FHZ. K20 Arrays. Lernziele. Hochschule Technik+Architektur Luzern Abteilung Informatik, Fach Programmieren. Inhalt

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1 Inhalt 1. Einführung 2. Array-Komponenten von elementaren Datentypen 3. Array-Komponenten sind Objekte 4. Array als Parameter 5. Kopieren von Arrays 6. Beispiel 7. Vector versus Array Folie 1 Lernziele Sie können Arrays richtig deklarieren Die Initialisierung von Arrays ist bekannt Der Zugriff auf Felder von Arrays beherrschen Sie Sie kennen die Besonderheiten von Arrays in Java Sie wissen, wie Arrays richtig kopiert werden Sie kennen den Unterschied zwischen Arrays und Vectoren Folie 2 Seite 1

2 1. Einführung Array (Feld) ist Objekt nicht primitiver Datentyp enthält Anzahl von gleichartigen Komponenten (Elemente) auf Komponenten wird über Index zugegriffen Komponenten Elementare Datentypen Objekte Array wird wie Objekt betrachtet Aber: Besitzt nur Superklasse Object Besitzt abweichende Syntax Benutzerdefinierte Methoden sind nicht möglich 4 1 & 5.4 Folie 3 1. Einführung Anzahl der Komponenten entspricht Länge des Arrays wird bei der Deklaration festgelegt kann nicht mehr geändert werden Länge kann über Instanzvariablelength ermittelt werden Indizierung der Komponenten beginnt immer mit Index0 n Komponenten Indizes0 bis(n-1) Index Typen elementare Datentypenbyte, short, int, char in der Regelint nur positiver Wertebereich von elementare Datentypen char, Wert des Unicode-Zeichens Gemäss Wertebereich vonint ist maximale Array-Länge & 5.4 Folie 4 Seite 2

3 1. Einführung Überprüfung von Zugriffen Java Laufzeitsystem überprüft alle Array-Zugriffe auf nicht initialisierte Arrays unzulässigen Indizes Fehler lösen Exceptions aus Dimensionen eines Arrays Eindimensionale Arrays Mehrdimensionale Arrays Komponenten sind wiederum Arrays Array von Array 4 1 & 5.4 Folie Eindimensionales Array Verwendungszweck:? Vektor? Messwertreihe? Sammlung ArrayamitnKomponenten (int-werte): a n n == a.length a[] & Folie 6 Seite 3

4 1.2 Mehrdimensionales Array (Symmetrisch) Verwendungszweck:? Spielbrett? Oberflächenmodell, Körpermodell? Matrix Arraybmitm * n Komponenten (String-Objekte): b[][] n-1 0 "LU""ZG""UR""ZH""ZG" n == b[0].length b 1 "OW""NW""BE""GE""LU" 2 "BS""GR""LU""SG""UR" Zeile b[2] m Zeilen m-1 "JU""VS""SZ""TI""VD" m == b.length 4 2 & n Kolonnen Folie Mehrdimensionales Array (Beliebig) Verwendungszweck:? z.b Pascal-Dreieck Arraybmitm und x Komponenten (int-werte): c c[2][c[2].length -1] c[3][3] & Folie 8 Seite 4

5 1.2 Mehrdimensionales Array (Beliebig) Interne Repräsentation Speicherzelle c Arbeitsspeicher (Heap) 4 c.length 2 c[1].length c[2].length c[0].length & Folie Array 1-Dim.: Elementare Datentypen Array-Deklaration: Datentyp Bezeichner[]; Datentyp[] Bezeichner; Array-Konstruktion: Bezeichner = new Datentyp[Grösse]; 4 4 & Folie 10 Seite 5

6 2.1 Array 1-Dim.: Elementare Datentypen Beispiel: // Deklaration/Konstruktion mit 2 Anweisungen: // Deklaration int[] a; // alternativ int a[]; // Konstruktion a = new int[5]; // Deklaration/Konstruktion mit 1 Anweisung: int[] a = new int[5]; 4 4 & Folie Array 1-Dim.: Elementare Datentypen Array Initialisierung: // mit Wertzuweisungen: a[0] = 0; a[1] = 2; a[2] = 4; a[3] = 6; a[4] = 8; // mit einer Schleife: for (int i = 0; i < 5; i++) { a[i] = i * 2; // Deklaration inklusive Initialisierung: int[] a = {0, 2, 4, 6, 8; 4 4 & Folie 12 Seite 6

7 2.2 Array n-dim.: Elementare Datentypen Array-Deklaration: Datentyp Bezeichner[]...[]; Datentyp[]...[] Bezeichner; Vorsicht: int[] eindim, zweidim[], dreidim[][]; entspricht int eindim[], zweidim[][], dreidim[][][]; Array-Konstruktion: Bezeichner = new Datentyp[Grösse1]...[GrösseN]; 4 5 & Folie Array n-dim.: Elementare Datentypen Beispiel: // Deklaration/Konstruktion mit 2 Anweisungen: // Deklaration int[][] b; // alternativ int b[][]; // Konstruktion b = new int[2][3]; // Deklaration/Konstruktion mit 1 Anweisung: int[][] b = new int[2][3]; 4 5 & Folie 14 Seite 7

8 2.2 Array n-dim.: Elementare Datentypen Array Initialisierung: // mit Wertzuweisungen: b[0][0] = 0; b[0][1] = 1; b[0][2] = 2; b[1][0] = 1; b[1][1] = 2; b[1][2] = 3; // mit zwei verschachtelten Schleifen: for (int row = 0; row < 2; row++) { for (int col = 0; col < 3; col++) { b[row][col] = row + col; // Deklaration inklusive Initialisierung: int[][] b = {{0, 1, 2, {1, 2, 3; 4 5 & Folie Spezielle Arraystrukturen Deklaration in Kombination mit der Initialisierung: int n = 100; // Array mit n Array-Komponenten für int-werte deklarieren: int[][] pascaldreieck = new int[n][]; for (int i = 0; i < n; i++) { // An der Stelle i ein Array für (i + 1) int-werte einfügen: pascaldreieck[i] = new int[i + 1]; // Komp. "links aussen" initialisieren: pascaldreieck[i][0] = 1; // Interne Werte aus obiger Zeile berechnen: for (int j = 1; j < i; j++) { pascaldreieck[i][j] = pascaldreieck[i - 1][j - 1] + pascaldreieck[i - 1][j]; // Komp. "rechts aussen" initialisieren: pascaldreieck[i][i] = 1; 4 6 & Folie 16 Seite 8

9 3. Array n-dim.: Objekte Beispiel: // Deklaration/Konstruktion mit 2 Anweisungen: // Deklaration Balloon[] c; // alternativ Balloon c[]; // Konstruktion c = new Balloon[3]; // Deklaration/Konstruktion mit 1 Anweisung: Balloon[] c = new Balloon[3]; 4 7 & Folie Array n-dim.: Objekte Array Initialisierung: // explizit instanzieren und zuweisen: c[0] = new Balloon(0, Color.red); c[1] = new Balloon(10, Color.red); c[2] = new Balloon(20, Color.red); // mit einer Schleife: for (int i = 0; i < 3; i++) { c[i] = new Balloon(10 * i, Color.red);? Jede Array-Komponente muss instanziert werden? Das Instanzieren des Arrays und der Komponenten läuft separat ab? String-Objekte werden implizit instanziert, d.h. ohne new! 4 7 & Folie 18 Seite 9

10 4. Array als Parameter Array-Parameter mit beliebiger Länge: int[] table = new int[10]; for (int i = 0; i < 10; i++) { table[i] = i; int total = sum(table); // => total == 45 int sum(int[] array) { int s = 0; for (int i = 0; i < array.length; i++) { s = s + array[i]; return s; // vgl. array.length => 10 // zulässig: int total = sum(new int[3]); // unzulässig: int total = sum({1, 2, 3); 4 8 & 8.7 Folie Array als Parameter Array-Parameter mit beliebiger Länge:? Bei formalen Array-Parametern wird die Länge des Arrays nicht spezifiziert! An die Methode können somit beliebig lange Arrays übergeben werden.? Mit Hilfe vonlength kann innerhalb der Methode die aktuelle Länge des Arrays bestimmt werden. 4 8 & 8.7 Folie 20 Seite 10

11 4. Array als Parameter Aktuelle Array-Parameter sind Referenzen: int[][] table = new int[3][4]; fillones(table); // => {{1, 1, 1, 1, {1, 1, 1, 1, {1, 1, 1, 1 void fillones(int[][] array) { for (int i = 0; i < array.length; i++) { for (int j = 0; j < array[i].length; j++) { array[i][j] = 1; // vgl. array.length => 3, array[0].length => & 8.7 Folie Array als Parameter Aktuelle Array-Parameter sind Referenzen:? Weil Arrays wie Objekte gehandhabt werden, wird als aktueller Parameter für ein Array stets nur eine Referenzvariable bzw. eine Kopie der Referenz übergeben (also keine Kopie des Arrays).? Manipuliert die Methode am Array, so wirken sich diese Veränderungen auch nach aussen auf das Original aus! 4 9 & 8.7 Folie 22 Seite 11

12 5. Kopieren von Arrays Vorsicht beim Kopieren von Arrays int[][] table1 = new int[3][4]; int[][] table2 = new int[3][4]; fillones(table1); table1 Heap table2 Heap 3 table1.length 3 table2.length 4 table1[1].length table2[0].length 4 10 Folie Kopieren von Arrays Vorsicht beim Kopieren von Arrays table2 = table1; // =>?? table1 Heap table2 Heap ? table1 undtable2 referenzieren also ein und dasselbe Array-Objekt!! 4 10 Folie 24 Seite 12

13 5. Kopieren von Arrays Effizientes kopieren eines Arrays KlassenmethodeSystem.arraycopy() static void arraycopy(object src, int srcpos, Object dst, int dstpos, int length) Quellen-Array (src) Destination-Array (dst), bereits existierend int[] a1 = {1, 2, 3, 4, 5; int[] a2 = {7, 7, 7, 7; System.arraycopy(a1, 2, a2, 1, 2); // a2 => {7, 3, 4, Folie Beispiel zum Einsatz von Array und Maus Selbststudium Source-Code auf dem IServer 4 12 Folie 26 Seite 13

14 7. Vector versus Array Arrays Zugriff auf bestimmte Komponente in konstanter Zeit O(1) sehr effizient Länge kann nach Erzeugung nicht mehr geändert werden Vector Klassejava.util.Vector Vector liefert Illusion eines beliebig grossen Arrays Indizes beginnen wiederum fest bei Folie Vector versus Array Konstruktoren Vector() Vector(int n) // Vector mit Länge n Vector(int n, int incr) // wächst bei Bedarf um incr Elemente hinzufügen void addelement(object o) void setelementat(object o, int index) void insertelementat(object o, int index) // Objekte mit höheren Indizes werden verschoben 4 15 Folie 28 Seite 14

15 7. Vector versus Array Abfragen Object elementat(int index) //liefert Referenz! // d.h. Umwandlung in Klassentyp mit cast! boolean contains(object o) int indexof(object o) // erster Index int lastindexof(object o) // letzter Index int size() // liefert Anzahl Elemente int capacity() // aktuell Anzahl freie Plätze Elemente entfernen boolean removeelement(object o) // sucht und entfernt erstes Objekt o void removeallelements() 4 15 Folie 29 Seite 15