Institut für Informatik

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1 Technische Universität München Institut für Informatik Lehrstuhl für Computer Graphik & Visualisierung WS 2010 Praktikum: Grundlagen der Programmierung Lösungsblatt 6 Prof. R. Westermann, A. Lehmann, R. Fraedrich, F. Reichl Anmerkung: Da viele Fragen zur Diskussion anregen sollen, sind die hier vorgestellten Antworten lediglich als Lösungsskizze zu verstehen. Objektorientierung II, Datenstrukturen I 6.1 (Ü) Wiederholung: Klassen und Objekte Anmerkung: Diese Aufgabe dient als Wiederholung der Grundlagen der objektorientierten Programmierung. Aufgabe 6.2 soll Ihr Wissen aus der letzten Übung anschließend praktisch vertiefen. Welche der folgenden Aussagen sind richtig, welche sind falsch? Verbessern Sie Falschaussagen! (a) Bei Objekten handelt es sich um konkrete Instanzen von Klassen. Beispielsweise wäre die Gattung Mensch eine Klasse und der Mensch Max Mustermann ein Objekt. (b) Klassenvariablen und -methoden werden in den Klassen, Objektvariablen und -methoden in den Objekten deklariert. (c) Mit Getter-Methoden werden neue Instanzen einer Klasse erzeugt. (d) Alle in Java vordefinierten Datentypen sind sogenannte primitive Datentypen, selbst erstellte Typen bezeichnet man als Klassen. (e) Die Werte von primitiven Typen werden direkt in den entsprechenden Variablen gespeichert, während im Fall von Klassen nur eine Referenz auf den Ort im Speicher, an dem sich das jeweilige Objekt befindet, in der Variable gespeichert ist. (f) Mit Hilfe der Sichtbarkeiten public (allgemein zugänglich) und private (gar nicht von außerhalb der Klasse zugänglich) lässt sich der Zugriff auf Variablen und Methoden von Klassen bzw. Objekten beschränken. (a) Richtig. (b) Falsch. Alle Variablen und Methoden werden in der Klasse deklariert, allerdings erfolgt der Zugriff je nach Typ, über die Klasse oder eine konkrete Instanz. (c) Falsch. Getter-Methoden sind eine Zugriffsmöglichkeit auf nach außen verborgene Eigenschaften eines Objekts. Zum Erstellen einer neuen Instanz wird ein Konstruktor verwendet. 1

2 (d) Falsch. In den Java-Bibliotheken sind unzählige Klassen vordefiniert (z.b. String). Primitive Datentypen sind lediglich klein geschriebene Typen (z.b. int, double, char, boolean). (e) Richtig. (f) Richtig. 6.2 (Ü) Adressbucheintrag Ein Kontakteintrag für einen Freund in einem Adressbuch kann durch eine einfache Klasse de.tum.ws2010.propra.blatt06.addressbook.friend beschrieben werden. Erstellen Sie eine solche Klasse, die den Vornamen, den Nachnamen und die adresse eines Freundes als private Attribute enthält. Im Konstruktor sollen diese 3 Angaben als Parameter übergeben werden. Man soll wie folgt auf die Eigenschaften der Klasse zugreifen können: (a) public String getfirstname() Liefert den Vornamen zurück. (b) public String getlastname() Liefert den Nachnamen zurück. (c) public String get address() Liefert die adresse zurück. (d) public boolean set address(string address) Setzt die adresse und gibt true zurück, wenn der übergebene String enthält. Wenn enthalten ist, soll die adresse nicht geändert und false zurückgegeben werden. (e) public String tostring() Liefert alle Informationen über einen Kontakt in einem String zurück. Implementieren Sie außerdem einen zusätzlichen Konstruktor, der lediglich Vor- und Nachname übergeben bekommt und die adresse als leeren String initialisiert. Wieso kann es sinnvoll sein, für Vor- und Nachname keine Setter zu implementieren, sondern diese ausschließlich im Konstruktor festzulegen? In einer späteren Aufgabe werden wir ein sortiertes Adressbuch implementieren. Für diese Sortierung ist es notwendig (und hinreichend), wenn man zu je zwei gegebenen Kontakten bestimmen kann, in welcher Reihenfolge sie im Adressbuch stehen sollten. Als Reihenfolge wählen wir die übliche Telefonbuchsortierung (zuerst Nachname, dann Vorname). Implementieren Sie hierzu die Methode public int compareto ( Friend c2) die für einen beispielhaften Aufruf c1.compareto(c2) eine negative Zahl, 0 oder eine positive Zahl zurückliefert je nachdem, ob c1 vor c2 einsortiert werden soll, die beiden Kontakte identisch sind oder c1 nach c2 einsortiert werden soll. Um Strings lexikographisch zu vergleichen, bedienen Sie sich der Objektmethode int compareto ( String anotherstring ) 2

3 der Klasse String. Lesen Sie sich dazu die entsprechende Beschreibung dieser Funktion in der Java API-Referenz durch: Siehe beiligende.java-files. 6.3 (Ü) Fragen zu Listen (a) Wie sieht eine einfach verkettete Liste aus? (b) Man kann eine Klasse List entweder mit Hilfe eines Arrays oder mit Hilfe einer verketteten Liste implementieren. Diskutieren Sie Vor- und Nachteile dieser beiden Herangehensweisen. (a) Eine mögliche Modellierung einer einfach verketteten Liste sehen Sie in Abbildung 1. private Element firstelement; class Element { //... private Element nextelement; class Element { //... private Element nextelement; class Element { //... private Element nextelement; null Abb. 1: Einfach verkettete Liste mit drei Elementen (Instanzen der Klasse Element) Sie benötigen hierbei außerdem eine umgebende Klasse SinglyLinkedList, die eine Referenz auf das erste Element der Liste enthält (in der Grafik ist dies durch private Element firstelement dargestellt) und die Methoden zum Hinzufügen, Entfernen und Suchen von Elementen bereitstellt. Im Falle einer leeren Liste enthielte die Variable firstelement entsprechend den Wert null. (b) Array: 3

4 Direkter Zugriff auf das i-te Element (+) Wenig Speicheroverhead, da keine Referenzen zwischen Elementen zur Verwaltung benötigt werden. (+) Fest beschränkte Kapazität (-) Verkettete Liste: Dynamische Größe (+) Einfaches Einfügen und Entfernen von Elementen an beliebiger Position (+) Ausschließlich sequentieller Zugriff (-) Erhöhter Speicheroverhead durch notwendige Referenzen zwischen Elementen zur Verwaltung (-) 6.4 (Ü) Listen Anmerkung: Diese Aufgabe dient als Vorbereitung auf Aufgabe 6.5. Wenn Sie das Konzept der verketteten Liste bereits gut verstanden haben, kann sie sehr schnell bearbeitet werden. Im Folgenden wird eine Möglichkeit vorgestellt, eine einfach verkettete Liste zu implementieren. Zunächst wird eine Klasse benötigt, die ein einzelnes Element der Liste speichert, in diesem Fall ein int. Weiterhin enthält die Klasse eine Referenz auf das nachfolgende Element. Der Wert null bedeutet, dass kein nachfolgendes Element existiert. class IntElement { public int value ; public IntElement next = null ; IntElement ( int i) { value = i; Die eigentliche Liste wird in der Klasse de.tum.ws2010.propra.blatt06.list.intsinglylinkedlist implementiert. Die Referenz auf erste Element der Liste wird in der Variable firstelement gespeichert. public class IntSinglyLinkedList { private IntElement firstelement = null ; public void add ( int v) { IntElement item = new IntElement ( v); item. next = firstelement ; firstelement = item ; 4

5 public boolean deleteelementatindex ( int i) { if ( firstelement == null ) { // Empty list. return false ; if (i == 0) { // Special case for the first item. firstelement = firstelement. next ; return true ; int counter = 0; IntElement curr = firstelement ; IntElement prev = null ; while ( curr!= null ) { if ( counter == i) { prev. next = curr. next ; return true ; ++ counter ; prev = curr ; curr = curr. next ; // No such item. return false ; public String tostring () { String result = ""; for ( IntElement curr = firstelement ; curr!= null ; curr = curr. next ) { result += curr. value ; if ( curr. next!= null ) { result += ", "; return "[" + result + "]"; public static void main ( String [] args ) { IntSinglyLinkedList list = new IntSinglyLinkedList (); list. add (1); list. add (2); list. add (8); System. out. println ( list ); list. deleteelementatindex ( 1); System. out. println ( list ); 5

6 Aufgaben: (a) Was ist die Ausgabe dieses Programmes? (b) Erklären Sie den Nutzen der Variable prev in der Methode boolean deleteelementatindex ( int i) (c) Wann gibt boolean deleteelementatindex ( int i) den boolschen Wert true zurück und wann false? (d) Erstellen Sie nun eine Objektmethode public boolean de lete AllO ccure nces Of ( int value ) die alle Vorkommen einer gegebenen Zahl value aus der Liste entfernt. (a) Die Ausgabe des Beispiels lautet: [8, 2, 1] [8, 1] (b) Die Referenz prev erfüllt beim Durchlaufen der Liste den Zweck, stets nicht nur auf das aktuell betrachtete, sondern auch auf das vorhergehende Element zugreifen zu können. Das ist wichtig, da dessen next-referenz beim Löschen eines Eintrags neu gesetzt werden muss. (c) Der Aufruf von deleteelementatindex(int i) liefert true zurück, wenn das Element am Index i gelöscht wurde (der erste gültige Index ist 0), andernfalls false. (d) Siehe beiliegende.java-files. 6.5 (Ü) Adressbuch als verkettete Liste Realisieren Sie nun ein Adressbuch mit Hilfe einer einfach verketteten Liste basierend auf den einzelnen Friend-Einträgen aus Aufgabe 6.2. Wenn Sie diese Aufgabe nicht vollständig gelöst haben, importieren Sie stattdessen de.tum.ws2010.propra.blatt06.solution.addressbook.friend die Klasse wird automatisch aus dem beiliegenden.jar-archiv geladen. Erstellen Sie nun die Klasse AddressBookItem, die eine Referenz auf eine Instanz von Friend und eine Referenz next auf den jeweils nächsten Adressbucheintrag enthält. Implementieren Sie eine neue Klasse ListAddressBook mit folgenden Methoden: (a) public int getnumentries() Zählt die Anzahl der Adressbucheinträge und gibt das Ergebnis zurück. (b) public boolean isfriend(friend f) Prüft, ob die übergebene Friend-Referenz bereits im Adressbuch vorhanden ist. (c) public void addfriend(friend f) Fügt einen Eintrag zu dem Adressbuch hinzu, falls dieser noch nicht vorhanden ist. 6

7 (d) public void deletefriend(friend f) Löscht den Eintrag f aus dem Adressbuch. Falls der Eintrag nicht existiert, soll eine Fehlermeldung ausgegeben werden. (e) public Friend[] getentries(string name) Sucht alle Adressbucheinträge, die name entweder als Vor- oder Nachnamen enthalten und gibt diese Einträge in einem Array mit der entsprechenden Länge zurück. Ist kein solcher Eintrag vorhanden, soll ein Array der Länge 0 zurückgegeben werden. (f) (Optional) public String tostring() Gibt alle Elemente der Liste konkateniert in einem String zurück. (g) (Optional) Schreiben Sie die Funktion addfriend(friend f) entsprechend um, so dass der neue Kontakt f so in die Liste der AddressBookItems eingefügt wird, dass diese immer aufsteigend gemäss der Methode Friend.compareTo(Friend otherfriend) sortiert ist. (h) (Optional) public void merge(listaddressbook addressbook) Fügt alle Kontakte aus dem gegebenen Adressbuch ein. Duplikate sollen übersprungen werden. Ausserdem soll das Adressbuch analog zur vorherigen Aufgabe sortiert bleiben. Testen Sie Ihre Liste mit geeigneten Ein- und Ausgaben. Siehe beiligende.java-files. 6.6 (H) Notenrechner (+++) Erstellen Sie einen Notenrechner für die Veranstaltungen in Ihrem Studium. Sie benötigen hierzu eine Klasse StudyEvent, die die Veranstaltungen kapselt. Jede Veranstaltung hat einen Titel, ECTS Punkte, Informationen über Ihre erreichte Note und das Semester (z.b. "WS2010"), in dem Sie in der Veranstaltung geprüft wurden. Überlegen Sie sich, welche Objekt-Variablen die Klasse benötigt und denken Sie daran diese vor dem Zugriff von außen zu schützen. Schreiben Sie zunächst die Klasse StudyEvent nach folgenden Vorgaben: (a) public StudyEvent(String title, int ects, String semester, double grade) Konstruktor, der eine Veranstaltungen (mit Titel und den dazugehörigen ECTS Punkten) mit einer bereits abgelegter Prüfung (mit der Note und dem entsprechenden Semester) erstellt. (b) public StudyEvent(String title, int ects) Konstruktor, der eine Veranstaltung nur mit Titel und ECTS Punkten anlegt, ohne dass eine Prüfung abgelegt wurde. Überlegen Sie sich, wie Sie die Note und das Prüfungsemester in diesem Fall initialisieren wollen. (c) public String gettitle() Gibt den Titel der Veranstaltung zurück. (d) public int getectscredits() Gibt die ECTS Punkte zurück. (e) public double getgrade() Gibt die gespeicherte Note zurück. (f) public String getsemester() Gibt das Semster zurück, in dem die Note erworben wurde. 7

8 (g) public void setexam(string semester, double grade) Setzt das Semester der Prüfung und die erreichte Note für die Veranstaltung. Prüfen Sie hier, ob es sich bei der übergebenen Note um einen regulären Wert (1.0, 1.3, 1.7,..., 3.7, 4.0, 5.0) handelt. Andernfalls soll die Note und das Semester unverändert bleiben. Stellen Sie außerdem sicher, dass die Note einer bereits bestandenen Veranstaltung nicht mehr verbessert werden kann. (h) public boolean passedexam() Gibt true zurück, wenn eine Prüfung in der Veranstaltung bereits abgelegt und bestanden wurde (Note 4,0), sonst wird false zurückgegeben. (i) public String tostring() Gibt alle relevanten Informationen über die Veranstaltung als String zurück. Implementieren Sie nun die Klasse GradeCalculator zur Berechnung vom Notendurchschnitt über beliebig viele Veranstaltungen. Überlegen Sie sich, mit welcher Datenstruktur Sie eine beliebige Anzahl von Veranstaltungen speichern können und implementieren Sie selbständig die dazu benötigte(n) Hilfsklasse(n). Die Klasse GradeCalculator soll nun folgende Methoden nach außen zur Verfügung stellen: (j) public static void addevent(studyevent event) Fügt eine neue Veranstaltung zu dem Notenrechner hinzu. (k) public static void listallevents() Listet alle Veranstaltungen mit Titel und ECTS auf. (l) public static void listallpassedevents() Listet alle Veranstaltungen mit Titel, Semester, Note und ECTS auf, die schon bestanden wurden. (m) public static double getfinalgrade() Berechnet die Endnote aus den bestandenen Veranstaltungen. Die Endnote berechnet sich aus der gewichteten Summe der Noten und ECTS Punkten. Gesamtnote = 1 n i=1 ects (note 1 ects 1 + note 2 ects note n ects n ) i (n) public static double getaveragesemestergrade(string semester) Berechnet den durch die ECTS gewichteten Notendurchschnitt für die bestandenen Prüfungen im angegebenen Semester. Bei der Ausführung der Methode soll außerdem eine solche Formatierung auf der Konsole ausgegeben werden: SS2004 -> 1.60 Die Durchschnittsnoten sollen auf zwei Stellen gerundet werden. Testen Sie Ihr Programm mit geeigneten Ein- und Ausgaben. Implementieren Sie gegebenfalls sinnvolle Hilfsfunktionen. Erstellen Sie alle benötigten Klassen im Package de.tum.ws2010.propra.blatt06.gradecalculator 8

9 Siehe beiligende.java-files. 9