Übungsblatt Programmierung und Software-Entwicklung Generizität, Interfaces, Listen, Sortieralgorithmen & JUnit

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1 Übungsblatt Programmierung und Software-Entwicklung Generizität, Interfaces, Listen, Sortieralgorithmen & JUnit Aufgabe : Die allgemeine Object-Liste Gegeben sei folgendes UML-Klassendiagramm: MyObjectList MyObjectNode - head : MyObjectNode - tail : MyObjectNode - size : int element : Object - node : MyObjectNode + MyObjectList() + MyObjectNode(Object) Abbildung : Klassendiagramm von MyObjectList a) Implementieren Sie die beiden Klassen MyObjectList und MyObjectNode mit den angegebenen Attributen und Konstruktoren. Implementieren Sie keine zusätzlichen Methoden; auch keine Getter oder Setter. Die Klasse MyObjectNode sei dabei eine private interne Klasse von MyObjectList. b) Schauen Sie sich die generische Java-Schnittstelle List an und die darin spezifizierten Methoden an. Im Folgenden sollen einige dieser Methoden in der Klasse MyObjectList implementiert werden: () Implementieren Sie die Methode size(), die die Größe der Liste (d.h. die Anzahl der darin enthaltenen Elemente) zurückgibt. Diese Größe soll in dem Attribut size gespeichert sein. (2) Implementieren Sie die Methode isempty(), die ermittelt, ob die Liste leer ist, d.h. ob deren Größe 0 ist. (3) Implementieren Sie die Methode clear(), die die Liste leert. Dies beinhaltet neben der Rücksetzung der Größe auch, dass der Head (der Zeiger auf das erste Listenelement) sowie der Tail (der Zeiger auf das letzte Listenelement) jeweils auf null gesetzt werden. Rufen Sie im Konstruktor die clear()-methode auf, damit eine neue Liste immer korrekt initialisiert wird. (4) Implementieren Sie die Methode add(object), die ein neues Element am Ende der Liste anfügt. Die Methode soll keinen Rückgabetyp haben. Wird kein Objekt übergeben (bzw. ein null-objekt), so soll eine NullPointerException geworfen werden.

2 Denken Sie auch an den Sonderfall Einfügen in leere Liste und daran, dass die Listengröße nach dem erfolgreichen Einfügen angepasst werden muss. (5) Implementieren Sie die Methode contains(object), die prüft, ob ein übergebenes Objekt in der Liste enthalten ist. Die Methode soll nur einen Wahrheitswert und nicht den Index des Objekts zurückgeben. Wird kein Objekt übergeben (bzw. ein null-objekt), so soll eine NullPointerException geworfen werden. (6) Implementieren Sie die Methode get(int), die das Objekt zurückgibt, das unter dem gegebenen Index gespeichert ist. Liegt der übergebene Index außerhalb der Liste, so soll eine IndexOutOfBoundsException geworfen werden. (7) Implementieren Sie die Methode remove(int), die das Objekt, das unter dem gegebenen Index gespeichert ist, aus der Liste entfernt. Das gelöschte Listenelement soll zurückgegeben werden. Liegt der übergebene Index außerhalb der Liste, so soll eine IndexOutOfBoundsException geworfen werden. Denken Sie auch an den Sonderfall einelementige Liste und daran, dass die Listengröße nach dem erfolgreichen Löschen angepasst werden muss. (8) Implementieren Sie die Methode remove(object), die das erste Vorkommen des übergebenen Objekts aus der Liste entfernt. Es soll ein boolescher Wert zurückgegeben werden, ob das Objekt gelöscht wurde, d.h., ob das Objekt in der Liste vorkam. Wird kein Objekt übergeben (bzw. ein null-objekt), so soll eine NullPointerException geworfen werden. Denken Sie auch an die Sonderfälle leere Liste sowie einelementige Liste und daran, dass die Listengröße nach dem erfolgreichen Löschen angepasst werden muss. (9) Implementieren Sie die Methode set(int, Object), die das Listenelement an dem angegebenen Index durch das übergebene Element ersetzt und den ursprünglich an dieser Stelle gespeicherten Wert zurückgibt. Liegt der übergebene Index außerhalb der Liste, so soll eine IndexOutOfBoundsException geworfen werden. Wird kein Objekt übergeben (bzw. ein null-objekt), so soll eine NullPointerException geworfen werden. (0) Implementieren Sie die Methode toarray(), die alle in der Liste gespeicherten Elemente in einem Feld aus Object-Instanzen speichert und dieses Feld zurückgibt. Für leere Listen soll null zurückgegeben werden. c) Überschreiben Sie die tostring()-methode so, dass diese alle in der Liste gespeicherten Elemente auf der Konsole auflistet. Verwenden Sie zur Ausgabe der Elemente deren jeweilige tostring()-methode. Jedes Element soll von seinem Vor- und Nachfolger durch Kommata getrennt werden. Vor dem ersten respektive nach dem letzten Element soll kein Komma stehen. 2

3 Aufgabe 2: Die Schnittstelle Storable Gegeben sei folgende Erweiterung des UML-Klassendiagramms aus Abbildung : Storable + writetofile(string) : void + readfromfile(string) : void Serializable MyObjectList MyObjectNode - head : MyObjectNode - tail : MyObjectNode - size : int element : Object - node : MyObjectNode + MyObjectList() + MyObjectNode(Object) Abbildung 2: Erweitertes Klassendiagramm von MyObjectList mit dem Storable-Interface a) Erstellen Sie das Java-Interface Storable entsprechend dem Klassendiagramm aus Abbildung 2. b) Implementieren Sie das Java-Interface Storable in Ihrer MyObjectList-Klasse. Die beiden neuen Methoden sollen folgende Funktionalität bieten: () Die writetofile(string)-methode soll alle Elemente aus der Liste in einer Binärdatei speichern. Der übergebene Parameter gibt den Namen der Datei an. Als Header soll die Listenlänge in die Datei geschrieben werden. Anschließend sollen alle in der Liste gespeicherten Elemente einzeln in der Reihenfolge, in der sie in der Liste vorkommen, in die Datei geschrieben werden. Denken Sie daran, alle zum Schreiben verwendeten Ressourcen, nach deren Gebrauch wieder zu schließen. Auftretende Ausnahmen sollen an die aufrufende Methode weitergegeben werden. (2) Die readfromfile(string)-methode soll alle Elemente aus einer Binärdatei einlesen und in der Liste abzulegen. Alle Elemente, die sich vor dem Einlesen in der Liste befanden sollen zuvor aus der Liste entfernt werden. Der übergebene Parameter gibt den Namen der Datei an. Nutzen Sie für den Einlesevorgang die Struktur der Datei aus. 3

4 Denken Sie daran, alle zum Lesen verwendeten Ressourcen, nach deren Gebrauch wieder zu schließen. Auftretende Ausnahmen sollen an die aufrufende Methode weitergegeben werden. Aufgabe 3: Die Schnittstelle Iterable Viele Java-Klassen, die mehrere Elemente in einer Datenstruktur speichern, implementieren die generisch parametrisierte Iterable-Schnittstelle. Diese Schnittstelle spezifiziert eine Methode, die als Rückgabewert einen Iterator auf der Datenstruktur zurückliefert. Mit dem Iterator kann einfach und geordnet durch die Elementmenge iteriert werden. Iterator <T> + hasnext() : boolean + next() : T + remove() : void Iterable + iterator() : Iterator Abbildung 3: Die Java-Schnittstellen Iterator und Iterable a) Erstellen Sie eine innere Klasse MyIterator in Ihrer MyObjectList-Klasse, die die Iterator- Schnittstelle implementiert. Die drei Methoden sollen folgende Funktionalität besitzen: () hasnext() prüft, ob man bereits über die gesamte Liste iteriert ist, der Iterator also bereits über das Ende der Liste gelaufen ist. (2) next() gibt das Listenelement zurück, auf dem der Iterator gerade steht. Gibt es kein solches Element, soll eine NoSuchElementException geworfen werden. (3) Die remove()-methode soll nicht implementiert werden. Ein Aufruf dieser Methode soll eine UnsupportedOperationException zur Folge haben. b) Erweitern Sie Ihre MyObjectList-Klasse so, dass diese die Iterable-Schnittstelle implementiert. Nutzen Sie hierfür Ihre MyIterator-Klasse. Aufgabe 4: Die generisch parametrisierte Liste Obwohl die Speicherung der Elemente als Object-Instanzen bereits eine hohe Flexibilität bietet, sorgt sie für erhebliche Nachteile: Innerhalb einer Liste könnten unterschiedlichste Datentypen gespeichert werden, häufige Cast-Operationen wären nötige, es kann keine Typsicherheit gewährleistet werden. Erstellen Sie daher eine neue Java-Klasse MyGenericList, die mit einem generischen Datentyp T parametrisiert ist. Die MyGenericList-Klasse soll die gleiche Funktionalität wie die MyObjectList- Klasse besitzen, aber nur Objekte vom Typ T in der Liste aufnehmen können. 4

5 Aufgabe 5: Die Schnittstelle Sortable Ein weiterer erheblicher Nachteil der MyObjectList gegenüber der MyGenericList ist, dass keine Zusicherungen an die gespeicherten Datentypen gestellt werden können; man kann also beispielsweise nicht garantieren, dass die enthaltenen Elemente paarweise miteinander verglichen werden können. In der MyGenericList können Sie dies bewerkstelligen, indem Sie für den Parameter T angeben, dass dieser die Comparable-Schnittstelle erweitert. Erstellen Sie ein Interface Sortable, das eine Methode mit folgender Signatur spezifiziert: public void sort(sortingmode mode); Implementieren Sie außerdem den Aufzählungstyp SortingMode: public enum SortingMode { ASCENDING, DESCENDING; } Implementieren Sie in Ihrer MyGenericList-Klasse das Sortable-Interface. Die sort(sortingmode)- Methode soll die Elemente in der Liste auf- bzw. absteigend sortieren. Dazu soll folgender Algorithmus implementiert werden: () Suchen Sie das kleinste (respektive größte) Element e in der Liste. (2) Vertauschen Sie e mit dem ersten Element der Liste. (3) Fahren Sie solange mit den Schritten () und (2) auf der Liste ohne das erste Element fort, bis nur noch ein Element übrig bleibt. Hinweis: Erstellen Sie für die sort(sortingmode)-methode eine private Methode zum Vertauschen zweier Listenelemente. Es genügt, wenn die Tauschmethode den Inhalt zweier Listeneinträge vertauscht und nicht die Listeneinträge selbst. Aufgabe 6: JUnit Tests Überlegen Sie sich Testfälle für Ihre MyGenericList-Klasse. Decken Sie jede der darin definierten Methoden mit mindestens einem Testfall ab und implementieren Sie diesen als JUnit-Test. Hinweis: Mittels der = Exception.class) kann getestet werden, ob eine Methode eine bestimmte Exception wirft. 5