedingung für ein Grow in push: size() == capacity() Java-Bibliotheksfunktionen suchen & nutzen int[] Arrays.copyOf(int[] original, int newlength) JavaDoc Wie's dokumentiert ist, so soll's auch funktionieren! Demo Time 3

4 L4.A2 Ackermann-Funktion Rekursive Definition der Ackermann Funktion 4

5 L4.A2.b Pseudocode (Beispiel) push n on stack push m on stack As long as the stack's size is greater than 1 while(stack.size() > 1){... m n pop the uppermost element from stack to m [m] pop the uppermost element from stack to n [n] if n = 0 then push m+1 on stack [A(0,m)=m+1] elseif m = 0 then push n-1 on stack; push 1 on stack [A(n,0)=A(n-1,1)] else push n-1 on stack push n on stack push m-1 on stack [A(n,m)=A(n-1,A(n,m-1))] Funktionsaufruf if n == 0 à result = m+1 else if m == 0 à push(n-1), push(1) else push(n-1), push(n), push(m-1) the uppermost element from the stack is the result 5

6 L4.A3 Bytecode Quellcode-Bytecode-Zuordnung klar? Parameterreihenfolge / Rückgabe klar? /** * Recursive implementation of the Ackermann function. */ public class RecursiveAckermann { /** 0: 4: iload_1 iload_2 } * Recursive implementation of the Ackermann function. 8: 12: ifne iload_2 * 5: 8 9: 21: aload_0 iconst_1 ifne aload_0 13: 21 n parameter n 6: 22: iload_1 iadd iload_1 m parameter m 14: 7: 23: iconst_1 ireturn iconst_1 Ackermann(n,m) 15: 24: isub isub */ 16: 25: iconst_1 aload_0 public int A(int n, int m) 17: 26: invokevirtual iload_1 { 20: ireturn if (n == 0) return m + 1; if (m == 0) return A(n-1, 1); return A(n-1, A(n, m-1)); } 27: iload_2 28: iconst_1 29: isub 30: invokevirtual 33: invokevirtual 36: ireturn 6

7 Ablauf Besprechung von Übung 4 More Java insights (Call by Value and Call by Reference) Hinweise für Übung 5 7

8 Datentypen Primitive Typen (Wert eines Datentypes) z.b. byte, int, float, char Referenz-Typen (Referenz auf ein Objekt) z.b. Arrays, Strings, Klassen 8

9 Call by value vs. Call by reference Call by value an Funktion übergebenen Daten werden kopiert keine Verbindung mehr zwischen den Daten beim Aufrufer und den Daten in der Funktion Call by reference Anstatt Daten zu kopieren werden Referenzen auf die Daten übergeben Methodenaufrufe an einem so übergebenen Objekt arbeiten also auf demselben Objekt, das auch außerhalb sichtbar ist 9

10 Call by value vs. Call by reference In C++ beide sind möglich Call by value: Daten werden kopiert und übergeben //C++ void swap(a, b); Call by reference: Referenz auf die Daten wird übergeben //C++ void swap(&a, &b); Java ist IMMER call by value!! Das heisst, dass auch die bei Übergabe von einem Referenz-Typ wird der Adressenwert in eine lokale Variable kopiert! Bei Übergabe von einem Primitiven Typ wird der Wert in eine lokale Variable kopiert! 10

11 Call by value vs. Call by reference in Java Was heisst das für uns? Ist das Modifizieren von übergebenen Werten möglich? Wie / Warum nicht? Ist das Vertauschen von übergebenen Werten möglich? Wie / Warum nicht? 11

12 Call by value vs. Call by reference in Java Modifizieren ist möglich, Vertauschen aber nicht! mypoint1 mypoint2 main(...) int x1; int y1; int x2; int y2; Hauptprogramm ruft irgendwo swap(mypoint1, mypoint2) mypoint1 p1 mypoint2 p2 int x1; int y1; int x2; int y2; Nach swap(...) mypoint1 p1 mypoint2 p2 int x1; int y1; int x2; int y2; Gute Referenz: 12

13 Allocation of primitives and objects int a = 5; Tier fido = new Tier( fido,m); Tier rex = new Hund( rex,m, braun); Tier (name, String, "fido") (geschlecht, char, 'm') Hund Tier (name, String, "rex") (geschlecht, char, 'm') (fellfarbe, String, "braun") STACK (rex, Tier, ) (fido, Tier, ) (a, int, 5) HEAP 13

14 Allocation of primitives and objects foobar(rex, a); void foobar(tier t, int p) { t.name = "#@!&"; p = 42; t = new Tier( xena,w); } STACK Tier (name, String, "fido") (geschlecht, char, 'm') Hund Tier (name, String, "#@!&") "rex") (geschlecht, char, 'm') (fellfarbe, String, "braun") Tier (name, String, "xena") (geschlecht, char, 'w') (p, int, 42) 5) (t, Tier, ) (rex, Tier, ) (fido, Tier, ) (a, int, 5) HEAP 14

15 Ablauf Besprechung von Übung 4 More Java insights (Call by Value and Call by Reference) Hinweise für Übung 5 15

16 Ü5 Listen Die gesamte Übungsserie 5 betrachtet das Konzept von rekursiv definierten Listen Umgehen mit Referenzen ('Pointer') Klasse list.list (als rekursive Definition) Entweder die Leere Liste oder eine Verkettung einer Ganzzahl und einer Liste Funktionale Definition: List := null int List hier: null ist die Leere Liste null ist als Parameter immer zu erwarten! 16

17 Ü5 Verkettete Listen Verkettete Liste Dynamische Datenstruktur Singly-linked, Doubly-linked,... Felder einer (nicht-leeren) Liste Wertefeld + Referenz(en) Für eine einfach verkettete Liste: Wert + Zeiger auf das nächste Element der Liste Das nächste Element ist wiederum eine Liste Felder der Leeren Liste (null) zu betrachten als: Wert: (nicht vorhanden: Zugriff wirft Exception) Next: null 17

18 Ü5.A1/A2/A3 Statische, rekursive Methoden vervollständigen Es sollen keine neuen Listen erzeugt, sondern die übergebenen Listen verändert werden alles Rekursiv lösen, ohne Schleifen! Test-Cases zum Überprüfen der Implementation 18

19 Ü5.A1/A2/A3 public static String tostring(list list) Bereits implementiert List add(list list, int value) int size(list list) int sum(list list) List sublist(list list, int index) throws... List last(list list) int valueat(list list, int index) throws... int index(list list, int value) throws... Aufgabe 1 void append(list list, int value) throws... Aufgabe 2 void concat(list head, List tail) throws... void insertat(list list, int i, int value) throws... void insertat(list list, int i, List nl) throws... List remove(list list, int index) throws... List insertsorted(list list, int value) throws... Aufgabe 3 List sort(list list) throws... 19

20 Ü5.A1 tostring(list list) public static String tostring(list list) { if (list == null) return "null"; } return list.value + "," + tostring(list.next); mylist value 76 value 15 value 22 value 3 value 32 next next next next next u5a1.lists.tostring(mylist) 76,15, 22, 3, 32, null 20

21 Ü5.A1 Implementierung von add Ein Wert vorne an die Liste anhängen size sum Länge der Liste berechnen Werte in der Liste aufsummieren last Letzte Liste (letzter Knoten vor null, sonst null) 21

22 Ü5.A1 Implementierung von sublist "Restliste" ab gegebenem Index valueat Wert an gegebenem Index in Liste index Index des ersten Knotens mit gegebenem Wert Tipp: Helferfunktionen suchen (code reusability!) Z.B. nodeat Nutzt Ähnlichkeiten in sublist und valueat aus Für's Manipulieren der Liste auch zu gebrauchen Müssen auch rekursiv implementiert sein! 22

23 Ü5.A2 Implementierung von append Ein Wert hinten an die Liste anhängen concat Eine ganze Liste hinten an die Liste anhängen insertat Ein Wert/eine Liste nach gegebenem Index einfügen remove Ein Wert an gegebener Stelle aus der Liste löschen 23

24 Ü5.A3 Implementierung von insertsorted Ein Wert in eine sortierte Liste einfügen sort Eine sortierte Liste aus der gegebenen erstellen 24

25 Ü5.A4 Stack mit List implementieren Liste (Implementierung) ist von aussen unsichtbar Alle Stack-Operationen können direkt in Operationen auf Listen übersetzt werden Leere Liste: der einzige Spezialfall, der von der Klasse Stack selber beachtet werden muss! 25

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