Collections. Arthur Zaczek

Transkript

1 Collections Arthur Zaczek Nov /31

2 Collections Collections 2/31

3 Definition Anhäufung von Objekten Werte können hinzugefügt, gesucht und gelöscht werden Implementierung mit verschiedenen Algorithmen, je nach Nutzung Collections 3/31

4 Grundlegende Operationen Operation Java: Collection C#: ICollection hinzufügen add(e) Add(T) löschen remove(e) Remove(T) leeren clear() Clear() zählen int size() int Count { get; } suchen boolean contains(e) bool Contains(T) aufzählen iterate() GetEnumerator() Collections 4/31

5 Aufzählung Aufzählung 5/31

6 Aufzählung (Java) Mittels Iterator: Collection<String> strings; Iterator iter = strings.iterate(); while(iter.hasnext()) { String s = iter.next(); //... } Aufzählung 6/31

7 Aufzählung (Java) Mittels for-schleife: Collection<String> strings; for(string s : strings) { //... } Aufzählung 7/31

8 Aufzählung (C#) Mittels Enumerator: IList<string> strings; using(ienumerator<string> enumerator = strings.getenumera { while(enumerator.movenext()) { string s = enumerator.current; //... } } Aufzählung 8/31

9 Aufzählung (C#) Mittels foreach-schleife: IList<string> strings; foreach (string s in strings) { //... } Aufzählung 9/31

10 Gefahren beim Aufzählen Typischerweise überleben Iteratoren es nicht, wenn die Collection verändert wird (hinzufügen, löschen von Elementen) während sie abgearbeitet wird - Java: Ausnahme: Iterator.remove() Standardimplementierungen nicht geeignet für parallelen Zugriff aus mehreren Threads Aufzählung 10/31

11 Sequenzen Sequenzen 11/31

12 Allgemeines Collections mit Reihenfolge Sequenzen 12/31

13 Operationen Operation Java: List C#: IList hinzufügen add(e) add(int, E) Add(T) Insert(int, T) suchen E get(int) int indexof(e) T list[int] int IndexOf(T) int lastindexof(e) List sublist(int from, int to) löschen E remove(int) void RemoveAt(int) überschreiben E set(int, E) list[int] = T Sequenzen 13/31

14 Implementierungen Operation Verkettete Liste dynamisches Array Java LinkedList ArrayList C# LinkedList List hinzufügen O(1) O(1) einfügen O(1) O(n) löschen O(1) O(n) Indexzugriff O(n) O(1) leeren O(1) O(1) zählen O(1) O(1) suchen O(n) O(n) Sequenzen 14/31

15 Dictionaries Dictionaries 15/31

16 Allgemeines Zuordnung zwischen Schlüssel und Instanz Schneller Zugriff über (bekannte) Schlüsselwerte Dictionaries 16/31

17 Operationen Operation Java: Map<K,V> C#: IDictionary<TKey, TValue> hinzufügen V put(k, V) Add(TKey, TValue) dict[tkey] = TValue suchen V get(k) containskey(k) containsvalue(v) TValue dict[tkey] ContainsKey(TKey) ContainsValue(TValue) Contains(TValue) löschen V remove(k) Remove(TKey) Remove(TValue) Schlüssel Set keyset() ICollection Keys { get; } Dictionaries 17/31

18 Implementierungen Operation Hash Tabelle Verkettete Liste Baum Java HashMap<K, LinkedHashSet<K, TreeMap<K, V> V> V> C# Dictionary<K, V> - SortedDictionary<K V> hinzufügen O(1) O(1) O(log n) einfügen O(1) O(1) O(log n) löschen O(1) O(1) O(log n) Schlüssel- O(1) O(1) O(log n) zugriff Aufzählungs-zufällig in der Reihenfolge des reihenfolge ersten put(k)s Aufzählungs-O(n+capacity) O(n) O(n) aufwand sortiert nach Schlüssel Dictionaries 18/31

19 Schlüssel: Equals(object) Folgendes muss immer zutreffen a.equals(a) == true a.equals(b) == b.equals(a) a.equals(b) == b.equals(c) == a.equals(c) a.equals(null) == false Dictionaries 19/31

20 Schlüssel: (Get)hashCode() if(a.equals(b)) { a.hashcode() == b.hashcode() } Hashwerte müssen sich nicht notwendigerweise unterscheiden, wenn Objekte nicht equals() sind Rückgabewerte dürfen sich dann und nur dann ändern wenn das Objekt geändert wurde Dictionaries 20/31

21 Mengen Mengen 21/31

22 Allgemeines Enthalten jedes Element maximal einmal Effiziente Implementierung von Vereinigung, Durchschnitt, Mengensubtraktion und Vergleich Mengen 22/31

23 Operationen Operation Java: Set C#: HashSet Vereinigung Durchschnitt Subtraktion addall(collection) retainall(collection) removeall(collection) UnionWith(IEnumerable) IntersectWith(IEnumerable) ExceptWith(IEnumerable) Mengen 23/31

24 Implementierungen Operation Hash Tabelle Verkettete Liste Baum Java HashSet LinkedHashSet TreeSet C# HashSet - - hinzufügen O(1) O(1) O(log n) einfügen O(1) O(1) O(log n) löschen O(1) O(1) O(log n) Schlüsselzugriff O(1) O(1) O(log n) Aufzählungs-zufällireihenfolge in der sortiert Reihenfolge des ersten put(k)s Aufzählungs-O(n+capacity) O(n) O(n) aufwand Mengen 24/31

25 Synchronisation Synchronisation 25/31

26 Synchronisation Spezielle Implementierungen der Collectioninterfaces schützen einzelne Funktionsaufrufe gegen interne Fehler bei gleichzeitigem Zugriff aus mehreren Threads Was könnte hier trotz passender Implementierung schieflaufen? if (list.size() > 0) { list[0].sosomething(); } Synchronisation 26/31

27 Synchronisation Thread A if (list.size() > 0) { // ungültiger Index! list[0].sosomething(); Thread B list.clear(); Synchronisation 27/31

28 Synchronisation - Java java.util.collections.synchronizedcollection List Map Set S Die synchronisierten Varianten verhindern Fehler in der Collection Instanz. Um das size()/access Race zu lösen muss man zusätzlich synchronize einsetzen: synchronize(list) { if (list.size() > 0) { list[0].sosomething(); } } Synchronisation 28/31

29 Synchronisation - C Generische C# Collections sind allesamt unsynchronisiert Dafür bieten sie ICollection.SyncRoot als Lock-object: lock(list.syncroot) { if (list.count > 0) { list[0].sosomething(); } } lock(list.syncroot) { list.add(new Item()); } Synchronisation 29/31

30 Sonstiges Sonstiges 30/31

31 Inhalt vs. Kapazität Manche Collections allozieren mehr Speicher als unbedingt notwendig für bessere Performance Inhalt, Größe ( size ), Länge ( length ) oder Anzahl ( count ) bezeichnet die Anzahl der enthaltenen Elemente Kapazität ( capacity ) beschreibt den reservierten Speicher Viele Implementierungen geben Kapazität nur auf Aufforderung frei Kapazität nur extrem selten relvant - Ausnahme: Initialisierung von Collections wenn Datenmenge bekannt ist Sonstiges 31/31