12) Generische Datenstrukturen

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1 12) Genersche Datenstrukturen Prof. Dr. Uwe Aßmann Lehrstuhl Softwaretechnologe Fakultät für Inmatk TU Dresden Verson , Softwaretechnologe, Prof. Uwe Aßmann Technsche Unverstät Dresden, Fakultät Inmatk 1

2 mpfohlene Lteratur Tutorals Genercs Tutoral: Prof. U. Aßmann, Softwaretechnologe 2

3 2 Trends n der Softwareentwcklung Rapd Applcaton Development (RAD) Schneller vel Code schreben Typserung weglassen Zet groovy Be den Assozatonen Bem Programmeren gegen Schnttstellen v. dynamsche Typserung, damt Fehler zur Laufzet dentfzert werden können Mächtge Operatonen, de schnell zu schreben snd Java Java 1.6 Zuverlässgket Safe Applcaton Development (SAD) Guten, stablen, wartbaren Code schreben Statsche Typserung, damt der Übersetzer vele Fehler entdeckt Mehr ntwurfswssen aus dem ntwurf n de Implementerung übertragen Aus der Defnton ener Datenstruktur können Bedngungen für hre Anwendung abgeletet werden Gradual Typng Typen werden Schrtt für Schrtt annotert Prof. U. Aßmann, Softwaretechnologe 3

4 Bsp.: lemente ener Herarche Formular Bestellung Leferschen Rechnung Prof. U. Aßmann, Softwaretechnologe 4

5 Problem 1 ungetypter Schnttstellen: Laufzetfehler Be der Konstrukton von Collectons werden oft Fehler programmert, de be der Dekonstrukton zu Laufzetfehlern führen Kann n Java < 1.5 ncht durch den Übersetzer entdeckt werden Lst Lst lstofrechnung lstofrechnung ArrayLst(); ArrayLst(); Rechnung Rechnung Rechnung(); Rechnung(); lstofrechnung.add(); lstofrechnung.add(); Bestellung Bestellung best best Bestellung(); Bestellung(); lstofrechnung.add(best); Programmerfehler! lstofrechnung.add(best); (nt (nt 0; 0; < < lstofrechnung.sze(); lstofrechnung.sze(); ++) ++) (Rechnung)lstOfRechnung.get(); (Rechnung)lstOfRechnung.get(); Laufzetfehler!! Prof. U. Aßmann, Softwaretechnologe 5

6 Problem 2 ungetypter Schnttstellen: Unnötge Casts Be der Dekonstrukton von Collectons müssen unnötg Casts spezfzert werden Typserte Collectons erhöhen de Lesbarket, da se mehr Inmaton geben Lst Lst lstofrechnung lstofrechnung ArrayLst(); ArrayLst(); Rechnung Rechnung Rechnung(); Rechnung(); lstofrechnung.add(); lstofrechnung.add(); Rechnung Rechnung 2 2 Rechnung(); Rechnung(); lstofrechnung.add(2); Desmal ok lstofrechnung.add(2); (nt (nt 0; 0; < < lstofrechnung.sze(); lstofrechnung.sze(); ++) ++) (Rechnung)lstOfRechnung.get(); (Rechnung)lstOfRechnung.get(); Cast nötg, obwohl alles Rechnungen Prof. U. Aßmann, Softwaretechnologe 6

7 Abhlfe: Genersche Klassen ne ne genersche genersche Klasse Klasse st st ene ene Klassenschablone, Klassenschablone, de de mt mt enem enem Typparameter Typparameter P P versehen versehen st. st. In UML In Java Sprachregelung: Contaner of P P Contaner content P class Contaner<P> P content[]; Prof. U. Aßmann, Softwaretechnologe 7

8 Genersche Datentypen n der Collecton- Herarche De genersche Collecton-Herarche (set Java 1.5) : lement, K: Key, V: Value Collecton K,V Lst Set Queue Map SortedSet Blockng Queue SortedMap K,V Prof. U. Aßmann, Softwaretechnologe 8

9 Instanz der Generschen Herarche Collecton Lst Set Queue Map K,V Collecton <Formular> <<nstantates>> SortedSet Blockng Queue SortedMap K,V Lst <Formular> Set <Formular> SortedSet <Formular> Queue <Formular> Blockng Queue <Formular> Map <Nr,Formular> SortedMap <Nr,Formular> Darf man Rechnungen, Bestellungen und Leferschene n dese Collectons stecken? Ja. Prof. U. Aßmann, Softwaretechnologe 9

10 Probleme gelöst Be der Konstrukton von Collectons werden jetzt Äpfel von Brnen unterscheden Casts snd ncht nötg, der Übersetzer kennt den feneren Typ Lst<Rechnung> Lst<Rechnung> lstofrechnung lstofrechnung ArrayLst<Rechnung>(); ArrayLst<Rechnung>(); Rechnung Rechnung Rechnung(); Rechnung(); lstofrechnung.add(); lstofrechnung.add(); Bestellung Bestellung best best Bestellung(); Bestellung(); lstofrechnung.add(best); Complerfehler lstofrechnung.add(best); (nt (nt 0; 0; < < lstofrechnung.sze(); lstofrechnung.sze(); ++) ++) lstofrechnung.get(); lstofrechnung.get(); Ken Cast mehr nötg Prof. U. Aßmann, Softwaretechnologe 10

11 Generztät funktonert auch geschachtelt // Das Archv fasst alle Rechnungen aller bshergen Jahrgänge zusammen // Das Archv fasst alle Rechnungen aller bshergen Jahrgänge zusammen Lst<Lst<Rechnung>> archv ArrayLst<Lst<Rechnung>>(); Lst<Lst<Rechnung>> archv ArrayLst<Lst<Rechnung>>(); // lstofrechnung fasst de Rechnungen des aktuellen Jahres zusammen // lstofrechnung fasst de Rechnungen des aktuellen Jahres zusammen Lst<Rechnung> lstofrechnung ArrayLst<Rechnung>(); Lst<Rechnung> lstofrechnung ArrayLst<Rechnung>(); archv.add(lstofrechnung); archv.add(lstofrechnung); Rechnung Rechnung(); Rechnung Rechnung(); archv.getindex(0).add(); archv.getindex(0).add(); Bestellung best Bestellung(); Bestellung best Bestellung(); archv.getindex(0).add(best); archv.getindex(0).add(best); funktonert (nt jahr 0; jahr < archv.sze(); jahr++) (nt jahr 0; jahr < archv.sze(); jahr++) lstofrechnung archv.getindex(jahr); lstofrechnung archv.getindex(jahr); (nt 0; < lstofrechnung.sze(); ++) (nt 0; < lstofrechnung.sze(); ++) lstofrechnung.getindex(); lstofrechnung.getindex(); Übersetzungs- Fehler Prof. U. Aßmann, Softwaretechnologe 11

12 Benutzung von getypten und ungetypten Schnttstellen.. st ab Java 1.5 ohne Probleme nebenenander möglch // Das Archv fasst alle Rechnungen aller bshergen Jahrgänge zusammen // Das Archv fasst alle Rechnungen aller bshergen Jahrgänge zusammen Lst<Lst<Rechnung>> archv ArrayLst<Lst<Rechnung>>(); Lst<Lst<Rechnung>> archv ArrayLst<Lst<Rechnung>>(); // lstofrechnung fasst de Rechnungen des aktuellen Jahres zusammen // lstofrechnung fasst de Rechnungen des aktuellen Jahres zusammen Lst lstofrechnung ArrayLst(); Lst lstofrechnung ArrayLst(); archv.add(lstofrechnung); archv.add(lstofrechnung); Rechnung Rechnung(); funktonert Rechnung Rechnung(); archv.getindex(0).add(); archv.getindex(0).add(); Bestellung best Bestellung(); Bestellung best Bestellung(); archv.getindex(0).add(best); archv.getindex(0).add(best); Übersetzt auch, (nt jahr 0; jahr < archv.sze(); jahr++) (nt jahr 0; jahr < archv.sze(); jahr++) aber Laufzetfehler lstofrechnung archv.getindex(jahr); lstofrechnung archv.getindex(jahr); bem Cast... (nt 0; < lstofrechnung.sze(); ++) (nt 0; < lstofrechnung.sze(); ++) (Rechnung)lstOfRechnung.getIndex(); (Rechnung)lstOfRechnung.getIndex(); Prof. U. Aßmann, Softwaretechnologe 12

13 Typschranken generscher Parameter (type bounds) Bespel: Comparable<> als Return-typ n der Collectons-Klasse schert zu, dass de Methode compareto() exstert class class Collectons Collectons /** /** mnmum mnmum functon functon a a Collecton. Collecton. Return Return value value s s typed typed * * wth wth a a generc generc type type wth wth a a type type bound bound */ */ publc publc statc statc < < extends extends Comparable<>> Comparable<>> mn(collecton<> mn(collecton<> ce) ce) Iterator<> Iterator<> ter ter ce.terator(); ce.terator(); curmn curmn ter.next; ter.next; f f (curmn (curmn null) null) return return curmn; curmn; ( ( element element curmn; curmn; ter.hasnext(), ter.hasnext(), element element ter.next) ter.next) f f (element.compareto(curmn) (element.compareto(curmn) < < 0) 0) curmn curmn element; element; return return curmn; curmn; Prof. U. Aßmann, Softwaretechnologe 13

14 Implementerungsmuster Command: Genersche Methoden als Funktonale Objekte n n Funktonalobjekt Funktonalobjekt (Kommandoobjekt) (Kommandoobjekt) st st en en Objekt, Objekt, das das ene ene Funkton Funkton darstellt darstellt (refzert). (refzert). Funktonalobjekte können Been kapseln und später ausführen (lazness) (ntwurfsmuster Command) s gbt ene Standard-Funkton n der Klasse des Funktonalobjektes, das de Be ausführt (Standard-Name, z.b. execute() oder doit()) Zur Laufzet kann man das Funktonalobjekt mt Parametern versehen, herumrechen, und zum Schluss ausführen // A functonal object that s lke a constant // A functonal object that s lke a constant nterface NullaryOpCommand vod execute(); nterface NullaryOpCommand vod execute(); // A functonal object that takes one parameter // A functonal object that takes one parameter nterface UnaryOpCommand<P> P execute(p p1); nterface UnaryOpCommand<P> P execute(p p1); // A functonal object that operates on two parameters // A functonal object that operates on two parameters nterface BnOp<P> P execute(p p1, P p2); nterface BnOp<P> P execute(p p1, P p2); Prof. U. Aßmann, Softwaretechnologe 14

15 Genersche Methoden als Funktonale Objekte Anwendung: Akkumulatoren und andere genersche Lstenoperatonen Collecton <P> BnOp Functonal Accumulate B P C, // An nterface a collecton of bnary operaton on // An nterface a collecton of bnary operaton on // collectons // collectons nterface Functonal<Collecton<P>,B extends BnOp<P>> nterface Functonal<Collecton<P>,B extends BnOp<P>> P compute(collecton<p> p); P compute(collecton<p> p); class Accumulate<C,> mplements Functonal<C,BnOp<>> class Accumulate<C,> mplements Functonal<C,BnOp<>> cursum; element; BnOp<> bnaryoperaton; cursum; element; BnOp<> bnaryoperaton; publc compute(c coll) publc compute(c coll) (nt 0; < coll.sze(); ++) (nt 0; < coll.sze(); ++) element coll.getindex(); element coll.getindex(); cursum bnaryoperaton.execute(cursum,element); cursum bnaryoperaton.execute(cursum,element); return cursum; return cursum; Prof. U. Aßmann, Softwaretechnologe 15

16 Unterschede zu C++ In Java: enmalge Übersetzung des generschen Datentyps Verlert etwas ffzenz, da der Übersetzer alle Typnmaton m genererten Code vergsst und ncht ausnutzt z.b. snd alle Instanzen mt unboxed objects als boxed objects realsert C++ betet Code-Templates (snppets, fragments) an, mt denen man mehr parameterseren kann, z.b. Methoden In C++ können Templateparameter Varablen umbenennen: template class C <class T> T attrbute<t> Templateparameter können Varablen umbenennen Prof. U. Aßmann, Softwaretechnologe 16

17 Was haben wr gelernt Statc vs. dynamc vs. gradual vs. no typng Genersche Datenstrukturen snd Klassenschablonen mt Typ- Parameter Fenere statsche Typserung möglch Genersche Collectons bestzen den lement-typ als Typ-Parameter lement-typ verfenert Object Wenger Casts, mehr Typscherhet Implementerungsmuster Command Prof. U. Aßmann, Softwaretechnologe 17

18 nd Prof. U. Aßmann, Softwaretechnologe 18