Collections. Arthur Zaczek. Nov 2015

Transkript

1 Arthur Zaczek Nov 2015

2 1 Collections 1.1 Definition Anhäufung von Objekten Werte können hinzugefügt, gesucht und gelöscht werden Implementierung mit verschiedenen Algorithmen, je nach Nutzung 1.2 Grundlegende Operationen Operation Java: Collection C#: ICollection hinzufügen add(e) Add(T) löschen remove(e) Remove(T) leeren clear() Clear() zählen int size() int Count get; suchen boolean contains(e) bool Contains(T) aufzählen iterate() GetEnumerator() 2 Aufzählung 2.1 Aufzählung (Java) Mittels Iterator: Collection<String> strings; Iterator iter = strings.iterate(); while(iter.hasnext()) String s = iter.next(); 2.2 Aufzählung (Java) Mittels for-schleife: Collection<String> strings; for(string s : strings) 2.3 Aufzählung (C#) Mittels Enumerator: 1

3 IList<string> strings; using(ienumerator<string> enumerator = strings.getenumerator()) while(enumerator.movenext()) string s = enumerator.current; 2.4 Aufzählung (C#) Mittels foreach-schleife: IList<string> strings; foreach (string s in strings) 2.5 Gefahren beim Aufzählen Typischerweise überleben Iteratoren es nicht, wenn die Collection verändert wird (hinzufügen, löschen von Elementen) während sie abgearbeitet wird Java: Ausnahme: Iterator.remove() Standardimplementierungen nicht geeignet für parallelen Zugriff aus mehreren Threads 3 Sequenzen 3.1 Allgemeines Collections mit Reihenfolge 3.2 Operationen Operation Java: List C#: IList hinzufügen add(e) add(int, E) Add(T) Insert(int, T) suchen E get(int) int indexof(e) T list[int] int IndexOf(T) int lastindexof(e) List sublist(int from, int to) löschen E remove(int) void RemoveAt(int) überschreiben E set(int, E) list[int] = T 2

4 3.3 Implementierungen Operation Verkettete Liste dynamisches Array Java LinkedList ArrayList C# LinkedList List hinzufügen O(1) O(1) einfügen O(1) O(n) löschen O(1) O(n) Indexzugriff O(n) O(1) leeren O(1) O(1) zählen O(1) O(1) suchen O(n) O(n) 4 Dictionaries 4.1 Allgemeines Zuordnung zwischen Schlüssel und Instanz Schneller Zugriff über (bekannte) Schlüsselwerte 4.2 Operationen Operation Java: Map C#: IDictionary hinzufügen V put(k, V) Add(TKey, TValue) dict[tkey] = TValue suchen V get(k) containskey(k) containsvalue(v) TValue dict[tkey] ContainsKey(TKey) ContainsValue(TValue) Contains(TValue) löschen V remove(k) Remove(TKey) Remove(TValue) Schlüssel Set keyset() ICollection Keys get; 4.3 Implementierungen Operation Hash Tabelle Verkettete Liste Baum Java HashMap LinkedHashSet TreeMap C# Dictionary - SortedDictionary hinzufügen O(1) O(1) O(log n) einfügen O(1) O(1) O(log n) löschen O(1) O(1) O(log n) Schlüsselzugriff O(1) O(1) O(log n) Aufzählungs- zufällig in der Reihenfolge des sortiert nach reihenfolge Aufzählungsaufwand ersten put(k)s Schlüssel O(n+capacity) O(n) O(n) 3

5 4.4 Schlüssel: Equals(object) Folgendes muss immer zutreffen a.equals(a) == true a.equals(b) == b.equals(a) a.equals(b) == b.equals(c) == a.equals(c) a.equals(null) == false 4.5 Schlüssel: (Get)hashCode() if(a.equals(b)) a.hashcode() == b.hashcode() Hashwerte müssen sich nicht notwendigerweise unterscheiden, wenn Objekte nicht equals() sind Rückgabewerte dürfen sich dann und nur dann ändern wenn das Objekt geändert wurde 5 Mengen 5.1 Allgemeines Enthalten jedes Element maximal einmal Effiziente Implementierung von Vereinigung, Durchschnitt, Mengensubtraktion und Vergleich 5.2 Operationen Operation Java: Set C#: HashSet Vereinigung Durchschnitt Subtraktion addall(collection) retainall(collection) removeall(collection) UnionWith(IEnumerable) IntersectWith(IEnumerable) ExceptWith(IEnumerable) 5.3 Implementierungen Operation Hash Tabelle Verkettete Liste Baum Java HashSet LinkedHashSet TreeSet C# HashSet - - hinzufügen O(1) O(1) O(log n) einfügen O(1) O(1) O(log n) löschen O(1) O(1) O(log n) Schlüssel- O(1) O(1) O(log n) zugriff Aufzählungsreihenfolge zufällig in der Reihenfolge des ersten put(k)s sortiert 4

6 Operation Hash Tabelle Verkettete Liste Baum Aufzählungsaufwand O(n+capacity) O(n) O(n) 6 Synchronisation 6.1 Synchronisation Spezielle Implementierungen der Collectioninterfaces schützen einzelne Funktionsaufrufe gegen interne Fehler bei gleichzeitigem Zugriff aus mehreren Threads Was könnte hier trotz passender Implementierung schieflaufen? if (list.size() > 0) 6.2 Synchronisation Thread A if (list.size() > 0) // ungültiger Index! Thread B list.clear(); 6.3 Synchronisation - Java java.util.collections.synchronizedcollection List Map Set SortedMap SortedSet(...) Die synchronisierten Varianten verhindern Fehler in der Collection Instanz. size()/access Race zu lösen muss man zusätzlich synchronize einsetzen: Um das synchronize(list) if (list.size() > 0) 6.4 Synchronisation - C Generische C# Collections sind allesamt unsynchronisiert Dafür bieten sie ICollection.SyncRoot als Lock-object: lock(list.syncroot) if (list.count > 0) 5

7 lock(list.syncroot) list.add(new Item()); 7 Sonstiges 7.1 Inhalt vs. Kapazität Manche Collections allozieren mehr Speicher als unbedingt notwendig für bessere Performance Inhalt, Größe ( size ), Länge ( length ) oder Anzahl ( count ) bezeichnet die Anzahl der enthaltenen Elemente Kapazität ( capacity ) beschreibt den reservierten Speicher Viele Implementierungen geben Kapazität nur auf Aufforderung frei Kapazität nur extrem selten relvant Ausnahme: Initialisierung von Collections wenn Datenmenge bekannt ist 6