Einstieg in die Informatik mit Java

Transkript

1 1 / 26 Einstieg in die Informatik mit Java Felder, mehrdimensional Gerd Bohlender Institut für Angewandte und Numerische Mathematik

2 Gliederung 2 / 26 1 Überblick: mehrdimensionale Felder 2 Vereinbarung mehrdimensionaler Feldern 3 Erzeugen mehrdimensionaler Feldern 4 Zugriff auf Feldkomponenten 5 Felder als Objekte, Referenzen Kopieren von Feldern mit System.arraycopy() 6 Initialisierung von Feldern

3 Gliederung 3 / 26 1 Überblick: mehrdimensionale Felder 2 Vereinbarung mehrdimensionaler Feldern 3 Erzeugen mehrdimensionaler Feldern 4 Zugriff auf Feldkomponenten 5 Felder als Objekte, Referenzen Kopieren von Feldern mit System.arraycopy() 6 Initialisierung von Feldern

4 4 / 26 Überblick: mehrdimensionale Felder Felder sind in Java im Prinzip nur eindimensional (Vektoren). Mehrdimensionale Felder können aber als Felder mit einem anderen Feldtyp als Komponententyp realisiert werden. : Matrix Vektor von Vektoren. : Monitorbild Monitorbild = Vektor von Bildzeilen, Bildzeile = Vektor von Bildpunkten, Bildpunkt = Vektor von 3 Farbkomponenten (rot, grün, blau).

5 Gliederung 5 / 26 1 Überblick: mehrdimensionale Felder 2 Vereinbarung mehrdimensionaler Feldern 3 Erzeugen mehrdimensionaler Feldern 4 Zugriff auf Feldkomponenten 5 Felder als Objekte, Referenzen Kopieren von Feldern mit System.arraycopy() 6 Initialisierung von Feldern

6 6 / 26 Vereinbarung mehrdimensionaler Feldern Syntax Komponententyp [ ] Bezeichnerliste; Hierbei ist der Komponententyp ein Feldtyp, der selbst wieder mit [ ] endet. double [ ] [ ] mat ; / / M a t r i x = Vektor von Vektoren / / Komponententyp i s t double [ ] i n t [ ] [ ] [ ] b i l d ; / / M o n i t o r b i l d / / n i c h t empfohlene Notation : i n t a, b [ ] [ ], c ; / / nur b i s t Feld

7 Gliederung 7 / 26 1 Überblick: mehrdimensionale Felder 2 Vereinbarung mehrdimensionaler Feldern 3 Erzeugen mehrdimensionaler Feldern 4 Zugriff auf Feldkomponenten 5 Felder als Objekte, Referenzen Kopieren von Feldern mit System.arraycopy() 6 Initialisierung von Feldern

8 Erzeugen mehrdimensionaler Feldern Felder können auf die folgenden Weisen erzeugt werden: (1) Mit dem Operator new bei der Initialisierung, i n t [ ] [ ] a = new i n t [ 3 ] [ 4 ] ; / / Tabelle mit 3 Zeilen, 4 Spalten (2) durch eine geschachtelte Initialisiererliste bei der Deklaration, i n t [ ] [ ] b = {{1, 2, 3}, {4, 5, 6}}; / / / / / 26

9 Erzeugen mehrdimensionaler Feldern 9 / 26 (3) durch Zuweisung eines mit new erzeugten Feldes, i n t [ ] [ ] c ;... c = new i n t [ 3 ] [ 4 ] ; (4) durch eine Kombination aus (2) und (3). i n t [ ] [ ] d ;... d = new i n t [ ] [ ] {{1,2,3},{4,5,6}};

10 Gliederung 10 / 26 1 Überblick: mehrdimensionale Felder 2 Vereinbarung mehrdimensionaler Feldern 3 Erzeugen mehrdimensionaler Feldern 4 Zugriff auf Feldkomponenten 5 Felder als Objekte, Referenzen Kopieren von Feldern mit System.arraycopy() 6 Initialisierung von Feldern

11 11 / 26 Zugriff auf Feldkomponenten In der Regel muss bei mehrdimensionalen Feldern für jede Dimension ein int Ausdruck als Index angegeben werden: Feldname [ Index 1 ] [ Index 2 ]... Sei f ein zweidimensionales Feld. Mit den int Ausdrucken i und j bezeichnet f[i][j] das Feldelement von f in der i-ten Zeile und j-ten Spalte. Achtung Die Schreibweise Feldname [ Index 1, Index 2 ] ist nicht erlaubt. i n t [ ] [ ] f = {{1,2}, {3,4}}; f[0][0] f[0][1] f[1][0] f[1][1]

12 Nebeneffekte, Indexausdrücke 12 / 26 Indexausdrücke werden von links nach rechts ausgewertet, unabhängig von der Priorität und Assoziativität der Operatoren. : Plus und Mal i n t [ ] f e l d = {1,2,3,4}; i n t i =0; System. out. p r i n t l n ( f e l d [++ i ] + f e l d [++ i ] f e l d [++ i ] / / f e l d [ 1 ] + f e l d [ 2 ] f e l d [ 3 ] / / ) ; / / e r g i b t 14 : Zuweisungen i = 0; f e l d [++ i ] = f e l d [++ i ] = f e l d [++ i ] ; / / f e l d [ 1 ] = f e l d [ 2 ] = f e l d [ 3 ] ; / / e r g i b t

13 Nebeneffekte, Indexausdrücke mehrdimensionales Feld 13 / 26 Die Indexausdrücke eines mehrdimensionalen Feldes werden ebenfalls von links nach rechts ausgewertet. i n t [ ] [ ] mat = {{1,2,3},{4,5,6}}; i n t i =0; System. out. p r i n t l n ( mat[++ i ] [ + + i ] ) ; / / e r g i b t 6

14 Referenzen auf Zeilenanfänge 14 / 26 Beim Zugriff auf die Komponenten eines mehrdimensionalen Feldes müssen nicht alle Indizes angegeben werden. Dann sind nicht die Komponenten gemeint, sondern Referenzen auf Teilstrukturen. double [ ] [ ] mat = {{1,2}, {3,4}}; Notation mat[i][j] mat[i] mat Bedeutung Zahl in Zeile i, Spalte j Referenz auf Anfang von Zeile i Referenz auf Matrix

15 Unterschiedliche Zeilenlänge 15 / 26 Bei einem mehrdimensionalen Feld f müssen nicht alle Zeilen gleich lang sein. double [ ] [ ] dreieck = {{1}, {2,3}, {4,5,6}}; / / Dreiecksmatrix der Form / / 1 / / 2 3 / / 4 5 6

16 Zugriff auf Feldlänge 16 / 26 Bei einem zweidimensionalen Feld f bezeichnet f.length die Anzahl der Zeilen. Die Länge der i-ten Zeile wird bezeichnet durch f[i].length Entsprechendes gilt bei anderen mehrdimensionalen Feldern. double [ ] [ ] mat = new double [ 3 ] [ 4 ] ;... for ( i n t i =0; i <mat. l e n g t h ; ++ i ) / / a l l e Z e i l e n for ( i n t j =0; j <mat [ i ]. l e n g t h ; ++ j ) / / Spalten System. out. p r i n t l n ( mat [ i ] [ j ] ) ; / / ausgeben

17 17 / 26 Mehrdimensionale Felder e double [ ] [ ] [ ] quader = new double [ 4 ] [ 2 ] [ 3 ] ; / / 4x2x3 = 24 double Zahlen, Z u g r i f f z. B. : quader [ 1 ] [ 1 ] [ 2 ] = ; double [ ] [ ] quadrat = {{ 1, 2 },{ 3, 4 } } ; / / 2x2 Matrix, Z u g r i f f z. B. : System. out. p r i n t l n ( quadrat [ 0 ] [ 0 ] ) ; / / g i b t 1 aus double [ ] [ ] dreieck = {{ 1 },{ 2, 3 },{ 4, 5, 6 } } ; / / Dreiecksmatrix, Z u g r i f f z. B. : dreieck [ 2 ] [ 2 ] = dreieck [ 0 ] [ 0 ] + 6; / / aus 6 wird 7 Achtung Wie im letzten erkennbar, darf die Zeilenlänge durchaus auch unterschiedlich sein! Der Zugriff auf nicht existente Elemente ist verboten, z.b. erzeugt dreieck[0][1] einen Fehler.

18 Matrixaddition 18 / 26 import java. u t i l. ; public class AddMat { public s t a t i c void main ( S t r i n g [ ] args ) { Locale. s e t D e f a u l t ( Locale.US ) ; Scanner sc = new Scanner ( System. i n ) ; double [ ] [ ] a, b ; System. out. p r i n t ( Dimension = ) ; i n t dim = sc. n e x t I n t ( ) ; a = new double [ dim ] [ dim ] ; b = new double [ dim ] [ dim ] ; for ( i n t i =0; i <a. length ; ++ i ) { for ( i n t j =0; j <a [ i ]. l e n g t h ; ++ j ) { a [ i ] [ j ] = sc. nextdouble ( ) ; b [ i ] [ j ] = sc. nextdouble ( ) ; } } for ( i n t i =0; i <a. length ; ++ i ) { for ( i n t j =0; j <a [ i ]. l e n g t h ; ++ j ) System. out. p r i n t ( ( a [ i ] [ j ]+ b [ i ] [ j ] ) + ) ; System. out. p r i n t l n ( ) ; } } }

19 Mehrdimensionale Felder, Ergänzungen Die Dimensionsangaben dürfen ganzzahlige Ausdrücke sein (jedoch nicht vom Typ long). i n t dim = scanner. n e x t I n t ( ) ; double [ ] [ ] mat1 = new double [ dim ] [ dim ] ; double [ ] [ ] mat2 = new double [ dim +1][2 dim ] ; Die Angabe der ersten Dimension ist notwendig, die weiteren können entfallen. double [ ] [ ] matrixa = new double [ 3 ] [ ] ; Es wird nur ein Vektor von Referenzen auf die Zeilen angelegt, die Zeilen selber existieren noch nicht! 19 / 26

20 Mehrdimensionale Felder Schrittweise Erzeugung double[][] matrixb = new double[3][5]; 20 / 26 double [ ] [ ] matrixb ; matrixb??? (Variable matrixb ist nicht initialisiert) matrixb = new double [ 3 ] [ ] ; null matrixb null null for ( i n t i =0; i <3; ++ i ) matrixb [ i ] = new double [ 5 ] ; matrixb

21 Gliederung 21 / 26 1 Überblick: mehrdimensionale Felder 2 Vereinbarung mehrdimensionaler Feldern 3 Erzeugen mehrdimensionaler Feldern 4 Zugriff auf Feldkomponenten 5 Felder als Objekte, Referenzen Kopieren von Feldern mit System.arraycopy() 6 Initialisierung von Feldern

22 Felder als Objekte, Referenzen 22 / 26 Bei der Wertzuweisung (auch bei Parameterübergabe und Ergebnisrückgabe in Methoden) werden nur die Referenzen bearbeitet, nicht jedoch der Inhalt der Felder. Dasselbe gilt für Vergleiche mittels a==b und mit der Methode equals(). Abhilfe: entweder alles in Schleife bearbeiten oder die Methode clone() zum Kopieren eines Feldes verwenden. Da das Ergebnis von clone() vom Typ Object ist, muss es noch per Typecast in den gewünschten Feldtyp umgewandelt werden. double [ ] a = new double [ 3 ] ; double [ ] b, c ; / / Referenzen / / Aliasname erzeugen b = a ; / / Klon = komplette Kopie e r s t e l l e n c = ( double [ ] ) a. clone ( ) ;

23 23 / 26 Mehrdimensionales Klonen Achtung clone() bearbeitet nur die oberste Ebene, bei mehrdimensionalen Feldern muss clone() mehrfach aufgerufen werden! double [ ] [ ] a = { {1.0, 2.3}, {3.14, 4.56} } ; double [ ] [ ] b, c ; / / Referenzen / / Aliasname erzeugen b = a ; / / Klon = komplette Kopie e r s t e l l e n / / 1. Referenzve ktor klonen c = ( double [ ] [ ] ) a. clone ( ) ; / / 2. a l l e Z eilen klonen for ( i n t i =0; i <a. l e n g t h ; i ++) c [ i ] = ( double [ ] ) a [ i ]. clone ( ) ;

24 24 / 26 Kopieren von Feldern mit System.arraycopy() Syntax System.arraycopy (Quelle,Quellindex, Ziel,Zielindex,Laenge); i n t [ ] a = {0, 1, 2, 3, 4, 5}; i n t [ ] b = new i n t [ 1 0 ] ; / / b [ 0 ] = 0,..., b [9]=0 System. arraycopy ( a, 2, b, 4, 3 ) ; / / b [ 4 ] = 2, b [ 5 ] = 3, b [6]=4 b Weitere Bearbeitungsmöglichkeiten für Felder sind in Array und Arrays zu finden, z.b. Methoden zum Sortieren.

25 Gliederung 25 / 26 1 Überblick: mehrdimensionale Felder 2 Vereinbarung mehrdimensionaler Feldern 3 Erzeugen mehrdimensionaler Feldern 4 Zugriff auf Feldkomponenten 5 Felder als Objekte, Referenzen Kopieren von Feldern mit System.arraycopy() 6 Initialisierung von Feldern

26 Initialisierung von Feldern 26 / 26 Einfache lokale Variablen werden nicht automatisch initialisiert. Feldelemente werden (wie alle Objekte) automatisch initialisiert (je nach Komponententyp mit 0, 0.0, false, null). Die Referenzvariable auf das Feld wird (als lokale Variable) nicht initialisiert. i n t a ; System. out. p r i n t l n ( a ) ; / / Fehler i n t [ ] b = new i n t [ 3 ] ; System. out. p r i n t l n ( b ) ; / / okay, Referenz Code System. out. p r i n t l n ( b [ 1 ] ) ; / / okay, 0 i n t [ ] c ; System. out. p r i n t l n ( c ) ; / / Fehler System. out. p r i n t l n ( c [ 0 ] ) ; / / Fehler