Programmieren, Wintersemester 13/14 Übungsleiter: Sebastian Ebers Aufgabenblatt 5

Transkript

1 Übung zur Vorlesung Programmieren, Wintersemester 13/14 Übungsleiter: Sebastian Ebers Allgemeines Aufgabenblatt 5 Abgabe: , vor der Vorlesung (14:15 Uhr, AM 1) Max. Punktzahl: 75 Geben Sie als 3er oder 4er-Gruppe Ihre Lösung termingerecht unter Nennung von Vor- und Nachnamen sowie Matrikelnummern und Übungsgruppennummer auf jeder abgegebenen Seite ab. Bei Übungspartnern aus mehreren Gruppen kennzeichnen Sie bitte die Gruppe, in der die korrigierten Abgaben zurückgegeben werden sollen. Unvollständige sowie unleserliche Angaben und Lösungen führen zu Punktabzügen. Zur Bearbeitung der Aufgaben ist es erforderlich, sich selbständig über die Inhalte der Vorlesung und der Übung hinaus zu informieren. Die angegebenen Quellen und Hinweise sind als Anregung und nicht als erschöpfende Auflistung zu verstehen. Senden Sie die compilierbaren (übersetzbaren) Java-Quellcode-Dateien an proguebungabgabe@itm.uni-luebeck.de mit dem Betreff Uebung Nr 5 <Nachname1>, <Nachname>, <Nachname3>, <Nachname4> Nachdem die bei uns eingegangen ist, bekommen sie automatisch eine Eingangsbestätigung. Java-Quellcode-Dateien, die sich nicht übersetzen lassen, führen zu erheblichem Punktabzug. Gleiches gilt für nicht (rechtzeitig) abgegebenen Quellcode. Geben Sie den erstellten Quellcode sowie die Antworten auf die Fragen zusätzlich textuell auf Papier ab! Sie können sämtliche Java-Aufgaben an Ihrem privaten Computer bearbeiten und lösen. Die Java-Dateien müssen sich jedoch auf einem der Pool-Rechner übersetzen und ausführen lassen. Zur Sicherheit sollten Sie Programme, die nicht im Pool erstellt wurden, vor der Abgabe auf einen Pool-Rechner kopieren und dort testen. Die Betreuer der Übungsgruppen helfen gerne, wenn es bei der Lösung der Übungsaufgaben zu Problemen kommt. Sie können jedoch bei Problemen mit der Installation und Einrichtung von Java auf Ihren Computern keine Hilfestellung leisten. 1

2 Aufgabe 5.1: Modifier und Vererbung (10 Punkte) Mit dieser Aufgabe soll die Auswirkung von Modifiern und Vererbungshierarchien auf die Sichtbarkeit von Methoden demonstriert werden. Methoden, die aufgrund der verwendeten Modifier nicht aufrufbar sind, werden in diesem Zusammenhang als unsichtbar bezeichnet. Die Sichtbarkeit von Methoden, Klassen- und Instanzvariablen wird maßgeblich durch die Kombination von Modifiern, Packages und Vererbungshierarchien beeinflusst. Gegeben seien die 4 Klassen ClassA, ClassB, ClassC und ClassD, deren Rümpfe jeweils 4 Methodenaufrufe enthalten: 1 package blatt5.modifier.package1; 3 public class ClassA { 4 5 void hello(){ 6 System.out.println("Standardhallo von ClassA!"); 7 } 8 9 private void privatehello(){ 10 System.out.println("Privates Hallo von ClassA!"); 11 } 1 13 protected void protectedhello(){ 14 System.out.println("Geschuetztes Hallo von ClassA!"); 15 } public void publichello(){ 18 System.out.println("Oeffentliches Hallo von ClassA!"); 19 } 0 1 public static void main(string[] args){ ClassA a = new ClassA(); 3 4 a.hello(); // Aufg. 5.1.a.01 5 a.privatehello(); // Aufg. 5.1.a.0 6 a.protectedhello(); // Aufg. 5.1.a.03 7 a.publichello(); // Aufg. 5.1.a.04 8 } 9 } Listing 1: Quellcode von ClassA

3 1 package blatt5.modifier.package1; 3 class ClassB extends ClassA { 4 5 void hello() { 6 System.out.println("Standardhallo von ClassB!"); 7 } 8 9 protected void protectedhello() { 10 System.out.println("Geschuetztes Hallo von ClassB!"); 11 } 1 13 public static void main(string[] args) { 14 ClassB b = new ClassB(); b.hello(); // Aufg. 5.1.a b.privatehello(); // Aufg. 5.1.a b.protectedhello(); // Aufg. 5.1.a b.publichello(); // Aufg. 5.1.a.08 0 } 1 } Listing : Quellcode von ClassB 1 package blatt5.modifier.package1; 3 public class ClassC extends ClassB { 4 5 private void privatehello() { 6 System.out.println("Privates Hallo von ClassC!"); 7 } 8 9 public static void main(string[] args) { 10 ClassC c = new ClassC(); 11 1 c.hello(); // Aufg. 5.1.a c.privatehello(); // Aufg. 5.1.a c.protectedhello(); // Aufg. 5.1.a c.publichello(); // Aufg. 5.1.a.1 16 } 17 } Listing 3: Quellcode von ClassC 1 package blatt5.modifier.package; 3 import blatt5.modifier.package1.classa; 4 5 public class ClassD extends ClassA { 6 public static void main(string[] args) { 7 ClassD d = new ClassD(); 8 9 d.hello(); // Aufg. 5.1.a d.privatehello(); // Aufg. 5.1.a d.protectedhello(); // Aufg. 5.1.a.15 1 d.publichello(); // Aufg. 5.1.a } 14 } Listing 4: Quellcode von ClassD 3

4 a) Geben Sie zu allen 16 Aufrufen entweder die resultierende Bildschirmausgabe an oder ob der Aufruf einen Fehler wegen nicht möglichen Zugriffs produziert. Hinweis: Achten Sie besonders auf die Vererbungshierarchie und die Packages! (8 P.) b) Wie im Quellcode ersichtlich, erbt die Klasse ClassC von ClassB. Angenommen, die Klasse ClassC hätte eine weitere Methode protectedhello() (siehe Listing ). Wie kann aus dieser neuen Methode heraus die Methode protectedhello() der Oberklasse ClassB zusätzlich aufgerufen werden, so dass die Bildschirmausgabe einen Gruß sowohl von ClassC als auch von ClassB enthält (s.u.)? Geben Sie den entsprechenden fehlenden Quelltext an. 1 protected void protectedhello(){ System.out.println("Geschuetztes Hallo von ClassC!"); 3 //Aufruf der Methode protectedhello von ClassB! 4 } Listing 5: Zu erweiternde Methode ClassC.protectedHello() Die Methode soll Folgendes ausgeben: Geschütztes Hallo von ClassC! Geschütztes Hallo von ClassB! 4

5 Aufgabe 5.: Finden von Programmierfehlern (13 Punkte) In dieser Aufgabe geht es darum, semantische und syntaktische Fehler in fremdem Quellcode zu finden. Dies ist eine typische Aufgabe für Entwickler, die mit anderen zusammen an einem gemeinsamen Projekt arbeiten. Hinweis: Symmetrische Fehler, also Fehler bei denen z.b. öffnende und schließende Klammern fehlen, zählen als ein einziger Fehler. Gegeben sei folgendes Programm, das natürliche Zahlen (N) verarbeiten soll: 1 public class Fehler Finden { 3 public static int gibkleinstes(int[] natuerlichezahlen) { 4 int kleinstes = -1; 5 for (int i = 0; i < natuerlichezahlen.length; i++) { 6 if (natuerlichezahlen[i] < kleinstes) { 7 kleinstes = natuerlichezahlen[i]; 8 } 9 } 10 return kleinstes; 11 } 1 13 public int gibgroesstes(int[] natzahlen) { 14 int i = 0; 15 int groesstes = -1; 16 for (int i = 0; i < natzahlen.length; i++) 17 if (natzahlen[i] > groesstes) { 18 groesstes = natzahlen[i]; 19 } 0 return ergebnis; 1 } 3 public static int[] konvertieretail(string[] stringarray) { 4 int[i] natuerlichezahlen = new int[stringarray.length - 1]; 5 for (int i = 0; i < stringarray.length - 1; i++) { 6 natuerlichezahlen[i] = Integer.parseInt(stringArray[i+1]); 7 } 8 // return natuerlichezahlen; 9 } public static main(string[] args) { 3 33 if (args.length < "3") 34 System.out.println("Zu wenig Parameter."); int reihenfolge = Integer.parseInt(args[0]); if (reihenfolge == 0) 39 System.out.print("Das kleinste Element ist: "); 40 System.out.println(gibKleinstes(konvertiereTail(args))); 41 else if (reihenfolge == 1) 4 System.out.print("Das groesste Element ist:"); 43 System.out.println(gibGroesstes(konvertiereTail(args))); 44 } 45 } a) Kennzeichnen Sie die 9 Fehler (im Quelltext oder durch Angabe der Zeilennummer), für die der Compiler einen Fehler anzeigt und machen Sie jeweils genau einen Korrekturvorschlag. Für jede richtige Verbesserung erhalten Sie einen Punkt. Für jeden von Ihnen (unbeabsichtigt) eingebauten Fehler wird Ihnen ein Punkt abgezogen. Die minimal erreichbare Punktzahl beträgt bei dieser Aufgabe 0 Punkte. (9 P.) 5

6 b) In Methode public static int gibkleinstes(int[] natuerlichezahlen) hat sich ein semantischer Fehler eingeschlichen. Was resultiert aus diesem Fehler? Geben Sie auch hier einen Lösungsvorschlag an. c) In der Main-Methode hat sich ebenfalls ein semantischer Fehler eingeschlichen. Was resultiert aus diesem Fehler? Geben Sie auch hier einen Lösungsvorschlag an. 6

7 Aufgabe 5.3: Objektorientierung (8 Punkte) Mit dieser Aufgabe soll zunächst die Definition und Verwendung von Objekten am Beispiel eines Obstkorbs eingeführt werden. Es werden mehrere Klassen in verschiedenen Packages erstellt, die dann in einem gemeinsamen Hauptprogramm verwendet werden. a) Modellierung von Obst. (i) Erstellen Sie im Package blatt5.obstkorb.fruechte die Schnittstelle (das Interface) Obst. (ii) Erstellen Sie eine von überall aus zugreifbare Methode gibpreis(), die keine Parameter erwartet und ein Ergebnis vom Typ double zurückgibt. b) Modellierung eines Apfels. (i) Erstellen Sie im Package blatt5.obstkorb.fruechte die Klasse Apfel. Die Klasse Apfel soll das Interface Obst implementieren. (ii) Erstellen Sie die privaten Parameter gewichtingramm und preisprokilo, die den Preis des Apfels bestimmen sollen. Dabei soll das Gewicht als Ganzzahl, der Preis als Fließkommazahl gespeichert werden. (iii) Erstellen Sie einen Konstruktor, der zwei Variablen zur Initialisierung dieser Parameter erwartet und diese damit initialisiert. c) Modellierung einer Kiwi. (4,5 P.) (i) Erstellen Sie im Package blatt5.obstkorb.fruechte die Klasse Kiwi. Die Klasse Kiwi soll das Interface Obst implementieren. (ii) Erstellen Sie den privaten Parameter stueckpreis. Der Stückpreis soll als Fließkommazahl gespeichert werden. (iii) Erstellen Sie einen Konstruktor, der eine Variable zur Initialisierung des Parameters erwartet und diesen damit initialisiert. (4 P.) 7

8 d) Modellierung eines Obstkorbs. (i) Erstellen Sie im Package blatt5.obstkorb.warenkorb die Klasse Einkaufskorb. (ii) Erstellen Sie einen Konstruktor, mit dem die Größe des Obstkorbs beim Aufruf individuell gesetzt werden kann. (iii) Erstellen Sie eine Methode namens legeinkorbhinein, mit der ein Stück Obst in den Korb gelegt werden kann, sofern dieser noch nicht vollständig gefüllt ist. Dabei sollen keine Obststücke verloren gehen, die bereits im Korb liegen. Falls noch Platz im Korb vorhanden ist, soll die Methode zusätzlich auf der Konsole ausgeben, dass das Hinzufügen erfolgreich war und true zurückgeben. Falls der Korb bereits voll ist, soll die Methode eine Fehlermeldung auf der Konsole ausgegeben und false zurückgeben. (iv) Erstellen Sie eine weitere Methode namens gibgesamtpreis, die den Gesamtpreis der Obsttücke im Korb berechnet und zurückgibt. (8 P.) e) Hauptprogramm. (i) Erstellen Sie im Package blatt5.obstkorb die Klasse Einkaufen, die als Hauptprogramm fungieren soll. (ii) Erzeugen Sie die main-methode als Einstiegspunkt für Ihr Programm. (iii) Erzeugen Sie einen großen Einkaufskorb namens grosserobstkorb, der Platz für 10 Obststücke bietet. (iv) Erzeugen Sie einen kleinen Einkaufskorb namens kleinerobstkorb, der Platz für Obststücke bietet. (v) Legen Sie einen Apfel und drei Kiwis in den großen Einkaufskorb und geben Sie den Gesamtpreis der Obststücke des Korbs auf der Konsole aus. (vi) Legen Sie einen Apfel und drei Kiwis in den kleinen Einkaufskorb und geben Sie den Gesamtpreis der Obststücke des Korbs auf der Konsole aus. (9,5 P.) 8

9 Aufgabe 5.4: Verkettete Listen (4 Punkte) Mit dieser Aufgabe soll die objektorientierte Entwicklung geübt und die Bedeutung und Einsatzgebiete von abstrakten Klassen und Interfaces demonstriert werden. Zu diesem Zweck sollen Sie eine verkettette Liste programmieren. Bei verketteten Listen handelt es sich um eine dynamische Datenstruktur, die (im Gegensatz zu Arrays) zur Laufzeit wachsen oder schrumpfen kann. Jedes Element der Liste besitzt neben den eigentlichen Nutzdaten (englisch Payload) auch eine Referenz auf sein Nachfolgeelement. Das erste Element wird auch als head, der Rest als tail bezeichnet. Head Tail Abbildung 1: Verkettete Liste a) Laden Sie sich die Grundgerüste zur Implementierung verketteter Listen von der ITM-Webseite herunter. Die Implementierung sieht vor, dass Listenelemente vom Typ MyLinkedListElement zum einen Nutzdaten und zum anderen eine Referenz auf ihre Nachfolger speichern. Die Nutzdaten können von einem beliebigen Datentyp sein. Die Referenz auf den Nachfolger ist dagegen logischerweise vom Typ MyLinkedListElement. Das letzte Element einer Liste besitzt keinen Nachfolger. Die Schnittstelle MyLinkedList enthält die Methodensignaturen, um eine verkettete Liste zu modifizieren und abzufragen. Das head-element ist das einzige Element, das direkt in MyLinkedListImpl referenziert wird. Das zweite Element der Liste kann über den Nachfolger des head-elements erreicht werden. Das letzte Element kann dadurch erreicht werden, dass man sich bei allen Elementen der Liste zum Nachfolger durchhangelt. (16 P.) (a) Erstellen Sie eine Klasse MyLinkedListImpl und realisieren Sie damit die Schnittstelle MyLinkedList. (b) Erstellen Sie die Klasse MyLinkedListElementImpl als Konkretisierung der abstrakten Klasse MyLinkedListElement (d.h. als eine Klasse, die von MyLinkedListElement erbt und selbst nicht abstrakt ist). 9

10 b) Nachdem Sie den ersten Aufgabenteil erfüllt haben, sollten Sie Ihre Implementierung testen. (4 P.) (i) Schreiben Sie hierfür eine Testklasse MyListTest mit einer Main-Methode. Instantiieren Sie in der Main-Methode zunächst ein Objekt der Klasse MyLinkedListImpl. (ii) Fügen Sie anschließend mittels prepend(object) die folgenden Ganzzahlen hinzu: 4, 7, 9, 1, 4, 4. Fügen Sie im Anschluss mittels append(object) die Ganzzahlen 1337, 0, 8, 15 hinzu. (iii) Löschen Sie mit Hilfe von remove(object) die Zahlen 4, 7, 9 und 1. Geben Sie die verbleibenden Zahlenwerte der Reihe nach auf der Kommandozeile aus. Beginnen Sie die Ausgabe mit dem head-element. (iv) Würde Ihre Implementierung auch die Verwendung von Strings als Nutzdaten erlauben? Begründen Sie Ihre Antwort. Hinweis: Vergleichen Sie die Objekt-Variablen nicht mit dem doppelten Gleichheitszeichen (==), sondern nutzen Sie die Methode equals(object). c) Welches Problem fällt Ihnen bei der Signatur und dem JavaDoc-Kommentar der Methode remove(object) auf? Machen Sie einen Verbesserungsvorschlag. d) Neben einfach verketteten Listen gibt es außerdem noch doppelt verkettete Listen. Doppelt verkettete Listen unterscheiden sich dadurch, dass die Listenelemente sowohl eine Referenz auf ihren Vorgänger als auch Nachfolger enthalten. Welche Vorteile können doppelt verkettete Listen gegenüber einfach verketteten Listen haben? 10