Praktische Softwaretechnologie Vorlesung 5

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1 Praktische Softwaretechnologie Vorlesung 5 Martin Giese Johann Radon Institute for Computational and Applied Mathematics Österr. Akademie der Wissenschaften Linz PSWT November 2006 p.1/41

2 Die API Dokumentation API = Application Programming Interface 166 Packages 3417 Klassen > Methoden und Felder Online Dokumentation (JavaDoc): Zum Download (44MB): Link J2SE 5.0 Documentation auf PSWT November 2006 p.2/41

3 Object vertiefen Die 3 wichtigsten Methoden: tostring() equals() hashcode() PSWT November 2006 p.3/41

4 equals(object) überschreiben Bedingungen an equals: Die Relation {(x, y) x.equals(y) == true auf Referenzen!= null ist Äquivalenzrelation x.equals(null) == false für x!=null Wert von x.equals(y) kann sich nur ändern wenn sich der Zustand von x oder y ändert. Auch hashcode() überschreiben! PSWT November 2006 p.4/41

5 equals(object) überschreiben (forts.) public class Point { private int x,y;... public boolean equals(object o) { if (o instanceof Point) { Point p = (Point)o; return (x == p.x) && (y == p.y); else { return false; Unterklassen mit mehr Zustand (WeightedPoint) sollten equals(object) nicht spezifischer machen! Aufgabe 14 PSWT November 2006 p.5/41

6 equals(object) überschreiben (forts.) public class Point { private int x,y;... public boolean equals(object o) { if (o instanceof Point) { Point p = (Point)o; return (x == p.x) && (y == p.y); else { return false; public int hashcode() { return 31*x + y; PSWT November 2006 p.5/41

7 Die Wrapper Klassen Eine Klasse in java.lang für jeden primitiven Typ: Boolean, Byte, Short, Integer, Long, Character, Float, Double Objekte enthalten unveränderliches Feld vom entspr. Typ Wichtigste Felder/Methoden: MIN_VALUE, MAX_VALUE int intvalue() etc. static Integer valueof(int) static int parseint(string) in Character auch tolower(), toupper(), etc. PSWT November 2006 p.6/41

8 Autoboxing Konvertierung zwischen Wrapper primitiven Typen bei Bedarf: void mprim(int i) {... void mref(integer i) {... int prim = 42; Integer ref = new Integer(23); Compiler wandelt um in mprim(ref) bzw. mref(42) mprim(ref.intvalue()) bzw. mref(integer.valueof(42)) PSWT November 2006 p.7/41

9 Mehr über Strings Wichtigste Methoden: char charat(int index), String substring(...) boolean startswith(string start), boolean endswith(string end) int indexof(string str),... String tolowercase(), String touppercase() Zusätzlich viele Methoden char Unicode code points PSWT November 2006 p.8/41

10 StringBuilder String s = ""; for (int i=0; i<100; i++) { s = s + text(i); PSWT November 2006 p.9/41

11 StringBuilder String s = ""; for (int i=0; i<100; i++) { s = s + text(i); // 100 neue String Objekte! PSWT November 2006 p.9/41

12 StringBuilder String s = ""; for (int i=0; i<100; i++) { s = s + text(i); // 100 neue String Objekte! Besser: Objekt mit StringBuilder bauen, dann String lesen. StringBuilder sb = new StringBuilder(); for (int i=0; i<100; i++) { sb.append(text(i)); String s = sb.tostring(); PSWT November 2006 p.9/41

13 StringBuilder String s = ""; for (int i=0; i<100; i++) { s = s + text(i); // 100 neue String Objekte! Besser: Objekt mit StringBuilder bauen, dann String lesen. StringBuilder sb = new StringBuilder(); for (int i=0; i<100; i++) { sb.append(text(i)); String s = sb.tostring(); Viele Methoden geben this zurück: sb.append("text Nr.").append(i).append(" ist ").append(text(i)); PSWT November 2006 p.9/41

14 java.lang.math Mathematische Standardfunktionen (Siehe JavaDocs) PSWT November 2006 p.10/41

15 java.math Package java.math enthält Klassen BigInteger BigDecimal für Arithmetik mit beliebiger Genauigkeit: BigInteger ist beliebig lange ganze Zahl BigDecimal ist skalierte Zahl m 10 n für int n, variable Genauigkeit PSWT November 2006 p.11/41

16 Die I/O Klassen 2 Familien von I/O Kanälen: InputStream und OutputStream für Folgen von Bytes. Reader und Writer für Text = Folgen von Characters Zusammenhang über java.nio.charset.charset: ein Name, "US-ASCII", "UTF-8", "ISO ", etc. eine Abb. Folgen von 16-bit char Folgen von bytes PSWT November 2006 p.12/41

17 InputStream Klassen InputStream System.in ByteArrayInputStream FilterInputStream FileInputStream... BufferedInputStream InflaterInputStream CipherInputStream DataInputStream... PSWT November 2006 p.13/41

18 OutputStream Klassen OutputStream ByteArrayIOutputStream FilterInputStream FileOutputStream... BufferedOutputStream DeflaterOutputStream PrintStream CipherOutputStream DataOutputStream... System.out, System.err PSWT November 2006 p.14/41

19 Reader Klassen Reader StringReader BufferedReader... CharArrayReader InputStreamReader FilterReader FileReader PSWT November 2006 p.15/41

20 Writer Klassen Writer StringWriter BufferedWriter PrintWriter... CharArrayWriter OutputStreamWriter FilterWriter FileWriter PSWT November 2006 p.16/41

21 Ausgabe leicht gemacht Text auf stdout ausgeben: System.out.println(...); Text in Datei schreiben: PrintWriter pw = new PrintWriter("blabla.txt"); pw.println(...); pw.close(); Binärdaten in Datei schreiben: FileOutputStream fos = new FileOutputString("data.bin"); DataOutputStream dos = new DataOutputStream(fos); dos.writeint(23); dos.writedouble(12.3); dos.close(); PSWT November 2006 p.17/41

22 Eingabe leicht gemacht Text zeilenweise von stdio lesen: InputStreamReader isr = new InputStreamReader(System.in); BufferedReader br = new BufferedReader(isr); String line = br.readline(); Text zeilenweise aus Datei lesen: FileReader fr = new FileReader("blabla.txt"); BufferedReader br = new BufferedReader(fr); String line = br.readline(); if (line == null) {...end of file... br.close(); Binärdaten aus Datei lesen: FileInputStream fis = new FileInputString("data.bin"); DataInputStream dis = new DataInputStream(fis); int i = dis.readint(); double d = dis.readdouble(); PSWT November 2006 p.18/41 dis.close();

23 Generische Typen Interface Stack bisher: interface Stack { void push(string s); String pop(); boolean isempty(); nur für String Objekte PSWT November 2006 p.19/41

24 Generische Typen Interface Stack für Objekte: interface Stack { void push(object s); Object pop(); boolean isempty(); PSWT November 2006 p.19/41

25 Generische Typen Interface Stack für Objekte: interface Stack { void push(object s); Object pop(); boolean isempty(); Anwendendung mit Strings: Stack stringstack = new ArrayStack(); stringstack.push("hallo");... String s = (String)(stringStack.pop()); lästig und fehleranfällig PSWT November 2006 p.19/41

26 Generische Typen Generisches Interface Stack: interface Stack<E> { void push(e s); E pop(); boolean isempty(); PSWT November 2006 p.19/41

27 Generische Typen Generisches Interface Stack: interface Stack<E> { void push(e s); E pop(); boolean isempty(); Anwendendung mit Strings: Stack<String> stringstack = new ArrayStack<String>(); stringstack.push("hallo");... String s = stringstack.pop(); PSWT November 2006 p.19/41

28 Generische Typen Generisches Interface Stack: interface Stack<E> { void push(e s); E pop(); boolean isempty(); Anwendendung mit ints: Stack<Integer> intstack = new ArrayStack<Integer>(); intstack.push(23); // auto-boxing... int i = intstack.pop(); // auto-unboxing PSWT November 2006 p.19/41

29 Generische Typen Generisches Interface Stack: interface Stack<E> { void push(e s); E pop(); boolean isempty(); Anwendendung mit ints: Stack<Integer> intstack = new ArrayStack<Integer>(); intstack.push(23); // auto-boxing... int i = intstack.pop(); // auto-unboxing Im Java Tutorial vertiefen! PSWT November 2006 p.19/41

30 Implementierung von Generischen Typen Typ-Parameter nur beim Compilieren bekannt interface Stack<E> { interface Stack { push(e o); push(object o); E pop(); Object pop(); Daher Einschränkungen: Keine Konstruktoren oder statischen Methoden auf E oder E[] o instanceof E, o instanceof Stack<String>, etc. nicht erlaubt Casts (E) und (E[]) ohne Laufzeitcheck (aber unchecked Warnung vom Compiler) PSWT November 2006 p.20/41

31 Beispiel für unchecked Cast public class ArrayStack<E> { E[] elements; int top = 0; ArrayStack(int initialsize) { elements = new T[initialSize]; Compilerfehler: generic array creation PSWT November 2006 p.21/41

32 Beispiel für unchecked Cast public class ArrayStack<E> { E[] elements; int top = 0; ArrayStack(int initialsize) { elements = new Object[initialSize]; Compilerfehler: incompatible types found : java.lang.object[] required: E[] PSWT November 2006 p.21/41

33 Beispiel für unchecked Cast public class ArrayStack<E> { E[] elements; int top = 0; ArrayStack(int initialsize) { elements = (E[]) new Object[initialSize]; Compilerwarnung: Note: stack/arraystack.java uses unchecked or unsafe operations. Note: Recompile with -Xlint:unchecked for details. PSWT November 2006 p.21/41

34 Beispiel für unchecked Cast public class ArrayStack<E> { E[] elements; int top = 0; ArrayStack(int initialsize) { elements = (E[]) new Object[initialSize]; Compilerwarnung mit -Xlint:unchecked: stack/arraystack.java:6: warning: [unchecked] unchecked cast found : java.lang.object[] required: E[] PSWT November 2006 p.21/41

35 Das Collection Framework Standardinterfaces und Implementierungen für Listen von Objekten: java.util.list<e> Mengen von Objekten: java.util.set<e> Abbildungen von Objekten: java.util.map<k,v> Verwendung von Interfaces und abstrakten Klassen wie Stack! PSWT November 2006 p.22/41

36 Map Klassen Map AbstractMap SortedMap HashMap TreeMap PSWT November 2006 p.23/41

37 Verwendung von Map Map<Integer,String> namen = new HashMap<Integer,String>(); namen.put( ,"ghitescu Antonia Luisa"); namen.put( ,"wiesinger Robert"); namen.put( ,"punzengruber Christian"); String n = namen.get( ); if (namen.containskey( )) {... if (namen.containsvalue("meindl Diana")) {... Eigene Klassen als Schlüssel verwenden: equals und hashcode implementieren PSWT November 2006 p.24/41

38 Collection Klassen Collection AbstractCollection List Set AbstractList AbstractSet SortedSet ArrayList LinkedList HashSet TreeSet PSWT November 2006 p.25/41

39 Utility Klassen java.util.arrays Arrays mit Werten füllen Arrays sortieren In sortierten Arrays suchen java.util.collections Listen sortieren Suchen in Listen Maximales Element in Collection suchen... PSWT November 2006 p.26/41

40 Comparable Um Objekte sortieren zu können: Interface java.lang.comparable<t> implementieren mit Methode int compareto(t o) < 0 falls this < o 0 falls this = o > 0 falls this > o Am besten 0 gdw this.equals(o) Legt natürliche Ordnung von Objekten fest. PSWT November 2006 p.27/41

41 Beispiel Comparable Punkte nach x, dann y Koordinate sortieren public class Point implements Comparable<Point> { private int x; private int y; public int compareto(point other) { if( this.x == other.x ) { return this.y - other.y; else { return this.x - other.x; Point[] points = new Point[20]; java.util.arrays.sort(points); PSWT November 2006 p.28/41

42 Iteratoren Schleifen über alle Elemente einer Collection: mit Iterator interface Iterator<E> { boolean hasnext(); E next(); List<Point> l;... Iterator<Point> it = l.iterator(); while (it.hasnext()) { Point p = it.next(); p.move(1,0); PSWT November 2006 p.29/41

43 Iterator Reihenfolge Reihenfolge Bei List von vorne nach hinten Bei Set nicht spezifiziert Bei SortedSet vom kleinsten zum größten gemäß compareto() PSWT November 2006 p.30/41

44 Das foreach Statement Iterator sehr häufig: neues Sprachkonstrukt List<Point> l; for(point p : l) { p.move(1,0); Geht für alle Collections, und auch für Arrays. PSWT November 2006 p.31/41

45 Beispiel: Argumente sortieren Wörter von der Kommandozeile ohne Duplikate sortiert ausgeben. public static void main(string[] args) { SortedSet<String> words = new TreeSet<String>(); for (String s : args) { words.add(s); for (String s : words) { System.out.println(s); PSWT November 2006 p.32/41

46 Effective Java Sehr gutes Buch zu den Feinheiten von Java: Joshua Bloch, Effective Java TM Programming Language Guide, Addison Wesley, 2001 PSWT November 2006 p.33/41

47 Aufgabe 10 Vertiefen und Ergänzen des Stoffs durch Lesen in verschiedenen Tutorials: Learning the Java Language: Numbers and Strings Essential Java Classes: Basic I/O Collections PSWT November 2006 p.34/41

48 Aufgabe 11 Ein Programm, das eine Zahl n von der Kommandozeile liest die Zahl e = ! + 1 3! + mit n Stellen Genauigkeit berechnet und ausgibt dazu die Klassen in java.math benutzt > Java E PSWT November 2006 p.35/41

49 Aufgabe 12 Ein Programm, das sukzessive Primzahlen berechnet. Eingabe: Zahl n Ausgabe: Alle Primzahlen unter n Algorithmus: P := { Für i := 2,..., n { Falls kein j P Teiler von i ist, setze P := P {i P ist das Resultat PSWT November 2006 p.36/41

50 Aufgabe 13 Ein Programm, das eine Textdatei zeilenweise einliest Entweder von System.in Oder aus einer Datei die auf der Kommandozeile genannt wird Jede Zeile in Wörter (Folgen von Buchstaben) zerlegt Character.isLetter(char c) Eine Tabelle ausgibt wie oft jedes Wort vorgekommen ist nach absteigender Häufigkeit sortiert. Dabei sollen alle Hashtabellen, sowie Sortieren, etc. von Standardklassen erledigt werden! PSWT November 2006 p.37/41

51 Aufgabe 13 (Beispiel) > cat test.txt fünf fünf vier fünf vier drei fünf vier drei zwei! +fünf, vier drei zwei eins > java WordCount test.txt fünf 5 vier 4 drei 3 zwei 2 eins 1 PSWT November 2006 p.38/41

52 Aufgabe 14 Betrachte folgende Klasse... public class Point { private int x,y;... public boolean equals(object o) { if (o instanceof Point) { Point p = (Point)o; return (x == p.x) && (y == p.y); else { return false; PSWT November 2006 p.39/41

53 Aufgabe 14 (forts.)... und folgende: public class WeightedPoint extends Point { private int w;... public boolean equals(object o) { if (o instanceof WeightedPoint) { WeightedPoint wp = (WeightedPoint)o; return super.equals(wp) && (w == wp.w); else { return false; Inwiefern wird der Vertrag von equals gebrochen? Was könnte man dagegen tun? PSWT November 2006 p.40/41

54 Aufgabe 15 Eine Erweiterung des Stack Frameworks aus Aufgabe 9: Statt nur Strings zu stapeln, einen Parameter einführen: public interface Stack<E> { void push(e o); E pop();... Eine zusätzliche Implementierung LinkedListStack<E> die eine java.util.linkedlist benutzt. Alle Implementierungen sollen equals und hashcode unterstützen. (Alle Objekte auf Stapel equals? Für hashcode siehe java.util.list) PSWT November 2006 p.41/41