Java Weiterführende Arrays. 1 Einleitung. AnPr

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1 Name Klasse Datum 1 Einleitung Für die Speicherung von gleichartigen Daten haben wir Arrays kennen gelernt. Diese eignen sich immer dann, wenn wir eine feste Anzahl gleicher Datenstrukturen (entweder einfache Datentypen, oder Objekte) haben und diese in einer Variablen ablegen möchten. Hierbei wurde folgender Syntax genutzt: Wir erzeugen in diesem Code also ein Array von 6 int Werten, und legen dieses Array in eine Variable für int Arrays ab. Wir werden bei dem Thema Objektorientierung noch sehen, dass es durchaus sinnvoll sein kann, den Typen der Arrayvariablen vom Typen des erzeugten Arrays abweichen zu lassen. Aber fürs erste lassen wir diese beiden Datentypen identisch. Was wir auch gelernt haben war, wie man mehrdimensionale Arrays erzeugen kann. Hierbei werden (für bspw. ein zweidimensionales Array) die beiden Dimensionsgrößen hintereinander geschrieben: Hier haben wir also ein Array geschaffen, welches 6 Zeilen und zwei Spalten aufweist wobei wir hier für uns einfach definiert haben, dass die erste Dimension für die Zeilen und die zweite Dimension für Spalten steht. Woher weiß ich eigentlich, was der Index für Zeilen und welcher für Spalten ist? Antwort: Gar nicht! Es ist nämlich so, dass ein Array einfach nur Dimensionen hat. Ob ich die erste Dimension nun Zeile, Spalte oder sonst wie nenne, ist rein meine Sache. Entscheidend ist hier, was ich im Array ablege und somit wie ich die Daten interpretieren muss. Soweit unser Vorwissen, mit dem wir schon ziemlich weit kommen. Es gibt aber Situationen, welche uns bei diesen Arrays vor sehr schwierigen Aufgaben stellen: Ich habe pro Datensatz in der ersten Dimension nicht immer die gleiche Menge an Werten in der zweiten Dimension. Z.B. in der ersten Dimension habe ich Teams und in der zweiten Teammitglieder, wobei pro Team unterschiedliche Mitgliederanzahlen vorherrschen. Ich weiß beim Erzeugen des Arrays nicht, wie viele Einträge ich eigentlich benötige die Arraygröße soll also flexibel sein. Ich möchte nicht mit Hilfe der Indexposition auf das Array zugreifen, sondern mit Hilfe eines Schlüsselwertes. All diese Anforderungen können vom Array direkt nicht bedient werden. Es wäre zwar Möglich mit Hilfe von eigenen kleinen Unterprogrammen diese Aufgaben zu lösen, aber das würde mitunter umständlich werden. Wir wollen uns nun mit Möglichkeiten beschäftigen, die uns Java für diese Problemstellungen bietet. Dies wären: nicht rechteckige Arrays ArrayList Assoziative Arrays _ArrayPt2_v03.docx Seite 1

2 2 Nicht rechteckige Arrays oder alles Lüge bei n Dimensionen Zuerst muss ich mal eine kleine Notlüge bezüglich mehrdimensionaler Arrays in Java zugeben. Java kann eigentlich gar keine mehrdimensionalen Arrays abbilden. Java tut nur so! Wir sehen uns hierzu mal folgenden Code an: Hier wird ein zweidimensionales Array erzeugt, indem zuerst ein eindimensionales Array erzeugt wird, welches wiederum Arrays aufnehmen kann. Pro Arrayposition der ersten Dimension wird nun ein neues Array erzeugt, welches entsprechend die zweite Dimension darstellt. Wenn wir uns das Ganze nun Grafisch vorstellen, würde man das dergestalt visualisieren, dass man ein äußeres Array mit (in diesem Beispiel) 3 Einträgen hat und pro Eintrag wiederum ein Array mit 6 Datenwerten hat. Die wichtige Information ist nun, dass folgender Code exakt das gleiche Konstrukt liefert, wie der oben abgebildete: int[][] my2dimarray = new int[3][6]; Dies hat nun weitreichende Konsequenzen. Sehen wir uns nun folgenden Code an und versuchen ihn zu interpretieren: Das Besondere ist nun, dass man also aus einem zweidimensionalen Array eine Zeile einfach auslesen kann was im Prinzip lediglich das Ansprechen eines Eintrags des Arrays der obersten Dimension ist. In der Variable teammitglieder steht somit folgendes Array: {"Erna", "Franz", "Gustav", "Heinz"}. Um nun zu beweisen, dass wir hier von ein und demselben Array sprechen, ergänzen wir den Code: teammitglieder[0] = "Erika"; System.out.println(teams[1][0]); Seite 2

3 Java Weiterführende Arrays Wie Du siehst, wurde in dem herausgelösten Array der Name Erna durch Erika ersetzt. Bei der Ausgabe wurde nun wieder auf das ursprüngliche zweidimensionale Array zugegriffen und siehe da auch hier ist die Erna nicht mehr da. Diese Erkenntnis können wir nun nutzen, um den ursprünglichen Gedanken der nicht rechteckigen Arrays weiterzuverfolgen. Ändern wir unseren Code nun wie folgt ab: Nun haben wir also die Situation, dass im Team auf Indexposition 1 fünf Einträge sind, also einer mehr als bei den beiden anderen Teams. Abgesehen davon, dass das unfair ist, sollte uns dieses Beispiel klar machen, dass wir also unterschiedlich große Einträge in den jeweiligen Positionen durchführen können. Wir halten also fest: Ein Array kann mehrere Dimensionen aufweisen. In Java ist ein mehrdimensionales Array eine Ineinanderschachtelung von eindimensionalen Arrays. Die Größe der Arraydimensionen wird bei der Erzeugung des Arrays festgelegt - entweder mit dem Schlüsselwort new, oder als Konstantwerte in geschweiften Klammern. Bei einem Syntax int[][] myarray = new int[3][6] wird ein rechteckiges Array angelegt, was soviel bedeutet wie jede Zeile hat die gleiche Anzahl an Datensätzen. Bei einem Syntax int[][] myarray = new int[3][] wird ein eindimensionales Array der Länge 3angelegt, welches pro Eintrag drei beliebig lange Integer Arrays aufnehmen kann. Mit myarray[0] = new int[6] wird in die erste Position des Arrays ein Integerarray der Länge 6 geschrieben. Wenn die Längen der Integerarrays unterschiedlich sind, spricht man von einem nicht rechteckigen Array. Zusatzinfo: Im Regelfall nutzen wir keine nicht rechteckigen Arrays. Solche Arrays machen den Code nicht unbedingt übersichtlicher. Trotzdem soll auf die Existenz hingewiesen werden, damit wir uns der Möglichkeit bewusst sind. 3 ArrayList wenn man hinterher erst schlauer ist Sehr häufig kommt es vor, dass man dynamische Listen erstellen muss also die Größe der Liste sich während der Programmausführung ständig ändern kann. Hier stoßen die Arrays (zumindest in Java) an ihre Grenzen. Skriptorientierte Sprachen wie bspw. Javascript haben damit kein Problem, Java Programmierer müssen sich hier etwas anderes ausdenken. Das Zauberwort hier heißt Array- List. Dieses Konstrukt erlaubt es uns, zu jeder Zeit Einträge hinzuzufügen und welche zu entfernen. Da eine ArrayList eben eine ArrayList und kein Array ist, sehen die Zugriffsformen entsprechend anders aus als bei einem Array. Hier müssen wir ein paar neue Methoden lernen, was aber recht intuitiv ist. Seite 3

4 Folgender Code soll die Nutzung verdeutlichen: Die ArraList Klasse versteckt sich in der Bibliothek util und muss somit importiert werden. Danach erzeugen wir ein ArrayList Objekt. Hier kommt ein neues Syntaxelement auf uns zu die Typisierung der raw Klasse. Die ArrayList ist eigentlich so aufgebaut, dass sie jegliche Objekte aufnehmen kann und somit vom inneren Aufbau her alle Daten vom Typ Object verarbeitet. Das ist aber vom Handling her recht umständlich, da die get Methode demnach auch immer nur Elemente vom Typ Object zurückgibt und wir für die Weiternutzung einen Typecast durchführen müssten. Dieser Typecast wird uns abgenommen, wenn wir bei der ArrayList in spitzen Klammern den eigentlichen Datentyp eintragen in unserem Beispiel eben <String>. Wer nun schon etwas in die objektorientierte Programmierung hineingeschnuppert hat weiß nun aber, dass ArrayList Objekte somit keine einfachen Datentypen aufnehmen können, sondern nur Objekte. Wer aber trotzdem bspw. ganze Zahlen in einer ArrayList ablegen möchte, muss mit den Wrapperklassen arbeiten: ArrayList<Integer> myarraylist = new ArrayList<Integer>(); Nun können wir mit der Methode add die einzelnen Elemente einfügen. Der get Befehl liest sie wieder aus, wobei der Parameter die Position in der ArrayList festlegt. Wenn wir nun an einer bestimmten Position etwas einfügen, so müssen wir eine andere add Methode verwenden und zwar diejenige mit einem Indexparameter (bspw. add(3,"h") ). Hier wird dann ein Element an die entsprechende Position gesetzt. Aber Achtung alle nachfolgenden Elemente verschieben sich dann um eine Position. Gelöscht werden Elemente mit der remove() Methode, welche ebenfalls die Indexposition als Parameter verlangt. Hier werden sich die nachfolgenden _Elemente entsprechend wieder nach links verschieben. Wenn wir lediglich ein Element austauschen wollen, so müssen wir die Methode set verwenden. Folgende Methode würde also aus einer ArrayList den ersten Eintrag durch das H ersetzten: mystringarraylist.set(0, "H"); Ich habe mal etwas von einem Vector gehört. Ist das nicht das gleiche, wie eine ArrayList? Antwort: Die wesentlichen Eigenschaften sind identisch. Der eigentliche Unterschied ist, dass der Vector synchronized ist, was bedeutet, dass verschiedene Threads sicher auf das Objekt zugreifen können, ohne sich gegenseitig zu stören und somit Dateninkonsistenzen erzeugen. Für uns ist das jedoch (noch) nicht von Relevanz und demnach empfehle ich (und auch Oracle ) die Nutzung von ArrayLists. Seite 4

5 Java Weiterführende Arrays Wir halten also fest: Eine ArrayList kann dynamisch erweitert oder verkürzt werden. ArrayLists sollten bei der Deklaration den Typ der aufzunehmenden Klasse angeben. Dies geschieht in spitzen Klammern: ArrayList<String>. Die Methode add fügt ein Element in die ArrayList ein. Wird kein int-parameter angegeben, so geschieht es am Ende. Existiert ein int-parameter, so sorgt er dafür, dass das Element an der angegebenen Position eingefügt wird. Mit remove wird das angegebene Element gelöscht. Mit set kann ein Element ausgetauscht werden. Mit get wird das angegebene Element ausgelesen. Wenn die Klasse angegeben wurde, so hat das Element den angegebenen Datentyp. Zusatzinfo: Intern nutzt die ArrayList ein Array was für uns allerdings verborgen bleibt. Lediglich die capacity gibt uns Rückschlüsse auf dieses Array. Es gibt bspw. einen Konstruktor, welcher die initiale capacity vorgibt also die Größe des intern genutzten Arrays. Wenn man vorher schon ungefähr weiß, wie groß die Datenmenge sein wird, kann das Performancevorteile bringen. Trotzdem kümmert sich Java automatisch um die Größenanpassung dieses Arrays, sollte der Platz nicht mehr ausreichend sein. 4 Assoziative Arrays wer ist schon gerne nur eine Nummer? Bis dato haben wir in Arrays stets die Indexposition benötigt, um an die einzelnen Elemente zu kommen. Dies ist durchaus praktisch, da wir hiermit eine eindeutige Adressierung jedes einzelnen Eintrages haben und somit unsere Elemente sicher identifizieren können. Es gibt aber Situationen, bei denen wir nicht über eine Indexposition zugreifen möchten, sondern bspw. über einen Namen oder ähnlichen Kennzeichnungen. Hier bieten sich die sogenannten assoziativen Arrays an. Java bietet gleich eine ganze Fülle solcher Arrays an: HashMap Hashtable (wie Hashmap, nur synchronized ) LinkedHashMap (merkt sich die Einfügereihenfolge) TreeMap (bildet die Keys in einem schnell durchsuchbaren Baum ab) In diesem Kapitel werden wir uns nur mit der HashMap und HashTable beschäftigen, wobei das wesentliche Handling der anderen beiden Klassen sich nicht wirklich unterscheidet der Unterschied liegt eher in der inneren Umsetzung. Nun, wie können wir uns nun diese HashMaps vorstellen? Prinzipiell funktioniert das wie in einer Schulklasse. Die Schüler sitzen mehr oder weniger geordnet im Klassenzimmer. Wenn der Lehrer jemanden ansprechen möchte, dann sagt er nicht Die Schülerin in der hintersten Reihe, dritte von rechts solle sich melden, sondern er spricht sie mit dem Namen an. Genau so läuft es mit den assoziativen Arrays. Jeder Eintrag bekommt einen Namen eigentlich einen Key. Dieser muss somit eindeutig innerhalb des Arrays sein, um den Eintrag eindeutig identifizieren zu können. Man spricht hier auch von Schlüssel/Wert Paaren). Das Besondere ist nun, dass wir jede Klasse, welche die Methoden hashcode und equals aufweist, als Key verwenden können. hashcode liefert einen Code, welcher als Schlüssel zum Auffinden des Elements verwendet wird und equals kennen wir ja bereits aus der String Methode hier wird auf inhaltliche Gleichheit Seite 5

6 geprüft. Wir sehen hier wieder den Syntax mit den spitzen Klammern, welchen wir bei ArrayLists bereits gesehen haben. Auch hier gilt, wir können in die HashMap nur Objekte eintragen, keine einfachen Datentypen. Der oben stehende Code erzeugt eine HashMap. In diesem Beispiel habe ich den Key als String vorgegeben und die Elemente (also die Werte, welche ich später suchen möchte) als Integer wir wollen somit zu jedem Namen eine Zahl, bspw. das Alter, einfügen. Wenn wir später objektorientiert arbeiten, können wir als Wertelement beliebige Klassen vorsehen. Die Methode put fügt ein Schlüssel/Wert Paar ein. Wo in der HashMap dies geschieht ist für uns irrelevant. Wir haben ja den Key, der uns eindeutig zu unserem Wert führt. Danach habe ich die Werte eingetragen, indem ich jedem Wert noch einen Schlüssel mitgegeben habe. Dieser muss eindeutig sein taucht ein Schlüssel ein zweites mal auf, so wird der vorausgegangene Wert einfach überschrieben. Im Code habe ich nun eine Stringvariable mykey deklariert und mit einem Schlüsselwert belegt hier der Name Frieda. Nun fischen wir uns den Eintrag von Frieda mit folgendem Code aus unserer HashMap: myhashmap.get(mykey); Schon haben wir das Alter von Frieda herausgefunden. Was passiert eigentlich, wenn ich in dem oberen Beispiel einen Schlüssel suche, der gar nicht existiert, wie bspw. Paul? Antwort: Die HashMap würde den Wert null liefern. Da wir ja eine Integerklasse als Wert (und nicht der einfache Datentyp int ) vorgesehen haben, kann die HashMap auch null zurückliefern. Nun wollen wir uns noch mal ein paar nützliche Methoden der HashMap ansehen, welche uns den Umgang mit den Hashmaps erleichtern werden. Beginnen wir mit den contains Methoden. Diese zeigen uns an, ob ein Key oder ein Value existiert: myhashmap.containskey("frieda"); myhashmap.containsvalue(21); Beide Methoden liefern einen boolean Wert zurück. containskey liefert true, wenn das angegebene Argument (in unserem Beispiel Frieda ) als Schlüssel in der HashMap existiert. containsvalue liefert uns true zurück, wenn der angegebene Wert (in unserem Beispiel 21) mindestens einmal als Wert existiert. Was ebenfalls sehr von Nutzen sein kann, ist die Erzeugung einer Enumeration. Diese Funktion wird allerdings nicht von HashMaps unterstützt hier muss man über Collections gehen, was aber umständlicher ist. Eine Enumeration ist ein Objekt, welches mir ermöglicht sämtliche Elemente einer Hashtable sequenziell abzuarbeiten. Sehen wir uns hierfür folgenden Code an, welcher im Wesentlichen dem oberen gleicht, es wird lediglich mit einer Hashtable gearbeitet und über eine Enumeration ausgelesen. Seite 6

7 Java Weiterführende Arrays Der obere Teil ist also Identisch mit dem Code der HashMap, nur dass wir eine Hashtable nutzen. Nachdem wir unsere Hashtable mit Werten belegt haben, erzeugen wir ein Enumeration Objekt, welches im Prinzip eine Aneinanderreihung von Elementen ist, auf die ich sequenziell zugreifen kann. Zwei wesentliche Methoden sind zu beachten: nextelement() liefert das aktuelle Element und schiebt den Zeiger auf das nächste Element weiter. hasmoreelements() ist solange auf true, wie noch nicht alle Elemente ausgelesen wurden. Wer alle Schlüssel aus einer Hashtable auslesen möchte, der kann auch diese in eine Enumeration laden: myhashtable.keys() Entfernt werden die Elemente wiederum über den Key: myhashtable.remove(key); Wir halten also fest: Assoziative Arrays bilden Schlüssel/Wertpaare ab. Sowohl die Schlüssel, als auch die Werte müssen Objekte sein. Aus den Schlüsseln müssen sich Hashes erzeugen lassen können. Sie müssen innerhalb des Arrays eindeutig sein. Mit put werden die Schlüssel/Wertpaare abgelegt. Mit get(key) werden die Werte zum vorgegebenen Schlüssel ausgelesen. Mit remove(key) wird das Element zum angegebenen Schlüssel gelöscht. Man kann mit containskey bzw. containsvalue feststellen, ob ein gegebener Schlüssel bzw. ein gegebener Wert in dem Array vorhanden ist. Bei Hashtables können alle Werte, bzw. alle Schlüssel sequenziell ausgelesen werden, indem man mit.elements() bzw..keys() eine Enumeration erzeugt. Diese Enumerations liest man sequenziell mit der Methode nextelement() aus, bis die Methode hasmoreelements() den Wert false liefert. Zusatzinfo: Auch die Hashtable bietet einen Konstruktor mit einer initialen Kapazität an. Darüber hinaus gibt es noch den Wert des loadfactors, was im Wesentlichen angibt, bei welchem Füllgrad sich Java um die Erhöhung der Kapazität kümmert. Wer spezielles Verhalten seiner Hashtable bzw. Hashmap haben möchte, der sollte sich die Doku zum loadfactor ansehen für die meisten Nutzer reicht der normale Konstruktor ohne Parameter völlig aus. Seite 7

8 5 Lizenz Diese(s) Werk bzw. Inhalt von Maik Aicher ( steht unter einer Creative Commons Namensnennung - Nicht-kommerziell - Weitergabe unter gleichen Bedingungen 3.0 Unported Lizenz. Seite 8