Wie kann man es verhindern das Rad immer wieder erneut erfinden zu müssen?

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1 Generic Programming without Generics from JAVA5 Motivation Wie kann man es verhindern das Rad immer wieder erneut erfinden zu müssen? Ein Bespiel: sie haben bereits eine Klasse zur Multiplikation von Matrizen vom Typ int geschrieben und benötigen nun die Routine für double. (seit Java 1.5 durch Generics eine sehr gute Lösung wird später vorgestellt) Erst Kopieren und dann editieren --> - zusätzliche Arbeit - eventuell neue Fehler Was man wirklich möchte: Eine Klasse die für alle Typen nutzbar ist. -- > eine "generische Funktion die gleichzeitig unterschiedliche Typen verwalten kann z.b. Sortieren". Page 1

2 Ein generisches Interface für einen Stack Wir werden ein Interface für einen Stack von Objekten erzeugen und dann und zwei Implementierungen für Array und verkette Liste. public interface Stack { public void push( Object obj); public Object pop(); public boolean isempty(); } // end interface Stack Generische Stack-Implementierung Eigentlich wie bei int public class ArrayStack implements Stack { private Object elements[]; // array of Object, not int private int topindex; public void push( Object obj) { if (topindex == elements. length - 1) { System.out. println("-- overflow"); // error message } else { topindex++; elements[ topindex] = obj; } // end if } // end push // etc... } // end class ArrayStack Page 2

3 Anwendung Ein Stack von Strings. Stack thestack = new ArrayStack(); thestack. push(" My"); thestack. push(" little"); thestack. push("stack "); thestack. push(" application"); push benötigt "Object" als Parameter. Strings sind "Object's"! Anwendung von pop Object obj = thestack.pop(); Wir wissen, dass obj ein String sein wird, der Kompiler jedoch nicht! char ch = obj.charat( 0); // compiler error! Muss mit einer Typenumwandlung (cast ) behoben werden! String s = (String) obj; char ch = s.charat( 0); Page 3

4 Normale Anwendung eines generischen Stack Meist benötigen wir einen Stack für einen bestimmten Typ von Objekt. Einen Stack, class MyClass: push: push ein MyClass Objekt ohne speziellen Aufwand pop : Rückgabe des Objekts dann Typenumwandlung innerhalb MyClass. Mit Generics kann die für jeden Datentyp speziell gelöst werden und die Typumwandlung bei pop ist nicht mehr notwendig. Hüllenklasse (Wrapper Class) Wie erzeugen wir einen Stack von int oder double, Primitive Datentypen sind keine Objekte. Zu jedem primitiven Typ existiert eine Hüllenklasse vom Objekttyp byte short int long float double char boolean Byte Short Integer Long Float Double Character Boolean Page 4

5 z.b. Integer Klasse Wrapperklasse für int : Integer ein Integer ist ein Objekt mit einer Feldvariablen, einem int Konstruktor: Integer (int value) erzeugt ein Integer mit gegebenem Wert Beispiel: Integer intobj = new Integer(3) Um den Wert des Integers zu erhalten ist die intvalue Methode zu verwenden. int i = intobj.intvalue(); Stack für Integer Von dem generischen Stack kann man keinen Stack für ints ableiten, wir können jedoch einen für Integers erzeugen. Stack thestack = new ArrayStack(); thestack. push( new Integer( 1)); thestack. push( new Integer( 2)); thestack. push( new Integer( 3)); thestack. push( new Integer( 4)); // pop all stack elements and sum their values int sum = 0; Integer intobj; while (! thestack. isempty() ) { } // end while intobj = (Integer) thestack. pop() ; sum += intobj. intvalue(); System. out.println(" the sum is " + sum); Page 5

6 Mehr zu Hüllenklassen Hüllenklassen haben 2 Funktionen: 1. den primitiven Datentyp für generische Klassen einzuhüllen 2. bieten nützliche Methoden im Umgang mit den Datentypen. Examples: Integer.parseInt : String -> int Double.parseDouble : String -> double Character.isLowerCase Character.toLowerCase Mehr Info > API Mischen von Klassen Gewöhnlich benötigt man einen Stack für eine bestimmte Klasse, oder relevante Unterklassen. Es ist jedoch möglich unabhängige Klassen zu mischen alle Klassen sind eine Unterklasse von "object". Stack mixedstack = new ArrayStack(); mixedstack.push("mischmasch"); mixedstack.push( new Integer( 47)); mixedstack.push( new Pet(...)); mixedstack.push( new Double( 2.41)); mixedstack.push( new FunnyData(...)); Generics können nicht verwendet werden!!!!!! Page 6

7 Verwenden von gemischten Stacks Drucken des Stacks ist einfach: while (! mixedstack. isempty()) { Object obj = mixedstack. pop(); System. out. println(" just got " + obj); } // end while Funktioniert automatisch da die Methode tostring der Klasse Object aufgerufen wird. Bestenfalls über dynamisches Binden. Verwenden von gemischten Stacks (2) Falls etwas Spezielleres gemacht werden soll: while (! mixedstack.isempty() ) { Object obj = mixedstack.pop(); System.out.print(" just popped " + obj + ", "); if (obj instanceof Integer) System.out.println(" value is " + (( Integer) obj).intvalue() ); else if (obj instanceof String) System.out.println(" first character is " + (( String) obj).charat(0) );...etc System.out.println(" UNKNOWN TYPE!"); } // end while Page 7

8 Ein anderes Beispiel: Suchen Suchen eines best. Wertes in einem Array: Generisches Programm mit Array von Objekten. // return index of val in arr public static int search( Object arr[], Object val) { for (int i = 0; i < arr. length; i++) { if (arr[ i].equals( val)) { return i; } // end if } // end for return -1; } // end search Generisches Sortieren Aufgabe: erzeuge einen Sortieralgorithmus zum sortieren von Objekten! Problem: Wie vergleiche ich zwei Objekte? Die Object-Klasse hat die Methode equals, besitzt aber keine Methode zum vergleichen. Die Aufgabe Dinge zu sortieren macht nur Sinn, wenn man weiss wie sie zu vergleichen sind! Page 8

9 Comparable Interface enthält die Methode: int compareto( Object obj) a.compareto( b ) returns: 0 wenn a = b negativ wenn a < b positive wenn a > b Anforderungen an compareto sind die einer Ordnungsrelation: a = a für alle a aus a < b ---> b > a aus a < b und b < c ---> a < c konsistent mit equals: a.compareto(b) = 0 dann und nur dann wenn a.equals(b) = true Generisches Sortieren public static void sort( Comparable arr[]) { for (int i = 0; i < arr. length - 1; i++) { // find index of min element in arr[ i.. length- 1] int minindex = i; for (int j = i+ 1; j < arr. length; j++) { if (arr[ j]. compareto( arr[ minindex]) < 0) minindex = j; } // end for j // swap arr[ i] & arr[ minindex] Comparable temp = arr[ i]; arr[ i] = arr[ minindex]; arr[ minindex] = temp; } // end for i } // end sort Page 9

10 Grenzen von Comparable Was, wenn wir eine Liste (z.b. Studenten) einmal entsprechend der Grösse und einmal nach dem Alter sortieren möchten. Und was wenn ich die Liste nicht ändern kann: ist eine Bibliotheksklasse ich habe nur eine.class Datei Lösung: Comparator (interface). Ein Comparator spezifiziert ebenfalls Vergleichsmethoden. eigenständiges Object, verändert nicht die Klasse. man kann mehrere davon erzeugen. An dieser Stelle soll nun zu JAVA5 Page 10

11 Wir stoppen an dieser Stelle mit dem Konzept des generischen Programmieren mit Hilfe der Object Klasse und fahren mit den Konzept der Generics (seit Java1.5) fort!! Page 11