CS1005 Objektorientierte Programmierung Bachelor of Science (Informatik)

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1 CS005 Objektorientierte Programmierung Bachelor of Science (Informatik) Th Letschert Felder Seite Th Letschert

2 OOP Felder / Arrays Seite 2 Th Letschert

3 Feld / Array Feld (auch Array) Daten unter einem Index speichern älteste Datenstruktur in Programmiersprachen Vorbild: Vektoren und Matrizen in der Mathematik Wird von allen klassischen Programmiersprachen unterstützt (C, C++, C#, Java,...) Felder bestehen aus Feldelementen, die über einen Index angesprochen werden können Beispiel: Feld mit 0 Elementen int[] x = new int[0]; for (int i=0; i < 0; i++) { x[i] = i; Seite 3 x wird als ein Feld mit 0 Komponenten angelegt und mit 0,,.. 9 gefüllt.

4 Feld / Array Beispiel: Quadratzahlen von 0 bis 9 () int[] quadzahl = new int[20]; Feld mit 20 Elementen, Index 0.. Index 9 for (int i=0; i < 20; i++) { quadzahl[i] = i*i; Zähl-Schleife: for (int v : quadzahl) { System.out.print(v + ", "); Schleife über den Inhalt des Feldes System.out.println(); Seite 4

5 Feld / Array Beispiel: Quadratzahlen von 0 bis 9 (2) int[] quadzahl = {0,, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 0,, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9; Initialisierung mit Werten for (int i=0; i < 20; i++) { quadzahl[i] = quadzahl[i]*quadzahl[i]; for (int v : quadzahl) { System.out.print(v + ", "); System.out.println(); Seite 5

6 Feld / Array Beispiel: f[i] = i! berechnen und ausgeben () public class Fakultaeten { private static void compfak(int[] a) { a[0] = ; for (int i = ; i<a.length; i++) { a[i] = a[i-]*i; Funktion: nimmt Feld an und verändert es public static void main(string args[]) { int[] f = new int[0]; compfak(f); for(int v : f) { System.out.print(v + ", "); System.out.println();,, 2, 6, 24, 20, 720, 5040, 40320, , Seite 6

7 Feld / Array Beispiel: f[i] = i! berechnen und ausgeben (2) public class Fakultaeten { private static int[] compfak(int size) { int[] a = new int[size]; a[0] = ; for (int i = ; i<a.length; i++) { a[i] = a[i-]*i; return a; Funktion: erzeugt Feld und gibt es zurück public static void main(string args[]) { for(int v : compfak(0)) { System.out.print(v + ", "); System.out.println();,, 2, 6, 24, 20, 720, 5040, 40320, , Seite 7

8 Felder anlegen und verwenden Beispiel: f[i] = i! berechnen (3) static int[] faktab(int n) { if (n < 0) { return new int[0]; int[] tab = new int[n + ]; tab[0] = ; for (int i = ; i <= n; i++) { tab[i] = tab[i-]*i; return tab; Seite 8 Feld der Größe 0

9 Feld / Array Felder im Speicher Zwei Arten von Typen Primitive Typen z.b.: Zahlen Boolesche Werte (Wahrheitswerte) Klassentypen alle anderen, auch Felder Referenz- und Wert-Semantik Variablen mit primitivem Typ enthalten ihren Wert immer direkt Variablen mit Klassentyp enthalten immer Referenzen auf Objekte int x = 0; int [] a = new int[0]; x 0 a Seite 9

10 Feld / Array Parameterübergaben und Felder Wertübergabe und Referenzübergabe Werte mit primitivem Typ werden direkt an Funktionen übergeben und zurück geliefert Werte mit Klassentyp werden in Form von Referenzen an Funktionen übergeben und von diesen zurück geliefert static void g(int[] f, int v) { for (int i = ; i<a.length; i++) { f[i] = f[i]+v; f(a, x); int x = 0; int [] a = new int[0]; 0, x 0 a Seite 0 v f 0

11 Stack und Heap Stack und Heap Stack: lokale Variablen aller gerade aktiven Methoden. (Leben nur für die Dauer der Aktivität der Methode) Heap: alle mit (new angelegten) Objekte. (Leben so lange wie sie gebraucht werden.) static void g(int[] f, int v) { for (int i = ; i<a.length; i++) { f[i] = f[i]+v; public static void main(string[] args) { int x = ; int[] a = {,2,3, 4; f(a, x); Gleich fahre ich wieder im Heap rund und sammle allen Abfall Methodenaufrufe Erzeugen und Vernichten g v f a main x Grarbage Collector Heap Stack Seite Situation zu Beginn der Ausführung von f Th Letschert

12 Feld anlegen und verwenden Definition / Initialisierung Typ [] Typ [] Typ [] Variable ; Variable = new Typ [ size ]; Variable = { wert, wert2,...; null int[] a; 0 Elementtyp primitiv: Wert im Feld 9 a Klassen-Typ: Referenz im Feld Größe feststellen mit length int[] a = new int[0]; feldvariable.length Vergleich mit == Vergleicht Inhalt der Referenz-Variablen a == b a Ha Ah a!= b String a[] = { Ah, Ha, Ho ; a b Ho Ah Ha Ho Seite 2

13 Felder anlegen und verwenden Feld durchlaufen / klassische Schleife for ( int i=0; i<size; i++ )... verarbeite feld[i]... int a[] = {,2,3,4,5; for ( int i=0; i<a.length; i++) System.out.println(a[i]); Feld durchlaufen / (neue) for-each Schleife for ( Typ elem: feld )... verarbeite elem... Nur lesender Zugriff möglich int a[] = {,2,3,4,5; for ( int elem : a) System.out.println(elem); Seite 3

14 Felder anlegen und verwenden Ausgabe? public static int[] int[] int[] void main(string[] args) { a = {,2,3; b = {,2,3; c = a; for ( int i=0; i<c.length; i++) c[i] = c[i]*0; if ( a==b ) System.out.println("a==b"); if ( a==c ) System.out.println("a==c"); for( int x : a) System.out.println(x); Seite 4

15 Felder anlegen und verwenden Ausgabe? public static int[] int[] int[] void main(string[] args) { a = {,2,3; b = {,2,3; c = a; for ( int i=0; i<c.length; i++) c[i] = c[i]*0; if ( a==b ) System.out.println("a==b"); if ( a==c ) System.out.println("a==c"); for( int x : a) System.out.println(x); Seite 5 Ausgabe: a==c

16 Felder anlegen und verwenden Aufgabe: Suche nach dem kleinsten Element in einem Feld /** * Suche nach dem kleinsten Element eines Feldes. a ein Feld Wert des kleinsten Elements a!= null und a.length >= */ public static int findsmallest(int[] a) { int smallest = a[0]; for (int i = ; i < a.length; i++) { // INV: smallest <= a[0]..a[i-]? Ergänze so dass die Invariante erfüllt ist? return smallest; Aufgabe: Fehlenden Code ergänzen! Seite 6

17 Felder anlegen und verwenden / Sortieren Feld sortieren /** * Sortierfunktion fuer ein Feld. a Feld das zu sortieren ist a!= null, a.length >= a ist aufsteigend sortiert */ public static void sort(int[] a) { /* Implementieren! */ Seite 7. Spezifikation / Schnittstelle

18 Felder anlegen und verwenden / Sortieren Feld public void testsort() { int[] a = {0; int[] a2 = {0, ; int[] a3 = {3,, 0; int[] a4 = {4, 3, 2, ; int[] a5 = {0,, -3, -4, Sort.sort(a); assertarrayequals(a, new Sort.sort(a2); assertarrayequals(a2, new Sort.sort(a3); assertarrayequals(a3, new Sort.sort(a4); assertarrayequals(a4, new Sort.sort(a5); assertarrayequals(a5, new ; 2. TestFunktion int[]{0); int[]{0, ); int[]{0,, 3); int[]{, 2, 3, 4); int[]{-4, -3, 0,, ); Seite 8

19 Felder anlegen und verwenden / Sortieren Feld sortieren public static void sort(int[] a) { for (int i = 0; i < a.length; i++ ) { // a[0..i-] ist sortiert // sorge fuer: a[0..i] ist sortiert 3. Implementierungs-Konzept: sortiere Feld von links nach rechts in einer Schleife Seite 9

20 Felder anlegen und verwenden / Sortieren Feld sortieren Vorgehen: Schrittweise Verfeinerung Definiere Unteraufgaben, delegiere sie an /** Hilfsfunktionen oder Code-Stücke! */ public static void sort(int[] a) { for (int i = 0; i < a.length; i++) { // a[0..i-] ist sortiert int si = findsmallest(a, i); // vertausche a[i] und a[si] private static int findsmallest(int[] a, int i) { // TODO Auto-generated method stub return 0; 4. Schrittweise Verfeinerung Konzept eines Sortier-Schritts: nimm das kleinste aus dem unsortierten Bereich und vergrößere damit den sortierten Bereich Seite 20

21 Felder anlegen und verwenden / Sortieren Feld sortieren 5. Implementierung fertig stellen: Verfeinerungen ausführen /** * Sortierfunktion. a Feld das zu sortieren ist a!= null, a.length >= a ist aufsteigend sortiert */ public static void sort(int[] a) { for (int i = 0; i < a.length; i++) { // a[0..i-] ist sortiert int si = findsmallest(a, i); int t = a[i]; a[i] = a[si]; a[si] = t; // Liefere Index des Kleinsten im Feld-Bereich a[i ] private static int findsmallest(int[] a, int i) { int res = i; for (int j = i + ; j < a.length; j++) { if (a[j] < a[res]) { res = j; return res; Seite 2

22 Felder anlegen und verwenden / Sortieren Feld sortieren 6. Testen Seite 22

23 Felder anlegen und verwenden / Mehrdimensionale Felder Feldelemente können selbst wieder Felder sein public static void main(string[] args) { int[][] matrix = {{0,20,30, {,2,3, {3,32,33; for ( int[] zeile: matrix ) { for ( int elem: zeile ) System.out.print(elem+" "); System.out.println(); Seite 23 matrix

24 Felder anlegen und verwenden / Mehrdimensionale Felder Zeilen einer Matrix können unterschiedlich lang sein. Beispiel Pascalsches Dreieck: public static void main(string[] args) { final int N = 0; int[][] pascal = new int[n][]; for ( int i = 0; i<n; i++ ) { pascal[i] = new int[i+]; pascal[i][0] = ; pascal[i][i] = ; for ( int i = ; i<n; i++ ) { for ( int j = ; j<i; j++ ){ pascal[i][j] = pascal[i-][j-] + pascal[i-][j];... Seite 24

25 Felder anlegen und verwenden / Mehrdimensionale Felder Ausgabe des Feldes mit Format-Angabe int k = N; for ( int[] zeile: pascal) { String indent = ""; erzeugte Ausgabe for ( int i = 0; i < k; i++) indent = indent + " "; System.out.print(indent); k = k-; for ( int x : zeile ){ System.out.printf(" %$3d",x); System.out.println(); % Format Code $: erstes Argument 3d: Dezimal-(int-) Zahl der Weite 3 Seite

26 Felder anlegen und verwenden : Varargs public static void printsorted(int... a) { sort(a); for (int v : a) { System.out.print(v + " "); System.out.println(); Varags: variable Argumentliste Übergabe als Feld public static void main(string[] args) { printsorted(5, 5, 4, 2, 2, 4, 3); printsorted(22, 23, 2); Seite 26

27 Felder anlegen und verwenden : Feld ausgeben Arrays: Klasse aus dem Paket java.util enthält statische Methoden helfen bei der Arbeit mit Feldern Beispiel, Sortieren, in String umwandeln,... import java.util.arrays; int[] p0 = {0,, 2; a = new String[]{"a", "b", "c"; System.out.println(Arrays.toString(p3)); System.out.println(Arrays.toString(a)); Seite 27 java.util Class Arrays

28 Felder anlegen und verwenden Felder sind in vielen Fällen zu low-level für die Anwendungsentwicklung => verwende normalerweise Listen oder andere höhere Datenstrukturen! Vorteile der Felder einfach effizient Beschränkungen der Felder feste Größe Änderung der Größe nicht direkt möglich muss bei Bedarf simuliert werden (Neues Feld anlegen, Elemente umkopieren) Einfügen und Entfernen von Elementen nicht direkt möglich muss bei Bedarf simuliert werden (umkopieren und verschieben) Seite 28