7.0 Arbeiten mit Objekten und Klassen

Transkript

2 Uebersicht 7.1 Initialisierung Variable in Methoden Variable (Attribute) in Klassen 7.2 Listen als Beispiel Warum kopieren wir in einem Program Referenzen auf Objekte oder Arrays? Copyright (c) Pearson 2013 and Thomas Gross All rights reserved. 2

3 Eine Klasse für Knoten einer Liste public class ListNode { int data; ListNode next; Jeder Knoten der Liste speichert: Den Wert einer ganzen (int) Zahl Einen Verweis auf einen anderen Listenknoten null ListNodes können zu einer Kette verbunden ( linked ) werden um eine Menge oder Liste von Werten zu speichern.

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5 Probleme Wie könnten wir den Knoten an Anfang entfernen? list int top = list.removefront(); //?? Gewünscht: list 20 Entfernen ist einfach aber wie kann die Referenzvariable list auf das (neue) erste Element verweisen? 40 6

6 Probleme Was passiert wenn wir eine beliebige Referenzvariable current verwenden? list current int somevalue = current.removefront(); //?? Gewünscht: list Aber wie erreichen wir den Vorgängerknoten? 7

7 Eine Klasse LinkedIntList ListNodes sollen nicht von Klienten direkt verändert werden. Also entwickeln wir eine Klasse die die Knoten versteckt: LinkedIntList. LinkedIntList front ListNode ListNode ListNode

8 Eine Klasse LinkedIntList Klienten arbeiten mit LinkedIntList, nicht mit ListNode Objekten. Wir können die Elemente numerieren (von 0 an) LinkedIntList front ListNode ListNode ListNode element 0 element 1 element 2

9 Hat die Methoden: add, get, indexof, remove, size, tostring Die Liste ist als Kette von Knoten intern implementiert Das LinkedIntList Objekt enthält eine Referenz auf das erste Element in front null im next Attribut signalisiert Ende der Liste Hat front den Wert null so ist die Liste leer LinkedIntList front add(value) add(index, value) indexof(value) remove(index) size() tostring() ListNode ListNode ListNode element 0 element 1 element 2

10 LinkedIntList Klasse v1 public class LinkedIntList { private ListNode front; public LinkedIntList() { front = null; LinkedIntList front = // methods

11 Die add Methode // Adds the given value to the end of the list. public void add(int value) {... Wie wollen wir einen neuen Knoten am Ende hinzufügen? Sind die Werte in der Liste vor diesem Schritt wichtig? front = element 0 element 1 element 2

12 Ein Element in eine leere Liste hinzufügen Bevor 20 hinzugefügt wird: Danach: front = front = 20 element 0 Wir müssen einen Knoten erstellen und an die Liste anhängen.

13 Die add Methode, 1. Versuch // Adds the given value to the end of the list. public void add(int value) { if (front == null) { // adding to an empty list front = new ListNode(value); else { // adding to the end of an existing list...

14 An eine nicht-leere Liste anhängen Bevor 20 am Ende hinzugefügt wird : front = 42-3 element 0 element 1 Danach: front = element 0 element 1 element 2

15 Vorsicht an der Kante! Um ein Element zur Liste hinzuzufügen (oder zu von der Liste zu entfernen) müssen wir das next Attribut des vorherigen Knotens modifizieren. front = 42-3 element 0 element 1 Wie durchlaufenwir eine Liste? Was für einen Typ muss current haben? ListNode

16 Vorsicht an der Kante! Um ein Element zur Liste hinzuzufügen (oder zu von der Liste zu entfernen) müssen wir das next Attribut des vorherigen Knotens modifizieren. front = 42-3 element 0 element 1 Worauf sollte current verweisen wenn wir 20 am Ende einfügen wollen? Welcher Loop Test lässt uns an dieser Stelle anhalten?

17 Die add Methode // Adds the given value to the end of the list. public void add(int value) { if (front == null) { // adding to an empty list front = new ListNode(value); else { // adding to the end of an existing list ListNode current = front; while (current.next!= null) { current = current.next; current.next = new ListNode(value);

18 Implementation von get // Returns value in list at given index. // 0 <= index < size() public int get(int index) {... front = element 0 element 1 element 2 Implementieren Sie die get Methode.

19 Die get Methode // Returns value in list at given index. // 0 <= index < size() public int get(int index) { ListNode current = front; for (int i = 0; i < index; i++) { current = current.next; return current.data;

20 Implementation von add (index) // Inserts the given value at the given index. public void add(int index, int value) {... Implementieren Sie diese Variante der add Methode. front = element 0 element 1 element 2

21 Die 2. Variante der add Methode // Inserts the given value at the given index. // 0 <= index <= size() public void add(int index, int value) { if (index == 0) { // adding to an empty list front = new ListNode(value, front); else { // inserting into an existing list ListNode current = front; for (int i = 0; i < index - 1; i++) { current = current.next; current.next = new ListNode(value, current.next);

22 Element entfernen: remove // Removes and returns the list's first value. public int remove() {... Wie entfernt man den ersten Knoten einer Liste? Ist der Inhalt der Liste wichtig wenn wir den ersten Knoten entfernen wollen?

23 Entfernen des ersten Elements Vor dem Entfernen des ersten Elements: front = element 0 element 1 Nachdem ein Element entfernt wurde: Nachdem 2 Elemente : front = 20 front = element 0

24 remove Methode // Removes and returns the first value. // List must not be empty. public int remove() { if (front == null) { System.exit(-1); int result = front.data; front = front.next; return result

25 Eine weitere remove Methode // Removes value at given index from list. // Precondition: 0 <= index < size public void remove(int index) {... Wie können wir ein beliebiges Element der Liste entfernen? Ist der Inhalt der Liste wichtig wenn wir einen Knoten entfernen wollen?

26 Entfernen eines Elementes Vor dem Entfernen des Elements mit Index 1: front = element 0 element 1 element 2 Danach: front = element 0 element 1

27 Entfernen des Elements mit Index 0 Vor Entfernen des Elements mit Index 0: front = element 0 element 1 element 2 Danach: front = element 0 element 1

28 Entfernen des einzigen Elementes Davor: Danach: front = 20 element 0 front Wir müssen das front Attribut auf null setzen (so dass es nicht auf einen ListNode verweist) Ist das ein Sonderfall den wir im Programm behandeln müssen?

29 remove Methode (Variante 2) // Removes value at given index from list. // Precondition: 0 <= index < size() public void remove(int index) { if (index == 0) { // special case: removing first element front = front.next; else { // removing from elsewhere in the list ListNode current = front; for (int i = 0; i < index - 1; i++) { current = current.next; current.next = current.next.next;

30 LinkedIntList Klasse v2 public class LinkedIntList { private ListNode front; public LinkedIntList() { front = null; LinkedIntList front = public void add (int value) { public void add (int index, int value) { public void remove() { public void remove(int index) {

31 Namen von Methoden In einer Klasse können verschiedene Methoden den selben Namen haben public void add (int value) { public void add (int index, int value) { Die Typen der Parameter müssen unterschiedlich sein public void add (int value) { public void add (int index) { // not OK 35

32 String tostring muss natuerlich einen String zurueckgeben! 36

33 Uebung Schreiben Sie eine Methode addsorted die den Wert einer ganzen Zahl als Parameter akzeptiert und diesen Wert in die sortierte Liste an der richtigen Position einfügt (d.h., die Liste ist auch danach sortiert). Vor addsorted(17) : front = -4 Nach addsorted(17) : 8 22 element 0 element 1 element 2 front = element 0 element 1 element 2 element 3

34 Der Normalfall : irgendwo einfügen Einfügen eines Elementes im Inneren der Liste: addsorted(17) front = element 0 element 1 element 2 Welche Verweise (Referenzen) müssen geändert werden? Was für eine Schleife bietet sich an? Wann sollte die Schleife terminieren?

35 Erster Versuch Fehlerhafte Schleife: ListNode current = front; while (current.data < value) { current = current.next; current front = Wo ist der Fehler? element 0 element 1 element 2 Die Schleife endet zu spät um die Liste korrekt zu verändern.

36 Idee: vorausschauen Korrekte Schleife: ListNode current = front; while (current.next.data < value) { current = current.next; current front = element 0 element 1 element 2 Diesmal hört die Schleife an der richtigen Stelle auf.

37 Spezialfall 1: Hinzufügen am Ende Hinzufügen am Ende der Liste: addsorted(42) front = element 0 element 1 element 2 Exception in thread "main": java.lang.nullpointerexception Warum gibt es eine Exception? Was können wir ändern um diesen Fall richtig zu behandeln?

38 Mehrere Tests für die Schleife A correction to our loop: ListNode current = front; while (current.next!= null && current.next.data < value) { current = current.next; current front = element 0 element 1 element 2 Wir müssen prüfen ob next den Wert null hat bevor wir das data Attribut des Knotens (d.h., next.value) prüfen

39 Spezialfall 2: Hinzufügen am Anfang Einfügen am Anfang der Liste: addsorted(-10) front = element 0 element 1 element 2 Was passiert jetzt in unserem Programm? Wie können wir diesen Fehler beheben?

40 Hinzufügen am Anfang Eine weitere Verbesserung des Programms if (value <= front.data) { // insert at front of list front = new ListNode(value, front); else { // insert in middle of list ListNode current = front; while (current.next!= null && current.next.data < value) { current = current.next; Kann diese Methode jetzt alle möglichenfälle behandeln?

41 Spezialfall 3: Leere Liste Hinzufügen (am Anfang) zu einer leeren Liste: addsorted(42) front = Was passiert jetzt in unserem Programm? Wie können wir diesen Fehler beheben?

42 // Adds given value to list in sorted order. // Precondition: Existing elements are sorted public void addsorted(int value) { if (front == null value <= front.data) { // insert at front of list front = new ListNode(value, front); else { // insert in middle of list ListNode current = front; while (current.next!= null && current.next.data < value) { current = current.next; Endgültige Version

43 (Verknüpfte) Liste vs. Array Algorithmus um die Werte der Liste auszugeben: Algorithmus um die Werte des Arrays auszugeben: ListNode front =...; int[] a =...; ListNode current = front; while (current!= null) { System.out.println(current.data); current = current.next; int i = 0; while (i < a.length) { System.out.println(a[i]); i++;

44 Diskussion Liste vs. Array Vorteil Array Konstante Zugriffszeit Vorteil Liste Grösse flexibel

45 Ein paar Fragen Was ist der Unterschied zwischen einer LinkedIntList und einem ListNode? Was ist der Unterschied zwischen einer leeren und einer null Liste? Wie können wir jede von ihnen konstruieren/generieren

46 Ein paar Fragen Die Attribute von ListNode sind nicht private? Ist das guter oder schlechter Stil? Welchen Effekt hat dieses Codesegment auf eine LinkedIntList values? ListNode current = values.front; current = null;

47 Antworten Eine Liste besteht aus 0 oder mehr Knoten. Jeder Knoten ist einlistnode Objekt Jeder Knoten enthält einen einzigen (int) Wert. null Liste: LinkedIntList list = null; leere Liste: LinkedIntList list = new LinkedIntList();

48 Antworten Das kann man vertreten da LinkedIntList der einzige Klient von ListNode ist Andere Programme manipulieren nicht die ListNode Objekte sondern arbeiten mit Methoden der LinkedIntList Klasse. Es gibt in Java noch bessere Möglichkeiten, solche Klassen zu organisieren, aber die lernen wir erst später kennen. Diese Zuweisungen ändern die Liste nicht. Die Liste kann nur auf folgende Weise verändert werden: Aendern des front Attributes. Aendern des next Verweises auf einen Knoten in der Liste (Aendern des data Attributes eines Knotens)

49 Andere Operationen für Listen Implementieren Sie weitere Methoden fürlinkedintlist: size isempty clear tostring indexof contains Deklarieren Sie ein size Attribut so dass die Anzahl Knoten schnell zurückgegeben werden kann.

51 Software Entwicklung Programmieren ist anspruchsvoll Es ist leicht Fehler zu machen LinkedIntList Aufgaben Wir würden gerne Software wiederverwenden Auf früheren Lösungen aufbauen Von LinkedIntList zu DoubleLinkedIntList Von LinkedIntList zu LinkedBooleanList, LinkedPersonList,. 56

52 Software Entwicklung Programmieren ist anspruchsvoll Es ist leicht Fehler zu machen LinkedIntList Aufgaben Wir würden gerne Software wiederverwenden Auf früheren Lösungen aufbauen Von LinkedIntList zu DoubleLinkedIntList Von LinkedIntList zu LinkedBooleanList, LinkedPersonList,. 58

53 Knoten einer doppelt verknüpften Liste public class DllNode { int data; DllNode next; DllNode prev; Jeder Knoten der Liste speichert: Den Wert einer ganzen (int) Zahl Einen Verweis auf einen Vorgänger Listenknoten Einen Verweis auf einen Nachfolger Listenknoten prev prev prev prev

54 Doppelt verknüpfte Liste public class DoubleLinkedIntList { private DllNode front; private DllNode tail; // methods DoubleLinkedIntList front tail DllNode DllNode DllNode prev prev prev element 0 element 1 element 2 60

55 Uebersicht 8.0 Neue Klassen aus existierendem Klassen 8.1 Konstruktoren 8.2 Selektiv Verhalten (von Objekten) festlegen 61

56 Spital Beispiel Gemeinsame Regeln für alle Angestellten: Arbeitszeit, Urlaub, Sozialleistungen, Fortbildung, Pflichtenheft, AlleAngestelltenbesucheneine gemeinsame Orientierungveranstaltung um die für alle gültigen Regeln des Krankenhauses zu erhalten Verhalten im Notfall, professionelles Verhalten, Lohnfortzahlung im Krankheitsfall, Alle Angestellten erhalten das 20-seitige Handbuch, das die Arbeitsverhältnisse im Spital regelt Aber

57 Aber jede Abteilung hat noch ihre eigenen Regeln Angestellte erhalten ein weiteres Handbuch (mit 1-5 Seiten) für die Regeln, die für ihre Abteilung gelten Das Zusatzhandbuch enthält weitere Regeln und ändert oder erweitert Regeln aus dem (allgemeinen) Spitalregelwerk. Angestellten Handbuch 20 Seiten Arzt/Aerztin Handbuch 25 Seiten FaGe (Pflege) Handbuch 22 Seiten Adminstrator/in Handbuch 21 Seiten OP-Fachkraft Handbuch 25 Seiten 63

58 Organisation der Regeln Warum wollen wir nicht je ein Handbuch für Aerzte/innen (25 Seiten), eines für FaGe (22 Seiten), eines für Administratoren (21 Seiten) und eines für OP-Fachkräfte (25 Seiten) haben? Vorteile wenn wir die Handbücher aufteilen : Anpassungen: Nur eine Stelle muss geändert werden, wenn sich die allgemeinenregeln ändern. Lokalitätsprinzip: Schneller Ueberblick über die Regeln die nur für Aerzte/innen gelten.

59 Was wir aus dem Beispiel mitnehmen Allgemeine Regeln sind sinnvoll (das 20-seitige allgemeine Handbuch). Einzelne Gruppen brauchen evtl. Zusatzregeln die nur für diese Abteilung gelten Die Gruppenregeln haben Vorrang vor den allgemeinen Regeln Die Gruppenregeln können evtl. allgemeine Regeln ausser Kraft setzen. 65

60 Regeln für Angestellte Hier ist ein Satz von Regeln der für Angestellte des Krankenhauses gilt: Die Arbeitszeit ist 42 Stunden pro Woche. Angestellte erhalten einen Basislohn von sfr/jahr, bis auf OP-Fachkräfte die sfr/jahr extra erhalten, und Administratoren/-innen, die sfr/jahrextra erhalten. Angestellte haben 4 Wochen Urlaub pro Jahr, bis auf Aerzte/innen, die eine Woche extra (also insgesamt 5 Wochen) bekommen Um einen Urlaub zu beantragen sollten Angestellte ein grünesformular verwenden, bis auf Aerzte/innen, die ein gelbes Formular brauchen. 68

61 Aufgaben und Fähigkeiten der Angestellten Jede Art von Angestellten spielt im Spitalbetrieb eine bestimmte Rolle Aerzte/innen behandeln Patienten (untersuchen und stellen eine Diagnose). Administratoren verarbeiten Rechnungen. FaGe pflegen Patienten auf einer Station (müssen also einer Station zugeteilt sein, für einen bestimmten Zeitraum) OP-Fachkräfte managen den OP-Saal. Wir wollen jetzt ein System erstellen, das die Spitaldirektion bei der Einsatzplanung, Rechnungsstellung etc unterstützt Für jede/r Angestellte/n gibt es ein Exemplar einer Klasse mit der wir planen/verwalten können 69

62 Eine Klasse für Angestellte ( Angestellte ) // A class to represent employees in general (20-page manual). public class Angestellte { public int gethours() { return 42; // works 42 hours / week public double getsalary() { return ; // sfr 80, / year public int getvacationdays() { return 20; // 4 weeks paid vacation, not including weekends public String getvacationform() { return green"; // use the green form