Programmieren 2 15 Abstrakte Datentypen

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1 Programmieren 2 15 Abstrakte Datentypen Bachelor Medieninformatik Sommersemester 2015 Dipl.-Inform. Ilse Schmiedecke schmiedecke@beuth-hochschule.de 1

2 Verallgemeinerte Datenbehälter Typ, der eine variable Anzahl von Objekten eines geeigneten Elementtyps speichern kann Standardoperationen: - hinzufügen - suchen /lesen - entnehmen / löschen - aktuelleanzahl - evtl. maximaleanzahl Array ist eine mögliche Implementierungstechnik Vorteil von Arrays: Direktzugriff per Index Nachteil: Feste Länge, mittiges Einfügen/Löschen sehr aufwändig 2 2

3 Stack und Queue (Stapel und Warteschlange) Zwei sehr wichtige Datenbehälter-Typen Identische Schnittstelle, unterschiedliches Verhalten interface Container { void add(object o); Object remove()throws EmptyExcption; Object peek()throws EmptyExcption; interface LiFo extends Container { interface FiFo extends Container { 3 3

4 Stack-Implementierung (LIFO) mit einem Array class StackArray implements LiFo { private Object[] stack = new Object[size]; private int top = 0; public void add(object obj) { if (top == size) throw new FullException(); stack[top] = obj; top++; public Object remove() throws EmptyException { if (top==0) throw new EmptyException(); top --; return stack[top]; public Object peek() throws EmptyException{ if (top==0) throw new EmptyException(); return stack[top-1]; top 44

5 Die Exception-Klassen class EmptyException extends Exception { // "normale" Exception erscheint im Interface. // Muss behandelt werden // Entnahme aus leerem Datenbehälter // ist immer ein Fehler class FullException extends RuntimeException { // Runtime Exception erscheint nicht im Interface // Bei einer Array-Implementierung gibt es eine // feste Obergrenze // Aber es gibt auch flexible Datenbehälter, // da tritt diese Exception nicht auf. 55

6 Queue-Implementierung (FIFO) - Strategie 2 "Zeiger": Ältester Eintrag (last) Entnehmen Nächste freie Stelle (next) Einfügen Beide wandern aufwärts next count Zählvariable count verhindert "Überholen" last Zählen "über den Rand" modulo 6 6

7 Queue-Implementierung (FIFO) mit einem Array class QueueArray implements FiFo { private Object[] queue = new Object[size]; private int next=0, last=0, count=0; void add(object obj) { if (count>=size) throw new FullException(); queue[next] = obj; next = (next+1)%size; // modulo count ++; Object remove() throws EmptyException { if (count==0) throw new EmptyException(); Object obj = queue[last]; count --; last = (last+1)%size; return obj; // peek analog next last

8 Zusammenfassung Abstrakte Datentypen Ein Abstrakter Datentyp (ADT) ist Eine Klasse mit einer privaten Datenstuktur und öffentlichen Zugriffsmethoden. Sie implementiert i.d.r. ein Interface. Die Zugriffsmethoden folgen einer bestimmten Strategie, die für den abstrakten Datentyp charateristisch ist (z.b. Queue) Ein Abstrakter Datentyp ist typischerweise durch Exceptions "gesichert", d.h. robust gemacht. 8 8

9 Was kann man mit Stack und Queue anfangen? In der Informatik kommen beide oft vor! Queue: Nachrichtensysteme ("Mail" von Prozess zu Prozess) Warteschlangen bei der Ereigisbehandlung Scheduling Stack: Aufrufstack der Methoden Evaluation von Ausdrücken etc. Umwandlung von Rekursion in Iteration 9 9

10 "Polnisch Rückwärts" Die prioritätentreue Auswertung von Ausdrücken mit und ohne Klammern ist kompliziert! Zur Erleichterung der Abarbeitung gibt es die "Umgekehrte Polnische Notation" oder Postfix-Notation Umformung Infix Postfix mit dem "Rangierbahnhof"- Algorithmus ("Shunting Yard") unter Verwendung eines Stacks für die Operatoren und einer Queue für das Ergebnis. Postfix-Formel kann auf einem Stack direkt ausgewertet werden! 10 10

11 Die Main-Methode Programm-Strategie: Formel als String lesen [ Eingabe bereinigen (unerlaubte Zeichen entfernen) ] Durch split an Leerzeichen auftrennen und in ein String-Array speichern Mithilfe des Shunting Yard-Algorithmus Array in eine UPN-Formel umwandeln, als Queue zurückgeben intern wird zusätzlich ein Stack für die Operatore verwendet Die UPN-Formel von vorn nach hinten auswerten und das Ergebnis zurückgeben intern wird ein Stack für die Operanden verwendet 11

12 Nächstes Mal verwenden wir Fertigprodukte 12 12