Programmierzertifikat Objekt-Orientierte Programmierung mit Java
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- Steffen Flater
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1 Programmierzertifikat Objekt-Orientierte Programmierung mit Java Vorlesung 06: Peter Thiemann Universität Freiburg, Germany SS 2008 Peter Thiemann (Univ. Freiburg) Programmierzertifikat Objekt-Orientierte Programmierung mit Java JAVA 1 / 42
2 Inhalt Vorspiel: Wrapperklassen Generische Klassen und Interfaces Generische Suche Generischer Durchlauf Listen transformieren Intermezzo: Vergleichen mit Finite Map Peter Thiemann (Univ. Freiburg) Programmierzertifikat Objekt-Orientierte Programmierung mit Java JAVA 2 / 42
3 Vorspiel: Wrapperklassen Wrapperklassen Für jeden primitiven Datentyp stellt Java eine Klasse bereit, deren Instanzen einen Wert des Typs in ein Objekt verpacken. Beispiele primitiver Typ int double boolean Wrapperklasse java.lang.integer java.lang.double java.lang.boolean Klassen- und Interfacetypen heißen (im Unterschied zu primitiven Typen) auch Referenztypen. Achtung: auf Referenztypen sollte die Gleichheit mit equals getestet werden (vgl. String) Peter Thiemann (Univ. Freiburg) Programmierzertifikat Objekt-Orientierte Programmierung mit Java JAVA 3 / 42
4 Vorspiel: Wrapperklassen Methoden von Wrappenklassen Wrapperklassen beinhalten (statische) Hilfsmethoden und Felder zum Umgang mit Werten des zugehörigen primitiven Datentyps. Vorsicht: Ab Version 5 konvertiert Java automatisch zwischen primitiven Werten und Objekten der Wrapperklassen. (autoboxing) Beispiel: Integer (Auszug) static int MAX VALUE; // maximaler Wert von int static int MIN VALUE; // minimaler Wert von int Integer (int value); Integer (String s); // konvertiert String > int int compareto(integer anotherinteger); int intvalue(); static int parseint(string s); Peter Thiemann (Univ. Freiburg) Programmierzertifikat Objekt-Orientierte Programmierung mit Java JAVA 4 / 42
5 Generische Klassen und Interfaces Generische Klassen und Interfaces Peter Thiemann (Univ. Freiburg) Programmierzertifikat Objekt-Orientierte Programmierung mit Java JAVA 5 / 42
6 Generische Klassen und Interfaces Listen sind überall Listen von Tagebucheinträgen MTLog ILog ConsLog fst : Entry rst : ILog Entry :... Peter Thiemann (Univ. Freiburg) Programmierzertifikat Objekt-Orientierte Programmierung mit Java JAVA 6 / 42
7 Generische Klassen und Interfaces Listen sind überall Listen von Büchern IBooks ConsBooks MTBooks fst : Book rst : IBooks Book :... Peter Thiemann (Univ. Freiburg) Programmierzertifikat Objekt-Orientierte Programmierung mit Java JAVA 7 / 42
8 Generische Klassen und Interfaces Listen sind überall Listen von Autoren IAuthors ConsAuthors MTAuthors fst : Author rst : IAuthors Author :... Peter Thiemann (Univ. Freiburg) Programmierzertifikat Objekt-Orientierte Programmierung mit Java JAVA 8 / 42
9 Generische Klassen und Interfaces Abstraktion Die Klassendiagramme sind gleich (bis auf den Elementtyp). Die Implementierungen sind gleich (bis auf den Elementtyp). Naheliegender Wunsch: Vermeide die Wiederholung durch Abstraktion des Deklarationsmusters vom Elementtyp. Peter Thiemann (Univ. Freiburg) Programmierzertifikat Objekt-Orientierte Programmierung mit Java JAVA 9 / 42
10 Generische Klassen und Interfaces Abstraktion Die Klassendiagramme sind gleich (bis auf den Elementtyp). Die Implementierungen sind gleich (bis auf den Elementtyp). Naheliegender Wunsch: Vermeide die Wiederholung durch Abstraktion des Deklarationsmusters vom Elementtyp. Mittel dazu Java Zunächst: generische Klassen und Interfaces Peter Thiemann (Univ. Freiburg) Programmierzertifikat Objekt-Orientierte Programmierung mit Java JAVA 9 / 42
11 Generische Klassen und Interfaces Generische Listen IList<X> Cons<X> MT<X> fst : X rst : IList<X> IList<X> ist ein generisches Interface MT<X> und Cons<X> sind generische Klassen X ist dabei eine Typvariable X kann für einen beliebigen Klassen- oder Interfacetyp stehen, nicht für einen primitiven Typ Peter Thiemann (Univ. Freiburg) Programmierzertifikat Objekt-Orientierte Programmierung mit Java JAVA 10 / 42
12 Generische Klassen und Interfaces Implementierung: Generische Listen // Listen mit beliebigen Elementen interface IList<X> { // Variante leere Liste class MT<X> implements IList<X> { public MT() { // Variante nicht leere Liste class Cons<X> implements IList<X> { private X fst; private IList<X> rst; public Cons (X fst, IList<X> rst) { this.fst = fst; this.rst = rst; Peter Thiemann (Univ. Freiburg) Programmierzertifikat Objekt-Orientierte Programmierung mit Java JAVA 11 / 42
13 Generische Klassen und Interfaces Verwendung von generischen Listen Liste von Tagebucheinträgen // die Einträge der Liste Entry e1 = new Entry (new Date (5,6,2003), 8.5, 27, gut ); Entry e2 = new Entry (new Date (6,6,2003), 4.5, 24, müde ); Entry e3 = new Entry (new Date (23,6,2003), 42.2, 150, erschöpft ); // Aufbau der Liste IList<Entry> i1 = new MT<Entry> (); IList<Entry> i2 = new Cons<Entry> (e1, i1); IList<Entry> i3 = new Cons<Entry> (e2, i2); IList<Entry> i4 = new Cons<Entry> (e3, i3); Peter Thiemann (Univ. Freiburg) Programmierzertifikat Objekt-Orientierte Programmierung mit Java JAVA 12 / 42
14 Generische Klassen und Interfaces Verwendung von generischen Listen Liste von Daten // die Einträge Date d1 = new Date (28,4,1789); Date d2 = new Date (28,4,1945); Date d3 = new Date (28,4,1906); // Aufbau der Liste IList<Date> i1 = new MT<Date> (); IList<Date> i2 = new Cons<Date> (d1, i1); IList<Date> i3 = new Cons<Date> (d2, i2); IList<Date> i4 = new Cons<Date> (d3, i3); Peter Thiemann (Univ. Freiburg) Programmierzertifikat Objekt-Orientierte Programmierung mit Java JAVA 13 / 42
15 Generische Klassen und Interfaces Verwendung von generischen Listen Liste von int bzw. Integer Achtung: Typvariablen können nur für Referenztypen stehen! Anstelle von primitiven Typen müssen die Wrapperklassen verwendet werden (Konversion von Werten automatisch dank Autoboxing) // Aufbau der Liste IList<Integer> i1 = new MT<Integer> (); IList<Integer> i2 = new Cons<Integer> (32168, i1); IList<Integer> i3 = new Cons<Integer> (new Integer ( ), i2); IList<Integer> i4 = new Cons<Integer> (new Integer ( 14), i3); Peter Thiemann (Univ. Freiburg) Programmierzertifikat Objekt-Orientierte Programmierung mit Java JAVA 14 / 42
16 Generische Suche Generische Suche Peter Thiemann (Univ. Freiburg) Programmierzertifikat Objekt-Orientierte Programmierung mit Java JAVA 15 / 42
17 Generische Suche Generische Suche Filtere aus einer IList<Entry> diejenigen aus, die ein bestimmtes Suchkriterium erfüllen. Beispiele Finde alle Läufe von mehr als 10km Länge. Finde alle Läufe im Juni Peter Thiemann (Univ. Freiburg) Programmierzertifikat Objekt-Orientierte Programmierung mit Java JAVA 16 / 42
18 Generische Suche Generische Suche Funktional Alter Ansatz Entwickle Methoden IList<Entry> distancelongerthan (double length); IList<Entry> inmonth (int month, int year);... denen allen das Durchlaufen der Liste und das Zusammenstellen der Ergebnisliste gemeinsam ist. Peter Thiemann (Univ. Freiburg) Programmierzertifikat Objekt-Orientierte Programmierung mit Java JAVA 17 / 42
19 Generische Suche Generische Suche Funktional Alter Ansatz Entwickle Methoden IList<Entry> distancelongerthan (double length); IList<Entry> inmonth (int month, int year);... denen allen das Durchlaufen der Liste und das Zusammenstellen der Ergebnisliste gemeinsam ist. Generischer Ansatz Entwickle eine Methode mit dieser Funktionalität und parametrisiere sie so, dass alle anderen Methoden Spezialfälle davon werden. Peter Thiemann (Univ. Freiburg) Programmierzertifikat Objekt-Orientierte Programmierung mit Java JAVA 17 / 42
20 Generische Suche Generischer Ansatz Generische Auswahl Definiere das Auswahlkriterium durch ein separates Interface ISelect, welches von Elementtypen erfüllt sein soll. Dieses Interface muss entsprechend über den Elementtypen parametrisiert sein: // generische Auswahl interface ISelect<X> { // ist obj das Gesuchte? public boolean selected (X obj); Entwurfsmuster Strategy Suche mit abstrakter Selektion Instantiiert durch konkrete Selektionen Peter Thiemann (Univ. Freiburg) Programmierzertifikat Objekt-Orientierte Programmierung mit Java JAVA 18 / 42
21 Generische Suche Instanzen der generischen Auswahl // teste ein Entry ob er eine längere Entfernung enthält class DistanceLongerThan implements ISelect<Entry> { private double limit; public DistanceLongerThan (double limit) { this.limit = limit; public boolean selected (Entry e) { return e.distance > this.limit; Peter Thiemann (Univ. Freiburg) Programmierzertifikat Objekt-Orientierte Programmierung mit Java JAVA 19 / 42
22 Generische Suche Instanzen der generischen Auswahl // teste ob ein Entry in einem bestimmten Monat liegt class EntryInMonth implements ISelect<Entry> { private ISelect<Date> selectdate; public EntryInMonth (int month, int year) { this.selectdate = new DateInMonth(month, year); public boolean selected (Entry e) { return this.selectdate.selected (e.d); // teste ob ein Date in einem bestimmten Monat liegt class DateInMonth implements ISelect<Date> { private int month; private int yearm; public DateInMonth (int month, int year) { this.month = month; this.year = year; public boolean selected (Date d) { return d.month == this.month && d.year == this.year; Peter Thiemann (Univ. Freiburg) Programmierzertifikat Objekt-Orientierte Programmierung mit Java JAVA 20 / 42
23 Generische Suche Implementierung Generische Auswahl in IList<X> in MT<X> public IList<X> filter (ISelect<X> pred); public IList<X> filter (ISelect<X> pred) { return new MT<X>(); in Cons<X> public IList<X> filter (ISelect<X> pred) { IList<X> filteredrest = this.filter (pred); if (pred.selected (this.fst)) { return new Cons<X>(this.fst, filteredrest); else { return filteredrest; Peter Thiemann (Univ. Freiburg) Programmierzertifikat Objekt-Orientierte Programmierung mit Java JAVA 21 / 42
24 Generische Suche Verwendung Generische Auswahl Läufe von mehr als 10km Länge IList<Entry> myruns =...; ISelect<Entry> morethan10 = new DistanceLongerThan (10); IList<Entry> mylongruns = myruns.filter (morethan10); Peter Thiemann (Univ. Freiburg) Programmierzertifikat Objekt-Orientierte Programmierung mit Java JAVA 22 / 42
25 Generische Suche Verwendung Generische Auswahl Läufe von mehr als 10km Länge IList<Entry> myruns =...; ISelect<Entry> morethan10 = new DistanceLongerThan (10); IList<Entry> mylongruns = myruns.filter (morethan10); Läufe im Juni 2003 IList<Entry> myruns =...; ISelect<Entry> injune2003 = new EntryInMonth (6, 2003); IList<Entry> myjuneruns = myruns.filter (injune2003); // Alternative IList<Entry> myjulyruns = myruns.filter (new EntryInMonth (7, 2003)); Peter Thiemann (Univ. Freiburg) Programmierzertifikat Objekt-Orientierte Programmierung mit Java JAVA 22 / 42
26 Generischer Durchlauf Generischer Durchlauf Peter Thiemann (Univ. Freiburg) Programmierzertifikat Objekt-Orientierte Programmierung mit Java JAVA 23 / 42
27 Generischer Durchlauf Generischer Durchlauf Idee des Durchlaufinterfaces Abkopplung der Funktionalität vom Durchlaufen der Datenstruktur Änderung der Implementierung der Datenstruktur ohne Änderung der Funktionalität Veränderliche Datenstrukturen Peter Thiemann (Univ. Freiburg) Programmierzertifikat Objekt-Orientierte Programmierung mit Java JAVA 24 / 42
28 Generischer Durchlauf Organisation interface IList<X> filter(p : ISelect<X>) : IList<X> List li : ITraverse<X> MT<X> interface ITraverse<X> isempty() : boolean getfirst() : X getrest() : ITraverse<X> Cons<X> Peter Thiemann (Univ. Freiburg) Programmierzertifikat Objekt-Orientierte Programmierung mit Java JAVA 25 / 42
29 Generischer Durchlauf Implementierung Generischer Durchlauf in ITraverse<X> public boolean isempty (); public X getfirst(); public IList<X> getrest(); in MT<X> implements ITraverse<X> public boolean isempty () { return true; public X getfirst() { return null; public IList<X> getrest() { return null; in Cons<X> implements ITraverse<X> public boolean isempty () { return false; public X getfirst() { return this.fst; public IList<X> getrest() { return this.rst; Peter Thiemann (Univ. Freiburg) Programmierzertifikat Objekt-Orientierte Programmierung mit Java JAVA 26 / 42
30 Generischer Durchlauf Implementierung Generische Suche mit Durchlaufinterface class List<X> implements IList<X> { private ITraverse<X> li; public List (ITraverse<X> li) { this.li = li; public IList<X> filter (ISelect<X> pred) { ITraverse<X> newli = this.filteraux (this.li, pred); return new List (newli); private ITraverse<X> filteraux (ITraverse<X> li, ISelect<X> pred) { if (!li.isempty()) { X elem = li.getfirst (); ITraverse<X> filteredrest = filteraux (li.getrest(), pred); if (pred.select (elem)) { return new Cons<X>(elem, filteredrest); else { return filteredrest; else { return new MT<X>(); Peter Thiemann (Univ. Freiburg) Programmierzertifikat Objekt-Orientierte Programmierung mit Java JAVA 27 / 42
31 Generischer Durchlauf Implementierung Generische Suche mit Durchlaufinterface und while class List<X> implements IList<X> { private ITraverse<X> li; public List (ITraverse<X> li) { this.li = li; public IList<X> filter (ISelect<X> pred) { ITraverse<X> newli = this.filteraux (pred); return new List (newli); private ITraverse<X> filteraux (ISelect<X> pred) { ITraverse<X> li = this.li; ITraverse<X> acc = new MT<X>(); while (!li.isempty()) { X elem = li.getfirst(); if (pred.select(elem)) { acc = new Cons<X>(elem, acc); li = li.getrest(); return acc; Peter Thiemann (Univ. Freiburg) Programmierzertifikat Objekt-Orientierte Programmierung mit Java JAVA 28 / 42
32 Listen transformieren Listen transformieren Peter Thiemann (Univ. Freiburg) Programmierzertifikat Objekt-Orientierte Programmierung mit Java JAVA 29 / 42
33 Listen transformieren Listen transformieren Aufgabe: Ändere alle Einträge im Lauftagebuch von km auf Meilen. Das Abändern von Einträgen macht auch für andere Listentypen Sinn. entwerfe generische Methode entwerfe zunächst Änderungsinterface Peter Thiemann (Univ. Freiburg) Programmierzertifikat Objekt-Orientierte Programmierung mit Java JAVA 30 / 42
34 Listen transformieren Listen transformieren Aufgabe: Ändere alle Einträge im Lauftagebuch von km auf Meilen. Das Abändern von Einträgen macht auch für andere Listentypen Sinn. entwerfe generische Methode entwerfe zunächst Änderungsinterface Änderungsinterface // change something interface ITransform<X> { public X transform (X x); Peter Thiemann (Univ. Freiburg) Programmierzertifikat Objekt-Orientierte Programmierung mit Java JAVA 30 / 42
35 Listen transformieren Listen transformieren Funktional in IList<X> in List<X> public IList<X> transformall (ITransform<X> f); public IList<X> transformall (ITransform<X> f) { ITraverse<X> newli = this.transformaux (this.li, f); return new List (newli); private ITraverse<X> transformaux (ITraverse<X> li, ITransform<X> f) { if (!li.isempty()) { X elem = li.getfirst (); ITraverse<X> transformedrest = transformaux (li.getrest(), f); return new Cons<X>(f.transform (elem), transformedrest); else { return new MT<X>(); Peter Thiemann (Univ. Freiburg) Programmierzertifikat Objekt-Orientierte Programmierung mit Java JAVA 31 / 42
36 Listen transformieren Km in Meilen umwandeln class ChangeKmToMiles implements ITransform<Entry> { public ChangeKmToMiles () { // Umrechnungsformel private static double kmtomiles (double km) { return km ; // Transformation public Entry transform (Entry e) { return new Entry (e.d, kmtomiles(e.distance), e.duration, e.comment); Peter Thiemann (Univ. Freiburg) Programmierzertifikat Objekt-Orientierte Programmierung mit Java JAVA 32 / 42
37 Listen transformieren Km in Meilen umwandeln class ChangeKmToMiles implements ITransform<Entry> { public ChangeKmToMiles () { // Umrechnungsformel private static double kmtomiles (double km) { return km ; // Transformation public Entry transform (Entry e) { return new Entry (e.d, kmtomiles(e.distance), e.duration, e.comment); Verwendung IList<Entry> loginkm =...; ITransform<Entry> kmtomiles = new ChangeKmToMiles (); IList<Entry> loginmiles = loginkm.transformall (kmtomiles); Peter Thiemann (Univ. Freiburg) Programmierzertifikat Objekt-Orientierte Programmierung mit Java JAVA 32 / 42
38 Intermezzo: Vergleichen mit Intermezzo: Vergleichen mit Peter Thiemann (Univ. Freiburg) Programmierzertifikat Objekt-Orientierte Programmierung mit Java JAVA 33 / 42
39 Intermezzo: Vergleichen mit Vergleichen mit package java.lang; interface Comparable<T> { int compareto (T that); Compares this object with the specified object for order. Returns a negative integer, zero, or a positive integer as this object is less than, equal to, or greater than the specified object. Verwendung Integer i1 = new Integer (42); Integer i2 = new Integer (4711); int result = i1.compareto (i2); // result < 0 Peter Thiemann (Univ. Freiburg) Programmierzertifikat Objekt-Orientierte Programmierung mit Java JAVA 34 / 42
40 Intermezzo: Vergleichen mit Vergleichbar machen class Entry implements Comparable<Entry> {... // Vergleich für Comparable<Entry> public int compareto (Entry that) { int result = this.d.compareto (that.d); if (result == 0) { double r1 = this.distance that.distance; if (r1 < 0.1) { result = this.duration that.duration; if (result == 0) { return this.comment.compareto (that.comment); else { return result; else { return (int)(10 r1); else { return result; Peter Thiemann (Univ. Freiburg) Programmierzertifikat Objekt-Orientierte Programmierung mit Java JAVA 35 / 42
41 Finite Map Finite Map Peter Thiemann (Univ. Freiburg) Programmierzertifikat Objekt-Orientierte Programmierung mit Java JAVA 36 / 42
42 Finite Map Zurück zum Weingroßhändler Generische Finite Map Ein Weingroßhändler will seine Preisliste verwalten. Er wünscht folgende Operationen zu einem Wein den Preis ablegen, einen Preiseintrag ändern, den Preis eines Weins abfragen. Abstrakt gesehen ist die Preisliste eine endliche Abbildung von Wein (repräsentiert durch einen String) auf Preise (repräsentiert durch ein Integer). (finite map) Da in der Preisliste einige tausend Einträge zu erwarten sind, sollte sie als Suchbaum organisiert sein. Peter Thiemann (Univ. Freiburg) Programmierzertifikat Objekt-Orientierte Programmierung mit Java JAVA 37 / 42
43 Finite Map Finite Map Das Suchproblem erfordert ein Interface FiniteMap<> gesucht, das den Definitionsbereich (Schlüssel, key) und den Wertebereich (value) der Abbildung festlegt. Das Interface benötigt zwei Parameter, Key und Value. Peter Thiemann (Univ. Freiburg) Programmierzertifikat Objekt-Orientierte Programmierung mit Java JAVA 38 / 42
44 Finite Map Finite Map Das Suchproblem erfordert ein Interface FiniteMap<> gesucht, das den Definitionsbereich (Schlüssel, key) und den Wertebereich (value) der Abbildung festlegt. Das Interface benötigt zwei Parameter, Key und Value. Für die Suchbaumeigenschaft muss Key vergleichbar sein, d.h. es muss gelten Key implements Comparable<Key> Peter Thiemann (Univ. Freiburg) Programmierzertifikat Objekt-Orientierte Programmierung mit Java JAVA 38 / 42
45 Finite Map Finite Map Das Suchproblem erfordert ein Interface FiniteMap<> gesucht, das den Definitionsbereich (Schlüssel, key) und den Wertebereich (value) der Abbildung festlegt. Das Interface benötigt zwei Parameter, Key und Value. Für die Suchbaumeigenschaft muss Key vergleichbar sein, d.h. es muss gelten Key implements Comparable<Key> Als Vorbedingung (constraint) im Interface: interface FiniteMap<Key implements Comparable<Key>,Value> { // liefert den mit key assoziierten Wert oder null Value find (Key key); // legt eine neue Assoziation ab void put (Key key, Value value); Peter Thiemann (Univ. Freiburg) Programmierzertifikat Objekt-Orientierte Programmierung mit Java JAVA 38 / 42
46 Finite Map Durchlaufinterface: Generischer, imperativer Binärbaum interface IKVTree<K,V> isempty() : boolean getkey() : K getvalue() : V getleft() : IKVTree<K,V> getright() : IKVTree<K,V> setvalue(value : V) : void setleft(tree : IKVTree<K,V>) : void setright(tree : IKVTree<K,V>) : void KVMT<K,V> KVNode<K,V> key : K value : V left, right :... Peter Thiemann (Univ. Freiburg) Programmierzertifikat Objekt-Orientierte Programmierung mit Java JAVA 39 / 42
47 Finite Map Implementierung der FiniteMap Suchen class BTreeMap<K implements Comparable<K>, V> implements FiniteMap<K, V> { private IKVTree<K, V> bt; public BTreeMap () { this.bt = new KVMT<K,V>(); public Value find (K key) { IKVTree<K, V> scan = bt; while (!scan.isempty()) { int cmp = key.compareto(scan.getkey()); if (cmp == 0) { return scan.getvalue(); else if (cmp < 0) { scan = scan.getleft(); else { scan = scan.getright(); // nicht gefunden return null; Peter Thiemann (Univ. Freiburg) Programmierzertifikat Objekt-Orientierte Programmierung mit Java JAVA 40 / 42
48 Finite Map Implementierung der FiniteMap Eintragen public void put (K key, V value) { IKVTree<K,V> scan = bt; IKVTree<K,V> next; while (!scan.isempty()) { int cmp = key.compareto(scan.getkey()); if (cmp == 0) { scan.setvalue (value); return; else if (cmp < 0) { next = scan.getleft(); if (next.isempty ()) { scan.setleft (mknode (key, value)); return; else { next = scan.getright(); if (next.isempty ()) { scan.setright (mknode (key, value)); return; scan = next; Peter Thiemann (Univ. Freiburg) Programmierzertifikat Objekt-Orientierte Programmierung mit Java JAVA 41 / 42
49 Finite Map Verwendung FiniteMap<String,Integer> winelist = new BTreeMap<String,Integer> (); // winelist.put ( Chateau Latour ere Grand Cru Classe Pauillac, 76007); winelist.put ( Pommery Grand Cru Vintage Champagne 1989 Methuselah, 68417); winelist.put ( Dom Perignon Vintage Champagne 1999, 13934); // winlist.find ( Asti Spumante ); // == null Peter Thiemann (Univ. Freiburg) Programmierzertifikat Objekt-Orientierte Programmierung mit Java JAVA 42 / 42
50 Finite Map Nächstes Thema: Java Collections Peter Thiemann (Univ. Freiburg) Programmierzertifikat Objekt-Orientierte Programmierung mit Java JAVA 43 / 42
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