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1 Vorlesung Programmieren 15 Java API Prof. Dr. Ralf H. Reussner Version 1.0 LEHRSTUHL FÜR SOFTWARE-DESIGN UND QUALITÄT (SDQ) INSTITUT FÜR PROGRAMMSTRUKTUREN UND DATENORGANISATION (IPD), FAKULTÄT FÜR INFORMATIK sdq.ipd.kit.edu KIT Universität des Landes Baden-Württemberg und nationales Forschungszentrum in der Helmholtz-Gemeinschaft

2 Organisatorisches: Programmieren SS 2015 Programmieren-Vorlesung findet nächstes Semester nicht statt Tutorien finden nächstes Semester auch nicht statt Der Übungsschein kann trotzdem erworben werden 6 Übungsblätter 50 % der Gesamtpunkte zum Erwerb des Scheines 2

3 Literaturhinweis - Weiterlesen Dietmar Ratz, Jens Scheffler, Detlef Seese und Jan Wiesenberger Grundkurs Programmieren in Java, 7. Auflage, 2014 (mit Java 8), Hansa-Verlag Kapitel 12 Einige wichtige Hilfsklassen Anhang C Umgang mit der API-Spezifikation 3

4 Java API API: Application Programming Interface Sammlung von Klassen / Paketen für häufig benötigte Funktionalität Das Rad nicht immer wieder neu erfinden. Erlaubt Java-Programmierung auf höherer Ebene Klassen, die Sie bereits kennen: Object, String, Math, Enum, Comparable, Wrapper-Klassen,... Beschreibung / Dokumentation unter Wichtige Pakete: java.lang: Basisfunktionalität (Object, String, Math, Enum,...) java.util: Java Collections Framework / Zeit- und Datumsfunktionen,... java.io: Ein- und Ausgabe 4

5 Java API 5

6 Das Java Collections Framework Collection = Sammlung von Objekten Java Collection Framework: Einheitliche Architektur zur Repräsentation und Manipulation von Collections Abstraktion von der Implementierung Verringerung des Programmieraufwands 14 generische Interfaces mit jeweils mehreren Implementierungen Hauptinterfaces: Collections Map Set List Queue SortedMap SortedSet 6

7 Das Interface Collection<E> Alle Collection-Interfaces sind generisch: public interface Collection<E> {... } Collection<E> trifft keine Aussage darüber, ob die Elemente der Collection geordnet sind die Collection Duplikate enthält Collection<E> wird verwendet, wenn möglichst wenig Einschränkungen gelten sollen bzw. bekannt sind. Set, List und Queue sind spezifischere Collections 7

8 Das Interface Collection<E> Collection<E> definiert folgende Methoden: public interface Collection<E> extends Iterable<E> { int size(); boolean isempty(); boolean contains(object element); boolean add(e element); boolean remove(object element); Iterator<E> iterator(); } boolean containsall(collection<?> c); boolean addall(collection<? extends E> c); boolean removeall(collection<?> c); void clear(); Object[] toarray(); <T> T[] toarray(t[] a); 8

9 Exkurs: Wildcards in generischen Typen In generische Typen kann als Typ-Parameter auch? verwendet werden Bsp.: Collection<?> c unbounded wildcard Das? steht für einen beliebigen, aber festen Typ Über den Typ? dürfen keine Annahmen gemacht werden Es gibt drei Arten von Wildcards in generischen Typen: <?> <? <? super super [T]> Animal> <? <? extends [T]> Animal> class Object is-a class LivingOrganism is-a class Animal is-a class Plant is-a class Mammal is-a class Bird is-a class Dog is-a class Cat 9 9

10 Exkurs: Kovarianz / Invarianz Kovarianz und Invarianz beschreiben die Vererbungsrichtung z.b. bei Container- Klassen Arrays in Java: kovariant Integer Unterklasse von Number Integer[] Unterklasse von Number[] Beispiel: Number[] a = new Integer[1]; a[0] = new Integer(4); // ok Generics in Java: invariant keine Ableitungsbeziehung zwischen z.b. ArrayList<Number> und ArrayList<Integer> Beispiel: ArrayList<Number> a = new ArrayList<Integer>(); Mit Bounded Wildcards : // Kompilierfehler List<? extends Number> b = new ArrayList<Integer>();// ok b.add(new Integer(42)); // Kompilierfehler 10

11 Exkurs: Wildcards mit generischen Typen Richtlinien zur Verwendung von Wildcards: bounded wildcards (List<? extends T>) kann man sich grob als read only -Typ vorstellen (keine Modifikationen z.b. mit add möglich) List<?> vs. List<Object>: List<?>: homogene Liste von Elementen (gleicher, aber unbekannter Typ) List<Object>: heterogene Liste (unterschiedliche Elementtypen möglich) Beispiel: List<Object> ol = new ArrayList<Object>(); ol.add(new Integer(42)); List<?> wl = new ArrayList<Integer>(); wl.add(new Integer(42)); // ok // Kompilierfehler 11

12 Nochmals: Das Interface Collection<E> Collection<E> definiert folgende Methoden: public interface Collection<E> extends Iterable<E> { int size(); boolean isempty(); boolean contains(object element); boolean add(e element); boolean remove(object element); Iterator<E> iterator(); } boolean containsall(collection<?> c); boolean addall(collection<? extends E> c); boolean removeall(collection<?> c); void clear(); Object[] toarray(); <T> T[] toarray(t[] a); 12

13 Sub-Interfaces von Collection<E> List<E> geordnete Collection; kann Duplikate enthalten; Zugriff auf Elemente mittels Index Implementierungen: ArrayList, LinkedList Set<E> keine Duplikate; modelliert mathematische Menge Implementierungen: HashSet, TreeSet SortedSet<E> keine Duplikate; aufsteigend sortiert Implementierungen: TreeSet 13

14 Das Interface Map<K,V> Modelliert eine mathematische Funktion von K nach V K: Schlüssel, V: Werte Auf Grund Funktionseingeschaft: Eine Map enthält keinen Schlüssel mehrmals Jeder Schlüssel bildet auf höchstens einen Wert ab public interface Map<K,V> { V put(k key, V value); V get(object key); V remove(object key); boolean containskey(object key); boolean containsvalue(object value); int size(); boolean isempty(); } void putall(map<? extends K,? extends V> m); void clear(); public Set<K> keyset(); public Collection<V> values(); 14

15 Map<K,V>: Beispiel Map<K,V> unter anderem Implementiert von TreeMap<K,V> Beispiel: Map<String,Integer> mountains = new TreeMap<String,Integer>(); mountains.put( Mount Everest, 8848); mountains.put( K2, 8611); mountains.put( Lhotse, 8516); System.out.println(mountains.containsKey( Lhotse )); // Ausgabe: true System.out.pritnln(mountains.get( K2 )); // Ausgabe: 8611 System.out.println(mountains.get( Zugspitze )); // Ausgabe: null berge.remove( K2 ); System.out.println(mountains.size()); // Ausgabe: 2 System.out.println(mountains.values()); // Ausgabe: [8848, 8516] 15

16 Die Klasse Collections Die Klasse Collections enthält statische Methoden zum Umgang mit einer Collection: public static boolean disjoint(collection<?> c1, Collection<?> c2) // true, falls kein Element sowohl in c1 als auch in c2 enthalten ist public static int frequency(collection<?> c, Object o) // Anzahl der Elemente in c, die gemäß equals identisch zu o sind public static void reverse(list<?> l) // Kehrt die Reihenfolge der Elemente in l um public static <T> boolean replaceall(list<t> l, T oldv, T newv) // Ersetzt jedes zu oldv identische Element in l durch newv public static <T extends Comparable<? super T>> void sort(list<t> l) // Sortiert l gemäß der Methode compareto des Typs T public static <T> void sort(list<t> list, Comparator<? super T> c) // Sortiert l gemäß Comparator c 16

17 Das Paket java.io java.io enthält Klassen zur Ein- und Ausgabe durch Datenströme und Dateien Die wichtigsten Klassen zur Ein- und Ausgabe sind: Byte-basiert (byte streams): InputStream und OutputStream FileInputStream und FileOutputStream Zeichen-basiert (character streams): Reader und Writer InputStreamReader und OutputStreamWriter FileReader und FileWriter Mit Puffer (Zwischenspeicher): BufferedInputStream und BufferedOutputStream BufferedReader und BufferedWriter 17

18 Ein- und Ausgabe in Java Beispiel 1: Lesen von Zeichen der Standardeingabe in einen String String s = new String(); InputStreamReader isr = new InputStreamReader(System.in); int c = isr.read(); while (c!= -1) { s += (char) c; c = isr.read(); } Beispiel 2: Schreiben von Zeichen eines Strings auf die Standardausgabe OutputStreamWriter osw = new OutputStreamWriter(System.out); for (int i = 0; i < s.length(); i++) { osw.write(s.charat(i)); } osr.flush(); 18

19 Ein- und Ausgabe in Java Die Klassen in java.io realisieren das Design Pattern Decorator: Erlaubt, zusätzliche Funktionalität zur Laufzeit zu einzelnen Objekten hinzuzufügen Beispiel: OutputStream os = new FileOutputStream( file.txt ); // Byte-weises schreiben in Datei OutputStream bos = new BufferedOutputStream(os); //...mit Ausgabepuffer OutputStream dbos = new DeflaterOutputStream(bos); //...und mit Kompression der Ausgabe (ZIP) 19

20 Java Puzzlers Joshua Bloch, Neal Gafter: Java Puzzlers Video: Java Puzzlers URL: 20

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