Informatik II Übung 6

Transkript

1 Informatik II Übung 6 Gruppe 2 Carina Fuss cfuss@student.ethz.ch Carina Fuss

2 Übung 6 Nachbesprechung Übung 5 Objektorientierung Vererbung, Polymorphie, abstrakte Klassen, Interfaces, Generics Vorbesprechung Übung 6 Carina Fuss

3 Nachbesprechung Übung 5 Carina Fuss

4 Übung 5 Aufgabe 1 einfach verkettete Listen Carina Fuss

5 Übung 5 Aufgabe 1 einfach verkettete Listen Carina Fuss

6 Übung 5 Aufgabe 2 Modifizierung von Listen Carina Fuss

7 Übung 5 Aufgabe 2 Modifizierung von Listen Carina Fuss

8 Übung 5 Aufgabe 2 Modifizierung von Listen Carina Fuss

9 Übung 5 Aufgabe 3 Sortieren von Listen Carina Fuss

10 Übung 5 Aufgabe 4 wachsender Stack Carina Fuss

11 Übung 5 Aufgabe 4 wachsender Stack Carina Fuss

12 Übung 5 Aufgabe 4 wachsender Stack Carina Fuss

13 Stack mit Array vs. Stack mit verketteter Liste Demo Overhead: Es müssen ausser den Nutzdaten noch zusätzliche Daten gespeichert werden. (hier: Pointer auf nächstes Element) Carina Fuss

14 Objektorientierung Carina Fuss

15 Klassenhierarchie Person Koch Bauer public class Chef extends Person{} public class Farmer extends Person{} Carina Fuss

16 Beispiel Klasse Person Person: name age address Person() tostring() getname() getage() getaddress() setaddress(newaddress) birthday() olderthan(person) averageage(ages) Attribute Konstruktor tostring-methode Getter-Methoden Setter-Methode static-methode: wird nicht für ein Objekt, sondern für die ganze Klasse aufgerufen (Person.averageAge( )) Instanzenmethoden Carina Fuss

17 Beispiel Klasse Koch Person: name age address Person() tostring() getname() getage() getaddress() setaddress(newaddress) overrides Chef: stars bestdish Chef() tostring() getstars() getbestdish() zusätzliche Attribute neuer Konstruktor, der den Konstruktor der Basisklasse mit super( ) aufruft zusätzliche Methoden birthday() olderthan(person) averageage(ages) alle Attribute und Methoden von Person werden von Koch geerbt oder überschrieben Carina Fuss

18 Basisklasse abgeleitete Klasse: Vererbung Koch erweitert ein bestehendes Konzept, die Person Koch/Chef erbt von Person public class Chef extends Person{} hat zusätzliche Eigenschaften: enthält zusätzliche Attribute/Methoden Koch definiert zusätzlichen Konstruktor Basisklasse aufrufen mit super( ) this: Referenz auf Objekt, in dem man sich gerade befindet vermeidet Namenskonflikte Koch kann: neue Attribute hinzufügen int stars, String bestdish neue Methoden hinzufügen getstars(), getbestdish() bestehende Methoden überschreiben (override) tostring() Carina Fuss

19 Basisklasse abgeleitete Klasse: Polymorphie Achtung: Koch kann nicht: Attribute entfernen Methoden entfernen tostring: polymorphe Methode hat in verschiedenen Klassen die gleiche Signatur, ist aber unterschiedlich implementiert dynamic binding / late binding: erst zur Laufzeit wird bestimmt, welche Methode für das gegebene Objekt verwendet wird es wird jeweils die Methode aus der gleichen Klasse oder der Klasse, die zuunterst im Vererbungszweig ist, verwendet (falls sie in der gleichen Klasse nicht vorkommt) gilt auch für weitere Unterklassen, z. B. Bauer/Farmer Carina Fuss

20 Warum Vererbung? besseres Design & Struktur Abstraktion der realen Welt, Modellierung von ist ein -Beziehungen z.b. Koch Hans Hans ist ein Koch und Hans ist auch eine Person Wiederverwendung von Code bessere Wartbarkeit Carina Fuss

21 Sichtbarkeit private nur in der gleichen Klasse sichtbar protected im gleichen package sichtbar (z. B. auch in den abgeleiteten Klassen) auch in abgeleiteten Klassen in anderen packages sichtbar kein Stichwort nur im gleichen package sichtbar public für alle sichtbar abgeleitete Klassen übernehmen Sichtbarkeit, darf nicht reduziert («überschrieben») werden! Carina Fuss

22 Polymorphie Eine Variable vom Typ Basisklasse darf auch ein Objekt einer abgeleiteten Klasse enthalten. Aber nicht umgekehrt! Person Ein Koch ist auch eine Person. Eine Person ist nicht unbedingt ein Koch. Koch Bauer «A chef is an instance of a person.» Carina Fuss

23 instance of Person p = new Person( ); Chef c = new Chef( ); Farmer f = new Farmer( ); Koch Person Bauer p instanceof Person true c instanceof Person true f instanceof Person true p instanceof Chef false c instanceof Farmer false Carina Fuss

24 Zuweisungskompatibilität Static und Dynamic Cast Person p = new Person( ); Chef c = new Chef( ); Farmer f = new Farmer( ); Koch Person Bauer Person pc = c ok Person pf = f ok Chef cp = p compile error Chef cpc = pc compile error Chef dcpc= (Chef) pc ok Farmer dfpc = (Farmer) pc runtime error Carina Fuss

25 Klasse Object in Java Ist die Oberklasse aller Klassen in Java, auch von selbstprogrammierten Klassen Basistypen wie int nicht enthalten, da keine Klassen! Wird eine Klasse definiert, erbt sie implizit von Object. Object public class MyClass { } ist äquivalent zu: public class MyClass extends Object { } Person Koch Bauer Carina Fuss

26 Final: Methoden und Klassen Eine Unterklasse kann die Methoden der Oberklasse verwenden die Methoden der Oberklasse überschreiben (override) Eine mit final deklarierte Methode in der Oberklasse kann in der Unterklasse nicht überschrieben werden! Von einer mit final deklarierten Klasse kann nicht geerbt werden! z.b. Integer, Character, usw. Carina Fuss

27 abstrakte Klassen abstract-methode: wird in dieser Klasse nicht implementiert muss von allen abgeleiteten Klassen implementiert werden sonst Compiler-Fehler! abstract-klasse: Klasse, die mindestens eine abstract-methode enthält Davon kann man keine Objekte mit new erzeugen! Beispiel Demo: Klasse Vehicle Methode getmaxspeed() Carina Fuss

28 Interfaces / Schnittstellen ähnlich wie abstrakte Klasse: deklariert Methodensignaturen, die von implementierenden Klassen implementiert werden müssen (implements statt extends) Eine implementierende Klasse muss alle Methodendeklarationen des Interfaces implementieren! Neuerung in Java 8: Mit default kann man schon im Interface Methoden implementieren. Mehrfachvererbung: Mit Klassen nicht möglich: Eine Klasse kann nur von einer Klasse erben (nach extend nur eine Klasse)! Aber: Eine Klasse kann mehrere Interfaces implementieren. Beispiel in Demo: Comparable (wird implementiert von Vehicle) Carina Fuss

29 abstrakte Klasse vs. Interface Abstrakte Klasse Interface kann vollständige Implementierungen und/oder Methodendeklarationen enthalten Methoden können protected sein enthält in der Regel keine Implementierungen (Ausnahme: default in Java 8) alle Methoden implizit public kann Attribute und Konstanten enthalten alle enthaltenen Variablen sind Konstanten (public static final) Carina Fuss

30 Factory-Methode Beispiel in Demo: IVehicleListUtils wird implementiert durch VehicleListUtils. Wir arbeiten mit VehicleListUtils. Es wird festgestellt: IVehicleListUtils kann besser implementiert werden, durch BetterVehicleListUtils. Es müssten jetzt alle VehicleListUtils im Code manuell durch BetterVehicleListUtils ersetzt werden Mit Factory-Methode: nichts muss ersetzt werden, nur die Factory-Methode geändert Carina Fuss

31 Generics / parametrisierte Typen funktioniert nur für Objekte vom Typ Object funktioniert für Objekte beliebigen Typs generische Methode Carina Fuss

32 ArrayList Arrays dynamischer Länge, ähnlich zu Vektoren in C++ abgeleitete Klasse von List, stellt Methoden wie add, size, set, remove usw. zur Verfügung kann Objekte beliebigen Typs speichern, aber: Laufzeitfehler bei falschen Typumwandlunge Typsicherheit durch Nutzung von Generics: Compiler weiss, von welchem Typ die Elemente der Liste sind Carina Fuss

33 Vorbesprechung Übung 6 Carina Fuss

34 Übung 6 Aufgabe 1 Klassen, Schnittstellen, Typuwandlungen verschiedene Klassen und Schnittstellen Diagramm zeichnen Für welche Klassen kann man mit new neue Objekte erzeugen? Welche Zuweisungen funktionieren? vehicle = bike; ok bike = vehicle; falsch! bike = (bike) vehicle; ok Carina Fuss

35 Übung 6 Aufgabe 2 Schnittstellen, Implementierung Interface IStack, Klasse ListStack implementiert IStack Factory-Methode StackFactory.create implementieren wie im Beispiel! neue Methode im Interface ergänzen und in der implementierenden Klasse ListStack implementieren neuen Test schreiben: schon bestehende Tests nachahmen Carina Fuss

36 Übung 6 Aufgabe 3 Polymorphie GenericList: generische Liste (für Elemente mit beliebigem Typ) IListUtils benutzt GenericLists ListUtils implementiert IListUtils (Methoden tostring, add und size) neues File erstellen Fabrikmethode für IListUtils wie im Beispiel implementieren GeometricObject: abstrakte Klasse für geometrische Objekte mit abstrakter Methode area area muss von den beiden abgeleiteten Klassen Rectangle und Triangle implementiert werden GeometricObject implementiert Interface Comparable Methode smallerthan aus Comparable muss von GeometricObject implementiert werden smallerthan vergleicht geometrische Objekte mit Flächeninhalt (kann also auch Dreiecke mit Rechtecken vergleichen ) Carina Fuss

37 Übung 6 Aufgabe 3 Polymorphie Objekte, deren Klassen das Interface Comparable implementieren, können durch generischen Sortieralgorithmus sortiert werden. Solche Objekte sind vergleichbar. Implementierung von IListUtils definiert Methode sort für generische Listen. Bei Implementierung davon ausgehen, dass alle Objekte der Liste Comparable-Objekte, also vergleichbar, sind. Sortieralgorithmus grösstenteils analog zur Implementierung aus letzter Übungsserie Carina Fuss

38 Übung 6 Aufgabe 4 Stacks und Optimierung kombiniere Listen und Arrays: ChunkList Liste aus Arrays beim Erreichen der Kapazitätsgrenze des Arrays wird ein neues Array an die Liste angehängt ChunckedStack: Stack aus einer ChunkList IStack (Aufgabe 2) soll durch ChunkedStack implementiert werden Fabrikmethode zum Testen anpassen soll ein ChunkedStack-Objekt zurückgeben Performanzvergleich (mit vorheriger Implementierung eines wachsenden Stacks) durchführen Welche Implementierung ist schneller? Warum? Wie geht es effizienter? Carina Fuss

39 Fragen? Carina Fuss