Tutoraufgabe 1 (Überladen und Überschreiben):

Transkript

1 Prof. aa Dr. J. Giesl Programmierung WS12/13 M. Brockschmidt, F. Emmes, C. Otto, T. Ströder Allgemeine Hinweise: Die Hausaufgaben sollen in Gruppen von je 2 Studierenden aus der gleichen Kleingruppenübung (Tutorium) bearbeitet werden. Namen und Matrikelnummern der Studierenden sind auf jedes Blatt der Abgabe zu schreiben. Heften bzw. tackern Sie die Blätter! Die Nummer der Übungsgruppe muss links oben auf das erste Blatt der Abgabe geschrieben werden. Notieren Sie die Gruppennummer gut sichtbar, damit wir besser sortieren können. Die Lösungen müssen bis Freitag, um 8:00 Uhr in den entsprechenden Übungskasten eingeworfen werden. Sie finden die Kästen am Eingang Halifaxstr. des Informatikzentrums (Ahornstr. 55). Alternativ können Sie die Lösungen auch in Ihrem Tutorium vor der Abgabefrist direkt bei Ihrer Tutorin/Ihrem Tutor abgeben. In einigen Aufgaben müssen Sie in Java programmieren und.java-dateien anlegen. Drucken Sie diese aus und schicken Sie sie per vor Freitag, den um 8:00 Uhr an Ihre Tutorin/Ihren Tutor. Stellen Sie sicher, dass Ihr Programm von javac akzeptiert wird, ansonsten werden keine Punkte vergeben. Beachten Sie auch die Codekonventionen auf der Webseite zur Vorlesung (Verstöße gegen diese Konventionen können zu Punktabzügen führen). Tutoraufgabe 1 (Überladen und Überschreiben): Betrachten Sie die folgenden Klassen: public class X { public int a = 23; public X ( int a) { // Signatur : X(I) super (); this.a = a; public X ( float x) { // Signatur : X(F) this (( int ) (x + 1)); public void f( int i, X o) { // Signatur : X.f( ILX ;) public void f( long i, Y o) { // Signatur : X.f( JLY ;) public void f( long i, X o) { // Signatur : X.f( JLX ;) public class Y extends X { public float a = 42; public Y ( double a) { // Signatur : Y(D) this (( float ) (a - 1)); public Y ( float a) { // Signatur : Y(F) super (a); this.a = a; public void f( int i, X o) { // Signatur : Y.f( ILX ;) public void f( int i, Y o) { // Signatur : Y.f( ILY ;) public void f( long i, X o) { // Signatur : Y.f( JLX ;) 1

2 public class Z { public static void main ( String [] args ) { // a) X xx1 = new X (42); // (1) System. out. println ("X.a: " + xx1.a); X xx2 = new X (22.99 f); // (2) System. out. println ("X.a: " + xx2.a); X xy = new Y (7.5); // (3) System. out. println ("X.a: " + ((X) xy ).a); System. out. println ("Y.a: " + ((Y) xy ).a); Y yy = new Y (7); // (4) System. out. println ("X.a: " + ((X) yy ).a); System. out. println ("Y.a: " + ((Y) yy ).a); // b) int i = 1; long l = 2; xx1.f(i, xy ); // (1) xx1.f(l, xx1 ); // (2) xx1.f(l, yy ); // (3) yy.f(i, yy ); // (4) yy.f(l, xy ); // (5) xy.f(i, xx1 ); // (6) xy.f(l, xy ); // (7) xy.f(l, yy ); // (8) In dieser Aufgabe sollen Sie angeben, welche Methoden- und Konstruktoraufrufe stattfinden. Verwenden Sie hierzu keinen Computer, sondern nur die aus der Vorlesung bekannten Angaben zum Verhalten von Java. Verwenden Sie zur eindeutigen Bezeichnung die Funktionssignatur, die jeweils als Kommentar hinter jeder Funktionsdefinition steht. Begründen Sie Ihre Antwort kurz. a) Geben Sie für die mit (1)-(4) markierten Konstruktoraufrufe in der Klasse Z jeweils an, welche Konstruktoren in welcher Reihenfolge von Java aufgerufen werden. Bedenken Sie, dass die Oberklasse von X die Klasse Object ist. Sie brauchen allerdings nur angeben, wann (und ob) ein Konstruktor von Object aufgerufen wird, ohne auf dadurch eventuell weiter ausgelöste Aufrufe einzugehen. Erklären Sie außerdem, welche Attribute mit welchen Werten belegt werden und welche Werte durch die println-anweisungen ausgegeben werden. b) Geben Sie für die mit (1)-(8) markierten Aufrufe der Methode f in der Klasse Z jeweils an, welche Variante der Funktion von Java verwendet wird. Geben Sie hierzu die jeweilige Signatur an. Aufgabe 2 (Überladen und Überschreiben): Betrachten Sie die folgenden Klassen: (2 + 4 = 6 Punkte) public class A { public static int y = 0; public int x = 23; public A () { // Signatur : A() this (1); public A ( int x) { // Signatur : A(I) super (); y += x; 2

3 public void f( int i, A o) { // Signatur : A.f( ILA ;) public void f( long i, B o) { // Signatur : A.f( JLB ;) public void f( int i, B o) { // Signatur : A.f( ILB ;) public class B extends A { int x = 17; public B () { // Signatur : B() this (8); x ++; public B ( int x) { // Signatur : B(I) y = x; super.x = x; public void f( int i, A o) { // Signatur : B.f( ILA ;) public void f( long i, B o) { // Signatur : B.f( JLB ;) public void f( long i, A o) { // Signatur : B.f( JLA ;) public class C { public static void main ( String [] args ) { // a) A aa1 = new A (); // (1) System. out. println ( aa1.x); System. out. println (A.y); A aa2 = new A (42); // (2) System. out. println ( aa2.y); B bb = new B (); // (3) System. out. println (bb.x); System. out. println ((( A) bb ).x); System. out. println (bb.y); A ab = new B (3); // (4) System. out. println (ab.x); System. out. println ((( B) ab ).x); System. out. println (A.y); // b) int i = 1; long l = 2; aa1.f(i, ab ); // (1) aa1.f(l, bb ); // (2) aa1.f(i, bb ); // (3) bb.f(i, bb ); // (4) bb.f(l, ab ); // (5) ab.f(i, aa1 ); // (6) ab.f(i, bb ); // (7) ab.f(l, bb ); // (8) In dieser Aufgabe sollen Sie angeben, welche Methoden- und Konstruktoraufrufe stattfinden. Verwenden Sie hierzu keinen Computer, sondern nur die aus der Vorlesung bekannten Angaben zum Verhalten von Java. 3

4 Oberklasse + int intattribut - long longattribut - String export() + long getlongattribut() + void dosomething(int) WirdVerwendet + int somefunction(long) Klasse - WirdVerwendet verwendet + int otherfunction(float) + WirdVerwendet getverwendet() Abbildung 1: Graphische Notation zur Darstellung von Klassen. Verwenden Sie zur eindeutigen Bezeichnung die Funktionssignatur, die jeweils als Kommentar hinter jeder Funktionsdefinition steht. Begründen Sie Ihre Antwort kurz. a) Geben Sie für die mit (1)-(4) markierten Konstruktoraufrufe in der Klasse C jeweils an, welche Konstruktoren in welcher Reihenfolge von Java aufgerufen werden. Bedenken Sie, dass die Oberklasse von A die Klasse Object ist. Sie brauchen allerdings nur angeben, wann (und ob) ein Konstruktor von Object aufgerufen wird, ohne auf dadurch eventuell weiter ausgelöste Aufrufe einzugehen. Erklären Sie außerdem, welche Attribute mit welchen Werten belegt werden und welche Werte durch die println-anweisungen ausgegeben werden. b) Geben Sie für die mit (1)-(8) markierten Aufrufe der Methode f in der Klasse C jeweils an, welche Variante der Funktion von Java verwendet wird. Geben Sie hierzu die jeweilige Signatur an. Tutoraufgabe 3 (Klassenhierarchien): In dieser Aufgabe sollen Sie eine Menge von Autos und Anhängern modellieren, mit denen Getränke zu einer Party transportiert werden sollen. Ein Auto verfügt über eine Anzahl von Sitzplätzen und ein Kofferraumvolumen (in Litern). Ein Pickup ist ein besonderes Auto, das zusätzlich zu dem Kofferraum auch über eine (umrandete) Ladefläche verfügt. Das umrandete Volumen messen wir ebenfalls in Litern. Ein Anhänger hat, ähnlich wie ein Pickup, ebenfalls ein in Litern gemessenes Volumen. Manche Anhänger haben auch spezielle Aufbauten, damit darin Pferde sicher transportiert werden können. Die Anzahl der sicher in einem Anhänger zu transportierenden Pferde soll ebenfalls gespeichert werden können. Andere Anhänger sind zum Wohnen ausgebaut. Alle betrachteten Autos haben eine Anhängerkupplung, an der höchstens ein Anhänger befestigt werden kann. Anhänger können nicht aneinander gekoppelt werden. a) Entwerfen Sie unter Berücksichtigung der Prinzipien der Datenkapselung eine geeignete Klassenhierarchie für die Autos und Anhänger. Notieren Sie keine Konstruktoren, aber Selektoren, wenn diese sinnvoll sind. Achten Sie darauf, dass gemeinsame Merkmale in Oberklassen zusammengefasst werden. 4

5 Verwenden Sie hierbei die Notation aus Abb. 1. Eine Klasse wird hier durch einen Kasten beschrieben, in dem der Name der Klasse sowie Attribute und Methoden in einzelnen Abschnitten beschrieben werden. Weiterhin bedeutet der Pfeil B A, dass A die Oberklasse von B ist (also class B extends A) und A B, dass A den Typen B in den Typen seiner Attribute oder in den Ein- oder Ausgabeparametern seiner Methoden verwendet. Benutzen sie ein - um private abzukürzen und ein + für alle anderen Sichtbarkeiten (wie public). Tragen Sie keine vordefinierten Klassen (String, etc.) oder Pfeile dorthin in ihr Diagramm ein. b) Es sollen nun berechnet werden, wieviele Bierkästen transportiert werden können. Implementieren Sie in Java eine Funktion maxkaestenzahl, die ein Array vom Typ Auto[] bekommt und die Anzahl der Bierkästen zurückgibt, die mit diesen Fahrzeugen transportiert werden kann. Dabei gelten folgende Regeln: Auf einen Sitzplatz passen 2 Kästen. Beachten Sie, dass jedes Auto auch Platz für einen Fahrer haben muss! Ein Bierkasten hat ein Volumen von 32 Litern. Die Gäste sind durstig, daher soll das Bier auch auf der Ladefläche eines Pickups und in Anhängern jeder Form (auch in Wohnwagen und Pferdeanhängern) untergebracht werden. In unserer vereinfachten Welt nehmen wir an, dass Kofferräume und Anhänger immer optimal geformt sind und keinerlei unnötiger Verschnitt existiert. Wenn Sie also 100 Liter Platz im Kofferraum haben, dürfen Sie annehmen, dass 3 Kästen Bier dort hineinpassen. Sie müssen die Funktion nicht compilieren, da es nicht nötig ist, die gesamte Klassenhierarchie zu implementieren. Schreiben Sie nur diese eine Funktion und setzen Sie voraus, dass das übergebene Array immer existiert und nie die null-referenz ist. Im Array selber können aber null-referenzen stehen. Kennzeichnen Sie die Funktion mit dem Schlüsselwort static, falls dies angebracht ist. Beachten Sie auch hier das Prinzip der Datenkapselung beim Zugriff auf Attribute. Aufgabe 4 (Klassenhierarchien): (5 + 6 = 11 Punkte) Ziel dieser Aufgabe ist die Erstellung einer Hierarchie zur Verwaltung von verschiedenen Möglichkeiten, seinen Urlaub zu verbringen. Ein Urlaub ist in unserem Modell ein Aktivurlaub, eine Kreuzfahrt, ein Strandurlaub oder ein Kultururlaub. Von jedem Urlaub wissen wir die Dauer (in Tagen) und den Preis des Urlaubs. Ein Aktivurlaub zeichnet sich dadurch aus, dass man viele Kalorien verbraucht. Deswegen ist zu jedem Aktivurlaub bekannt, wie viele Gramm Körpergewicht man durch die Anstrengung pro Tag abnimmt. Ein Skiurlaub ist ein spezieller Aktivurlaub. Für einen solchen Urlaub ist bekannt, wie viele Ski-Pisten in unmittelbarer Nähe zur Verfügung stehen. Ein Wanderurlaub ist ebenfalls ein spezieller Aktivurlaub. Die Kilometer-Anzahl der verfügbaren Wanderwege ist für jeden Wanderurlaub bekannt. Zusätzlich gibt es die Möglichkeit, seinen Urlaub mit einer Kreuzfahrt zu verbringen. Hierfür ist der Name des Schiffes und die Anzahl der Sterne des Bord-Restaurants bekannt. Alternativ zu den Aktivurlauben und Kreuzfahrten gibt es auch die Möglichkeit eines Standurlaubs. Die Länge des Strandes zeichnet diesen Urlaub aus. Ein besonderer Strandurlaub ist der Party-Strandurlaub, der besonders bei jungen Leuten beliebt ist. Für einen solchen Urlaub ist besonders relevant, wie viele verschiedene Clubs direkt am Strand liegen. Zu guter Letzt kann auch ein Kultururlaub gebucht werden. Bei einem solchen Urlaub ist angegeben, wie viele Museen besichtigt werden können. Jeder Urlaub soll eine Methode ausgabe() besitzen, die eine Beschreibung des Urlaubs als String zurückgibt. 5

6 a) Entwerfen Sie unter Berücksichtigung der Prinzipien der Datenkapselung eine geeignete Klassenhierarchie für die oben aufgelisteten Arten von Urlauben. Notieren Sie keine Konstruktoren, aber Selektoren, wenn diese sinnvoll sind. Achten Sie darauf, dass gemeinsame Merkmale in Oberklassen zusammengefasst werden. Notieren Sie Ihren Entwurf graphisch wie in Tutoraufgabe 3. b) Es soll nun berechnet werden, wieviele Kilogramm Körpergewicht man zu- bzw. abnimmt, wenn man mehrere Urlaubsreisen unternimmt. Implementieren Sie in Java eine Funktion bestimmegewichtzunahme, die ein Array vom Typ Urlaub[] bekommt und zurückgibt, wie viele Kilogramm man zu- bzw. abnimmt, wenn man all diese Urlaubsreisen unternimmt. Ein positiver Wert soll hier für Gewichtszunahme stehen, ein negativer Wert für Gewichtsabnahme. Gehen Sie hierbei davon aus, dass nur Aktivurlaube und Kreuzfahrten einen Einfluss auf das Körpergewicht haben, wobei pro Stern des Kreuzfahrt-Restaurants und Urlaubstag 0, 05kg zugenommen wird. Hinweis: Achten Sie darauf die Anzahl der Urlaubstage richtig zu berücksichtigen. Sie müssen die Funktion nicht compilieren, da es nicht nötig ist, die gesamte Klassenhierarchie zu implementieren. Schreiben Sie nur diese eine Funktion und setzen Sie voraus, dass das übergebene Array immer existiert und nie die null-referenz ist. Im Array selber können aber null-referenzen stehen. Kennzeichnen Sie die Funktion mit dem Schlüsselwort static, falls dies angebracht ist. Beachten Sie auch hier das Prinzip der Datenkapselung beim Zugriff auf Attribute. Aufgabe 5 (Verbrecherjagd): ( = 12 Punkte) In einer kleinen Stadt kommt es gehäuft zu Diebstählen. Sperren Sie die Diebe weg! Verwenden Sie hierbei die Hilfsklasse Zufall (auf der Homepage), die zwei statische Methoden int zahl(int) und String name() enthält. Ein Aufruf Zufall.zahl(i) (für i größer 0) gibt eine zufällige Zahl zwischen 0 und i 1 zurück. Ein Aufruf Zufall.name() gibt einen zufällig gewählten Namen zurück. a) Schreiben Sie die Klasse Buerger, welche die normalen Bürger der Stadt modelliert. Ein Bürger hat einen Namen (als String repräsentiert), der an den Konstruktor übergeben wird und bei einem Aufruf der tostring-methode zurückgegeben wird. Speichern Sie den Namen in einem Attribut, welches die Sichtbarkeit private hat. Da sich der Name eines Bürgers nicht ändern soll, definieren Sie nur eine get-methode, aber keine set-methode. Weiterhin hat jeder Bürger die Methode hatdiebesgut, die false zurück gibt. Ein Bürger kann eine Aktion ausführen. Dies geschieht durch die Methode void aktion(buerger [] einwohner). Bei dem Aufruf dieser Methode soll für einen normalen Bürger ausgegeben werden, dass der Bürger spazieren geht. Das Argument einwohner wird bei normalen Bürgern nicht benötigt, Sie können aber immer davon ausgehen, dass es keine null-werte enthält. b) Ein reicher Bürger wird in der Klasse ReicherBuerger repräsentiert, welche die Klasse Buerger erweitert. Ein reicher Bürger hat einen gewissen Reichtum in Euro, der durch ein Attribut reichtum vom Typ int dargestellt wird. Markieren Sie dieses Attribut als private, aber definieren Sie öffentliche Selektoren. Der Konstruktor eines reichen Bürgers bekommt Namen und Reichtum als Parameter übergeben und initialisiert das Objekt entsprechend. Die Aktion (implementiert in der Methode void aktion(buerger [] einwohner)) eines reichen Bürgers besteht darin, mit einem (zufälligen) Teil seines Geldes (seinen letzten Euro behält der reiche Bürger allerdings selbst) Politiker zu bestechen, was als Mitteilung ausgegeben werden soll. Dadurch schrumpft sein Reichtum um den entsprechenden Betrag. c) Ein Dieb ist ebenfalls ein Bürger und wird durch die Klasse Dieb repräsentiert. Ein Dieb hat ein Attribut int diebesgut, welches durch den Konstruktor auf 0 initialisiert wird. Somit hat der Konstruktor nur den Parameter name. Die Methode hatdiebesgut soll zurückgeben, ob dieser Betrag größer als 0 ist. Bei einem Aufruf der Methode void aktion(buerger [] einwohner) hat der Dieb 5 Versuche, um Bürger zu bestehlen. In jedem Versuch soll ein Bürger aus dem Array einwohner zufällig ausgewählt werden. Ist es ein reicher Bürger, der mindestens einen Euro besitzt, so klaut der Dieb ihm einen zufälligen Teil seines Reichtums (aber nicht seinen letzten Euro). Hierbei wird das Attribut reichtum des reichen Bürgers um den Betrag verringert, durch den sich das Attribut diebesgut des Diebes erhöht. Trifft der Dieb bei den Versuchen auf einen Polizisten, so bricht er die Aktion ab (die restlichen Versuche verfallen). 6

7 d) Ein Gefangener ist ein Dieb, der kein Diebesgut besitzt und im Gefängnis sitzt. Schreiben Sie die Klasse Gefangener. e) Ein Polizist ist ein Bürger, der Verbrecher jagt. Bei einem Aufruf der Methode void aktion(buerger [] einwohner) sucht der Polizist bei den Bürgern im Array einwohner nach Diebesgut. Hierzu durchläuft er das Array von vorne nach hinten und verwendet die Methode hatdiebesgut der Bürger. Findet der Polizist Diebesgut, so ersetzt er den Dieb an der Stelle im Array durch einen Gefangenen gleichen Namens. f) Erstellen Sie die Klasse Stadt, welche das als private markierte Attribut Buerger[] einwohner besitzt. Der Konstruktor dieser Klasse das Argument int einwohnerzahl und legt ein Array mit entsprechend vielen Bürgern an, deren Namen (mit der Methode Zufall.name()) zufällig bestimmt werden sollen. Verwenden Sie die Methode Zufall.zahl() so, dass es jeweils etwa 20% Diebe, Reiche Bürger, Polizisten, Gefangene und normale Bürger gibt. Der Reichtum eines reichen Bürgers soll zwischen 0 und 999 Euro liegen. In der statischen main-methode der Klasse soll eine neue Stadt mit 10 Bürgern erstellt werden. Danach wird 10 mal ein zufälliger Bürger ausgewählt und seine Methode aktion mit allen Bürgern der Stadt aufgerufen. Eine Lauf des Programms könnte beispielsweise die folgende Ausgabe erzeugen: Dieb Wibke sucht nach Diebesgut. Dieb Wibke klaut Jannik 199 Euro. Reicher Buerger Hanna besticht einen Politiker mit 37 Euro. Buerger Madeleine geht spazieren. Polizist Niels geht auf Verbrecherjagd. Polizist Niels entlarvt Dieb Wibke. Dieb Wibke wurde eingesperrt. Buerger Bryan geht spazieren. Dieb Max sucht nach Diebesgut. Dieb Max bricht die Suche ab Polizist Niels geht auf Verbrecherjagd. Gefangener Dominic aergert sich im Gefaengnis. Buerger Mohamed geht spazieren. Reicher Buerger Jannik besticht einen Politiker mit 62 Euro. 7