> Datenstrukturen in Java (Teil 2)

Transkript

1 Datenstrukturen > Datenstrukturen in (Teil 2) Mark Egloff

2 Lernziel Heute Abend > Sie lernen verschieden Datenstrukturen und Ihre Bedeutung kennen z.b. Arrays, Listen, Bäume, Maps > Sie kennen die Unterschiede und wissen wann welche Datenstruktur vorteilhaft eingesetzt werden sollte > Sie können eigene Datenstrukturen erstellen, diese sortieren und entsprechend bearbeiten Mark Egloff

3 Datenstrukturen in (Teil 2) Übersicht Datenstrukturen > Arrays Mehrdimensionale Felder um Werte oder Objekte in einer festen Reihenfolge aufzunehmen. Die maximale Grösse ist festgelegt > Liste Die Liste ist eine Datenstruktur zur dynamischen Speicherung von beliebig vielen Objekten. Objekte werden dabei einer Reihe nach abgelegt > Maps (Hashtabellen) Maps sind Indexstrukturen (oder Assoziativspeicher), die die Elemente anhand eines Indexes oder Schlüssels verwalten > Bäume ( nächsten Abend ) Mehrere Elemente können auf andere Elmente verweisen. So entstehen Verknüpfungen und es können Bäume realisiert werden Mark Egloff

4 Datenstrukturen in (Teil 2) Collections - Dynamische Datenstrukturen (1/2) > Bis jetzt haben wir Arrays kennen gelernt, die eine fixe Grösse haben. Nun möchten wir uns mehr mit dynamischen Datenstrukturen befassen. > Dynamische Datenstrukturen passen ihre Größe der Anzahl der Daten an, die sie aufnehmen. Dynamische Strukturen haben aber den Nachteil, dass zur Laufzeit Speicher angefordert und verwaltet werden muss, wenn Daten eingefügt werden. > Dieses Problem wurde mittlerweile von der Informatik erkannt, und der Trend geht wieder hin zu festen, nicht dynamischen Datenstrukturen vorwiegend Arrays, natürlich nur dort, wo dies auch möglich ist. > Eine der grössten Neuerungen, die die -2-Plattform eingeführt hat, ist die so genannte Collection-API. Ein Container als Objekt, welches wiederum Objekte aufnimmt und die Verwaltung der Elemente übernimmt. Mark Egloff

5 Datenstrukturen in (Teil 2) Collections - Dynamische Datenstrukturen (2/2) > In findet man alle Arten von dynamischen Datenstrukturen im Package java.util. Dort ist das Collection-API untergebracht. > Als zentrale Basis des API s dienen die Interfaces java.util.collection und java.util.map > Es existiert eine Hilfsklasse java.util.collections ähnlich wie bei den Arrays, die noch zusätzliche Unterstützungen anbietet ablegen holen Objekte Collection Mark Egloff

6 Datenstrukturen in (Teil 2) Das Basis- Interface java.util.collection (1/3) > Collection bildet die generelle Basis, die fast alle Datenstrukturen implementiert (bis auf die Assoziativspeicher: Arrays und Maps) > Listen sowie Set s basieren auf diesem einfachem Interface. Durch die Schnittstelle Collection erhalten alle Klassen einen gemeinsamen, äusseren Rahmen > Dadurch lassen sich Implementationen und ihre Algorithmen einfach austauschen um die jeweiligen Anforderungen abzudecken > Das Interface bietet Grund-Operationen für z.b. für Elemente hinzufügen, löschen, selektieren und finden Mark Egloff

7 Datenstrukturen in (Teil 2) Das Basis- Interface java.util.collection (2/4) <<interface>> Collection <<interface>> Set <<interface>> List <<interface>> SortedSet ArrayList LinkedList Vector HashSet LinkedHashSet TreeSet Stack Mark Egloff

8 Datenstrukturen in (Teil 2) Das Basis- Interface java.util.collection (3/4) z.b. Nutzung des Interfaces Collection mit versch. Implementationen import java.util.*;... Collection col = new LinkedList(); col.add("head"); col.add("first"); col.add(""); for(iterator it = col.iterator(); it.hasnext(); ) System.out.print( it.next() + " "); Ausgabe: Head first dieselbe Reihenfolge wie eingefügt Mark Egloff

9 Datenstrukturen in (Teil 2) Das Basis- Interface java.util.collection (4/4) z.b. Nutzung des Interfaces Collection mit versch. Implementationen import java.util.*;... Collection col = new TreeSet(); col.add("head"); col.add("first"); col.add(""); Einfacher Austausch der Implementation, Rest bleibt gleich, jedoch anderes Verhalten for(iterator it = col.iterator(); it.hasnext(); ) System.out.print( it.next() + " "); Ausgabe: Head first sortierte Reihenfolge Mark Egloff

10 Datenstrukturen in (Teil 2) Auswahl der richtigen Collection- Klasse Zugriff ohne Schlüssel? Zugriff über Schlüssel keine Dupplikate? Duplikate erlaubt << Map >> << Set >> << List >> Opt. Zugriff? Sortiertes Iterieren Opt. Zugriff? Einfügen nur am Kopf threadsafe Opt. Zugriff?? single thread Sortiertes Iterieren HashSet TreeSet LinkedList HashTable HashMap TreeMap singlethread? threadsafe ArrayList Vector Stack Mark Egloff

11 Datenstrukturen in (Teil 2) > Listen in Mark Egloff

12 Datenstrukturen in (Teil 2) Listen > Die Liste ist eine Datenstruktur zur dynamischen Speicherung von beliebig vielen Objekten. > Dabei beinhaltet jedes Listenelement als Besonderheit einen Verweis auf das nächste Element, wodurch die Gesamtheit der Objekte zu einer Verkettung von Objekten wird. Listen sind somit stets linear. Mark Egloff

13 Datenstrukturen in (Teil 2) Listen Vorteile/Nachteile gegenüber Arrays > Vorteil: Listen können beliebige Anzahl von Objekten aufnehmen bzw. verknüpfen. Sie müssen nicht auf eine bestimmte Grösse initialisiert werden. Neue Objekte können einfach am Ende angehängt werden. Speicher wird effizienter genutzt, keine leere, vorreservierte Plätze Beliebige Grösse > Nachteil: Es ist nur möglich vom einen zum nächsten Objekt in der Liste zu navigieren. Suchen nach Objekten ist aufwendig Einfügen /Entfernen von Objekten mitten in der Liste benötigt zusätzliche Logik um die Objekte wieder miteinander zu Verknüpfen. nur sequentieller Zugriff, macht es langsam zusätzlicher Verwaltungsaufwand Overhead um ein Objekt zu speichern, benötigt zusätzlicher Speicher Mark Egloff

14 Datenstrukturen in (Teil 2) Listen Beispiel einer einfachen Liste (1/2) > Der folgende einfache Code zeigt wie ein Listenelement abgebildet werden könnte. Natürlich müssen Listen in nicht selber implementiert werden 1 DATA next 2 DATA next 3 DATA null Listenelement 1 Listenelement 2 Listenelement 3 class ListenElement { int index; Object data; ListenElement next } ListenElement index data next next Mark Egloff

15 Datenstrukturen in (Teil 2) Listen Beispiel einer einfachen Liste (2/2) ListenElment l1 = new ListenElement(1, "Alpha"); ListenElment l2 = new ListenElement(2, "Beta"); ListenElment l3 = new ListenElement(3, "Gamma"); l1.next = l2; l2.next = l3; 1 Alpha next 2 Beta next 3 Gamma null Listenelement 1 Listenelement 2 Listenelement 3 Mark Egloff

16 Datenstrukturen in (Teil 2) Listen Übersicht verschiedener Implementationen > java.util.arraylist Liste auf der Basis eines Arrays. Der interne Array wird bei Bedarf automatisch vergrössert. Ist nicht threadsafe. > java.util.linkedlist Bildet eine verknüpfte Liste (ohne Array). Ist nicht threadsafe. > java.util.vector Liste auf der Basis eines Arrays. Der interne Array wird bei Bedarf automatisch vergrössert. Ist threadsafe. > java.util.stack Basiert auf Vector, bildet eine last-in-first-out (LIFO) Liste. Ist threadsafe. Mark Egloff

17 Datenstrukturen in (Teil 2) Listen Übersicht verschiedener Implementationen interface Collection interface List AbstractList Cloneable java.io.serializable ArrayList AbstractSequentialList Cloneable java.io.serializable LinkedList AbstractList Cloneable java.io.serializable Vector Stack Mark Egloff

18 Datenstrukturen in (Teil 2) Listen Auszug aus dem Interface java.util.list Collection interf ace List +size:int +contains:boolean +iterator:iterator +toarray:object[] +toarray:object[] +add:boolean +remove:boolean +containsall:boolean +addall:boolean +addall:boolean +removeall:boolean +retainall:boolean +clear:void +equals:boolean +hashcode:int +get:object +set:object +add:void +remove:object +indexof:int +lastindexof:int +listiterator:listiterator +listiterator:listiterator +sublist:list public interface List extends Collection { int size(); boolean add(object o); void add(int index, Object o); boolean remove(object o); Object remove(int index); Object get(int index); boolean set(int index); boolean removeall(collection c); void clear(); Iterator iterator();... } Der spezieller Unterschied gegenüber Collection ist, dass man über einen Index auf die Elemente zugreifen kann Mark Egloff

19 Datenstrukturen in (Teil 2) Listen Beispiel Vector import java.util.*; class Run { public static void main(string[] args) { List l = new Vector(); Kreis k = new Kreis(2.5f); l.add(k); k = (Kreis) l.get(0); Instanzierung Hinzufügen Lesen } k = (Kreis) l.get(1); // Laufzeitfehler } // IndexOutOfBoundsExcpetion Mark Egloff

20 Datenstrukturen in (Teil 2) Listen Beispiel Stack import java.util.*; class Run { public static void main(string[] args) { Stack s = new Stack(); } } s.push("head"); s.push("first"); s.push(""); System.out.println( s.pop() ); System.out.println( s.pop() ); // // first Mark Egloff

21 Datenstrukturen in (Teil 2) Listen Performance verschiedener Implementationen Class Elemente Add Iterate Remove LinkedList ms 3.06 ms 0.07 ms ms ms 8.2 ms ArrayList ms 5.24 ms 0.71 ms Vector (threadsafe) ms ms ms ms 5.49 ms 0.71 ms ms ms ms Nach 10 Durchläufen mit JRE 1.5, 2GHz Pentium M, 1GB RAM Die Wahl der richtigen Listen - Implementation ist entscheidend für die Performance Gewisse Listen lassen ein Fine-Tuning zu, um das Resizing-Verhalten zu optimieren (initialcapacity, capacityincrement) Mark Egloff

22 Datenstrukturen in (Teil 2) Listen Performance verschiedener Implementationen Mark Egloff

23 Datenstrukturen in (Teil 2) Listen Performance verschiedener Implementationen Mark Egloff

24 Datenstrukturen in (Teil 2) > Set s in Mark Egloff

25 Datenstrukturen in (Teil 2) Set s > Sets oder auch Mengen genannt sind eine spezielle Form von Listen, welche das gleiche Element nur einmal aufnehmen. Diese Art von Strukturen eignen sich bestens um eindeutige Werte aufzunehmen > Set s sind im allgemeinen langsamer als Listen, da sie zusätzlich eine Logik besitzen um die Eindeutigkeit sicherzustellen. Man unterscheidet zwischen geordneten (sortierten) sowie ungeordneten Set s > In bildet die Basis das Interface java.util.set bzw. java.util.sortedset ablegen Objekt holen equals() equals() equals() equals() equals() Mark Egloff

26 Datenstrukturen in (Teil 2) Set s Übersicht verschiedener Implementationen > java.util.hashset Schnelle Implementierung durch Hashing-Verfahren (HashMap). Ist nichtthreadsafe > java.util.treeset Mittels Binärbäume realisiert, die eine Sortierung ermöglichen. Ist nichtthreadsafe > java.util.linkedhashset Schnelle Mengenimplementierung unter Beibehaltung der Einfügereihenfolge. Ist nicht- threadsafe > java.util.enumset (seit 1.5). Eine spezielle Menge ausschließlich für Enum-Objekte. Ist nicht- threadsafe > java.util.concurrent.copyonwritearrayset (seit 1.5) Schnelle Datenstruktur eignet sich für viele lesende Zugriffe Ist threadsafe Mark Egloff

27 Datenstrukturen in (Teil 2) Set s Übersicht verschiedener Implementationen interf ace java.util.collectio Collection interf ace java.util.set interf ace java.util.sortedse Cloneable java.io.serializable j av a.util.treese Cloneable java.io.serializable j av a.util.hashse AbstractCollection java.util.abstractse Mark Egloff

28 Datenstrukturen in (Teil 2) Set s Auszug aus dem Interface java.util.set Collection interf ace java.util.set +size:int +contains:boolean +iterator:iterator +toarray:object[] +toarray:object[] +add:boolean +remove:boolean +containsall:boolean +addall:boolean +retainall:boolean +removeall:boolean +clear:void +equals:boolean +hashcode:int public interface Set extends Collection { int size(); boolean add(object o); boolean remove(object o); boolean removeall(collection c); void clear(); Iterator iterator(); // Enumeration... } Mark Egloff

29 Datenstrukturen in (Teil 2) Set s Beispiel mit HashSet import java.util.*; public class Run { public static void main(string args[]) { Set set = new HashSet(); set.add("bernadine"); set.add("elizabeth"); set.add("gene"); set.add("elizabeth"); Instanzierung Hinzufügen (Elizabeth 2x) } } System.out.println( set ) Ausgabe: [Gene, Bernadine, Elizabeth] unsortierte, zufällige Reihenfolge Mark Egloff

30 Datenstrukturen in (Teil 2) Set s Beispiel mit TreeSet import java.util.*; public class Run { public static void main(string args[]) { Set set = new TreeSet(); set.add("bernadine"); set.add("elizabeth"); set.add("gene"); set.add("elizabeth"); Instanzierung Hinzufügen (Elizabeth 2x) } } System.out.println( set ) Ausgabe: [Bernadine, Elizabeth, Gene] sortierte Reihenfolge Mark Egloff

31 Datenstrukturen in (Teil 2) Set s Funktionsweise von HashSet & TreeSet > java.util.hashset HashSet verwendet intern die java.util.hashmap. Es wird beim Einfügen vom jeweiligen Objekt ein eindeutiger Wert (Identifikationsnummer, Hash) berechnet. Hierzu wird vom Objekt die Methode hashcode() aufgerufen (vererbt von java.lang.object ). Diese muss für eigene Objekte überschrieben werden. > java.util.treeset Verwendet intern für die Sortierung das Interface java.lang.comparable. Das jeweilige Objekt muss dieses Interface unterstützen, ansonsten wird eine ClassCastException ausgelöst. Bei Objekten eigener Klassen muss dieses Interface implementiert werden. Mark Egloff

32 Datenstrukturen in (Teil 2) > Iteratoren in Mark Egloff

33 Datenstrukturen in (Teil 2) Iteration - Mit einem Iterator durch die Daten wandern > Um über generische und dynamische Datenstrukturen zu wandern wurde in der Informatik ein spezielles Design geschaffen das Iterator -Pattern. > Der Iterator (oder Cursor ) ist dabei ein Zeiger, mit dem über die Elemente einer Liste bzw. durch die Elemente iteriert werden kann. > Er verweist nur auf das aktuelle Objekt in einer Collection und kann mit entsprechenden Operationen auf das nächste Objekt verschoben werden Iterator next() next() next() next() Collection Objekt Mark Egloff

34 Datenstrukturen in (Teil 2) Iteration - Mit einem Iterator durch die Daten wandern > Das Iterator -Pattern erlaubt uns über eine beliebige Datenstruktur zu iterieren ohne die genaue Implementation zu kennen > Unsere Applikation bedient sich dabei nur einem zentralen Interface Iterator << Interface>> Collection creates << Interface>> Iterator use MyApp iterator() hasnext() next() main() creates ArrayList has ArrayListIterator Iterator Pattern Mark Egloff

35 Datenstrukturen in (Teil 2) Iteration - Mit einem Iterator durch die Daten wandern > Für Iteratoren definiert die -Bibliothek zwei unterschiedliche Schnittstellen. Das hat historische Gründe. > Die Schnittstelle java.util.enumeration gibt es seit den ersten -Tagen; die Schnittstelle java.util.iterator gibt es seit 1.2 (seit der Collection-API). Der Typ Iterator sollte in der Regel verwendet werden. > Beide Schnittstellen funktionieren nach dem demselben Prinzip. Sie besitzen eine Funktion, die jeweils das nächste Element erfragt z.b. next() und eine Funktion, die ermittelt, ob es überhaupt ein nächstes Element gibt z.b. hasnext(). So wandert der Iterator Element für Element ab. Mark Egloff

36 Datenstrukturen in (Teil 2) Iteration Auszug aus den Iterator Interfaces: interf ace java.util.enume ration +hasmoreelement s:boolean +nextelement:object public interface Enumeration { boolean hasmoreelements(); Object nextelement(); } interf ace java.util.iterator +hasnext:boolean +next:object +remove:void public interface Iterator { boolean hasnext(); Object next(); void remove(); } Der spezieller Unterschied ist hier, dass Iterator noch die Möglichkeit bietet während der Iteration ein Element aus der Liste zu entfernen Mark Egloff

37 Datenstrukturen in (Teil 2) Iteration - Mit einem Iterator durch die Daten wandern z.b. Iteration mittels dem Interface java.util.iterator import java.util.*;... Collection col = new LinkedList(); col.add("head"); col.add(...);...; // Iteration Iterator it = col.iterator(); while( it.hasnext() ) { } String s = (String) it.next(); // Casting von Object auf String Da next() ein java.lang.object zurückliefert muss entsprechend gecastet werden. Achtung wegen ClassCastException Mark Egloff

38 Datenstrukturen in (Teil 2) Iteration - Mit einem Iterator durch die Daten wandern > Seit 1.5 gibt es eine kürzere Version der for -Schleife um über eine Collection oder Array zu iterieren // herkömmliche Iteration for (Iterator it = col.iterator(); it.hasnext(); ) { } String s = (String) it.next(); // seit 1.5 for (Object o : col ) { } String s = (String) o; Achtung wegen ClassCastException. Die Collection col kann ja alles mögliche an Objekten beinhalten Mark Egloff

39 Datenstrukturen in (Teil 2) Iteration Collection während der Iteration bearbeiten Während einer Iteration ist es untersagt die Collection zu verändern z.b. Elemente hinzuzufügen oder zu entfernen. Wer es trotzdem tut erhält eine ConcurrentModificationException. for (Iterator it = col.iterator(); it.hasnext(); ) { String s = (String) it.next(); if (... ) col.remove( s ))...; Laufzeitfehler! } > Das Interface Iterator bietet eine Methode remove() an um während der Iteration gleich das aktuelle Elemente zu entfernen for (Iterator it = col.iterator(); it.hasnext(); ) { String s = (String) it.next(); if (... ) it.remove() )...; richtig!! } Mark Egloff

40 Datenstrukturen in (Teil 2) Generische Datentypen in der Collection-API (1/5) > Ein grosses Problem bei der Handhabung von Collections ist, dass sie prinzipiell offen für jeden Typ sind, da sie Objekte vom allgemeinsten Typ java.lang.object beim Speichern entgegennehmen und diesen auch als Rückgabe liefern. Problem: Objekte gehen als Ihre Datentypen (Fussball, Fisch, Gitarre, Auto) rein und kommen aber als generisches Objekt wieder raus Casting ist notwendig! Mark Egloff

41 Datenstrukturen in (Teil 2) Generische Datentypen in der Collection-API (2/5) > Falsches Casting bzw. das Auftreten von ClassCastException zur Laufzeit ist daher keine Seltenheit. z.b. falsches Casting bei einer Collection mit gemixten Datentypen Collection col = new ArrayList(); col.add( "Text " ); col.add( new Integer(123) ); // mixed types for (Iterator it = col.iterator(); it.hasnext(); ) { String s = (String) it.next(); // Laufzeitfehler } beim 2. Element Mark Egloff

42 Datenstrukturen in (Teil 2) Generische Datentypen in der Collection-API (3/5) > Um diese Handhabung zu vereinfachen und um ClassCastExceptions zu vermeiden, wurde seit 1.5 eine Möglichkeit geschaffen um den genauen Typ anzugeben Kompromisslösung mittels Generics : Es wird eine Collection für einen Typ (z.b. Fisch) geschaffen. Alle gehen als Fische rein und kommen auch wieder als Fische raus Mark Egloff

43 Datenstrukturen in (Teil 2) Generische Datentypen in der Collection-API (4/5) > Bei der Instanzierung muss die Klasse der Elemente angegeben werden. Diese Typangabe erfolgt mit <ClassName> jeweils nach dem Klassennamen der Collection > Der Syntax ähnelt dem Prinzip der Templates in C++. z.b. Typisierte Collection ab 1.5 Collection<String> col = new ArrayList<String>(); col.add( "Text " ); col.add( new Integer(123) ); // Compilerfehler, nur String erlaubt Mark Egloff

44 Datenstrukturen in (Teil 2) Generische Datentypen in der Collection-API (5/5) > Bei diesen typisierten Collections muss dann später nicht mehr gecastet werden. z.b. Typisierte Collection ab 1.5 List<String> col = new ArrayList<String>(); col.add( "Head" ); col.add( "first" ); col.add( "" ); // kein Casting mehr notwendig: String first = col.get(1); for (String s : col ) { System.out.println(s); } // get() gibt nun direkt String zurück // direkter String-Iterator Mark Egloff

45 Datenstrukturen in (Teil 2) > Maps in Mark Egloff

46 Datenstrukturen in (Teil 2) Maps > Eine Map ist ein Assoziativspeicher, der Objekte unter Verwendung einer Zuordnung (Index) verwaltet. > Eine Map sind wie Postfächer anzusehen. Sie speichern die Objekte anhand eines zusätzlichen Schlüssels (Key) ab, welcher als Index dient. Dieser Schlüssel ist natürlich wiederum ein Objekt. Key Key Daten ablegen holen Daten Map Mark Egloff

47 Datenstrukturen in (Teil 2) Map s in > In bildet das Interface java.util.map die Basis für alle Maps. Sie ist nicht kompatibel zum Interface java.util.collection > Die Collection-API bietet wie bei den Set s entsprechend eine sortierte und unsortierte implementationen an. Übersicht verschiedener Implementationen > java.util.hashmap Schnelle Implementierung durch Hashing-Verfahren. Ist nicht- threadsafe > java.util.hashtable Schnelle Implementierung durch Hashing-Verfahren. Ist threadsafe > java.util.treemap Besitzt ein langsamerer Zugriff, doch dafür sind alle Schlüssel sortiert. Sie sortiert die Schlüssel in einen Binärbaum ein. Ist nicht- threadsafe Mark Egloff

48 Datenstrukturen in (Teil 2) Map s Übersicht verschiedener Implementationen interf ace Map Dictionary Cloneable java.io.serializable Hashtable AbstractMap Map Cloneable java.io.serializable HashMap AbstractMap AbstractMap SortedMap Cloneable java.io.serializable TreeMap empty:boolean Mark Egloff

49 Datenstrukturen in (Teil 2) Map s Auszug aus dem Interface java.util.map interf ace Map +size:int +containskey:boolean +containsvalue:boolean +get:object +put:object +remove:object +putall:void +clear:void +keyset:set +values:collection +entryset:set +equals:boolean +hashcode:int public interface Map { int size(); boolean containskey(object key); boolean containsvalue(object value); Object put(object key, Object value); Object get(object key); Object remove(object key); void clear();... } Mark Egloff

50 Datenstrukturen in (Teil 2) Map s Beispiel mit HashMap, Standard Schlüssel (1/2) public class Kunde { public int kndnnummer; public String vorname; public String nachname; } public Kunde( int kndnummer, String vorname, String nachname) { this.kndnummer = kndnummer; this.vorname = vorname; this.nachname = nachname; } Mark Egloff

51 Datenstrukturen in (Teil 2) Map s Beispiel mit HashMap, Standard Schlüssel (2/2) import java.util.*; public class Run { public static void main(string args[]) { Map map = new HashMap(); map.put( new Integer(112), new Kunde(112, "Hans", "Müller")); map.put( new Integer(113), new Kunde(113, "Max", "Moritz")); } } Kunde k1 = (Kunde) map.get( new Integer(112) ); Kunde k2 = (Kunde) map.get( new Integer(113) ); Als Schlüssel muss ein Objekt bzw. Klasse verwendet werden, welche eine Implementation der hashcode() Methode besitzt Mark Egloff

52 Datenstrukturen in (Teil 2) Map s Beispiel mit HashMap, Ieration (1/2) z.b. Iteration durch eine Map, durch alle Schlüssel und alle Elemente // herkömmliche Iteration Iterator it = map.keyset().iterator(); while( it.hasnext() ) { Object key = it.next(); Kunde k = ( Kunde ) map.get( key ); } System.out.println( k ); // unsortierte Ausgabe // ab 1.5 mit erweiterter for- Schleife for ( Object key : map.keyset() ) { Kunde k = ( Kunde ) map.get( key ); } System.out.println( k ); // unsortierte Ausgabe Mark Egloff

53 Datenstrukturen in (Teil 2) Map s Beispiel mit HashMap, Iteration (2/2) // ab 1.5 mit der Benützung von <Generics> vereinfacht sich die Iteration HashMap<Integer,Kunde> map = new HashMap<Integer,Kunde>(); map.put( new Integer(112), new Kunde(112, "Hans", "Müller"));... for ( Integer key : map.keyset() ) { // kein Casting notwendig } z.b. Iteration durch eine Map, durch alle Schlüssel und alle Elemente Kunde k = map.get( key ); System.out.println( k ); Der Einsatz von <Generics> ist nur möglich falls die Typen für die Schlüssel sowie für die Datenelemente immer gleich sind Mark Egloff

54 Datenstrukturen in (Teil 2) Map s Beispiel mit TreeMap (1/2) import java.util.*; public class Run { public static void main(string args[]) { Map map = new TreeMap(); map.put( new Integer(112), new Kunde(112, "Hans", "Müller")); map.put( new Integer(113), new Kunde(113, "Max", "Moritz")); Einfacher Austausch der Implementation. } } Kunde k1 = (Kunde) map.get( new Integer(112) ); Kunde k2 = (Kunde) map.get( new Integer(113) ); Als Schlüssel muss ein Objekt bzw. Klasse verwendet werden, welche das Interface java.lang.comparable implementiert Mark Egloff

55 Datenstrukturen in (Teil 2) Map s Beispiel mit TreeMap (2/2) // herkömmliche Iteration Iterator it = map.keyset().iterator(); while( it.hasnext() ) { Object key = it.next(); Kunde k = ( Kunde ) map.get( key ); } z.b. Iteration durch eine Map, durch alle Schlüssel und alle Elemente System.out.println( k ); // sortierte Ausgabe Da map hier eine SortedMap ist, erfolgt die Iteration durch die Schlüssel sortiert Mark Egloff

56 Datenstrukturen in (Teil 2) Map s Funktionsweise von HashMap & TreeMap > java.util.hashmap Es wird beim Einfügen vom jeweiligen Key-Objekt ein eindeutiger Wert (Identifikationsnummer, Hash) berechnet. Hierzu wird vom Key die Methode hashcode() aufgerufen (vererbt von java.lang.object ). Diese muss für eigene Key-Klassen überschrieben werden. > java.util.treemap Verwendet intern für die Sortierung das Interface java.lang.comparable. Das jeweilige Key-Objekt muss dieses Interface unterstützen, ansonsten wird eine ClassCastException ausgelöst. Bei eigenen Keys muss dieses Interface implementiert werden. Mark Egloff

57 Datenstrukturen in (Teil 2) > Hilfsklasse Collections Mark Egloff

58 Datenstrukturen in (Teil 2) Hilfsklasse java.util.collections > Ähnlich wie bei den Arrays (java.util.arrays) existiert auch für die Collections und Maps eine Hilfsklasse mit nützlichen statischen Funktionen: java.util.collections > Die Klasse bietet bekannte Dinge wie binäre Suche, Ermittlung des min/max Elementes, Sortierung sowie Generierung von Zufallsreihenfolgen an. Eine wesentliche weitere Funktionalität sind die Factory - Methoden um threadsafe oder immutable Collections zu erzeugen. z.b. Erzeugung einer threadsafe - Liste mittels Collections Collection c = new ArrayList(); // ArrayList ist nicht threadsafe... Collection sc = Collections.synchronizedCollection(c); sc.add( "Text " ); Mark Egloff

59 Datenstrukturen in (Teil 2) > Handhabungen von Collections Mark Egloff

60 Datenstrukturen in (Teil 2) Collections sind Objekte > Collections sind normale Objekte, es gelten somit die gleichen bzw. ähnliche Gesetze, wie wir schon kennen gelernt haben. > Alle Implementationen von java.util.collection sowie java.util.map stammen automatisch von java.lang.object ab. > All diese Container besitzen somit eine equals() sowie eine clone() Methode. Doch wie wir schon bei den Arrays gesehen haben, müssen wir die Details hierzu anschauen z.b. Vergleich von 2 Collections Collection c1 = new ArrayList();... Collection c2 = new ArrayList(); if ( c1.equals(c2) ) geht das?? Was passiert hier genau? Mark Egloff

61 Datenstrukturen in (Teil 2) Vergleichen von Collections (1/2) > Beide Interfaces java.util.collection sowie java.util.map bieten die Methode equals() an. > Die Implementation dieser Methode befindet sich bei der jeweiligen Implementations-Klasse des Interfaces (z.b. java.util.arraylist ). Deshalb lohnt es sich jeweils ein Blick in die Doc der jeweiligen Klasse zu werfen > Die Klassen im API verhalten sich nach den folgenden Regeln. Eine Collection ist gleich wenn 1. sie von derselben Klassen-Familie sind z.b. (List!= Set) 2. sie die gleiche Anzahl an Elementen in gleicher Reihenfolge aufweisen 3. Im Falle von Map die Elemente gleich indexiert sind 4. die jeweiligen Element mit a1.equals(b1)== true ergeben Mark Egloff

62 Datenstrukturen in (Teil 2) Vergleichen von Collections (2/2) z.b. Anwendung der equals() Methode bei gleichen Klasse Collection c1 = new ArrayList(); Collection c2 = new LinkedList();... if (c1.equals(c2))... // funktioniert richtig Bei Elementen eigener Klassen muss die equals() Methode implementiert sein z.b. Anwendung der equals() Methode bei unterschiedlicher Klasse Collection c1 = new ArrayList(); Collection c2 = new HashSet();... if (c1.equals(c2))... // immer false ja nie machen! Mark Egloff

63 Datenstrukturen in (Teil 2) Elemente in Collections prüfen mit contains() > Die Collection Klassen bieten eine Methode an, die überprüft ob sich ein gleiches Element schon in der Collection befindet: contains() > Bei Map existieren entsprechend 2 containsxxx() Methoden. Einmal für die Schlüssel containskey() und einmal für die Elemente selber containsvalue() > Diese Methode ruft intern von jedem Element die equals() Methode auf. Bei Elementen eigener Klassen muss deshalb die equals() Methode implementiert sein z.b. Anwendung der contains() Methode Collection c = new ArrayList();... if (c.contains( "DATA" ))... Mark Egloff

64 Datenstrukturen in (Teil 2) Klonen von Collections > Um eine Collection zu klonen müssen wir die clone() Methode von der jeweiligen Implementations-Klasse aufrufen. Die Interfaces Collection oder Map kennen das clone() selber nicht. > Die clone() Methode selber kopiert nur den Container (die Hülle). Die Elemente selber werden nicht kopiert (Shallow Copy oder Flache Kopie). Es verhält sich somit gleich wie bei den Arrays. > Ein deep - Copy existiert nicht in, man müsste selber eine entsprechende Hilfs-Methode schreiben z.b. Anwendung der clone() Methode ArrayList al = new ArrayList();... Collection c = (Collection) al.clone(); Mark Egloff

65 Datenstrukturen in (Teil 2) Collections und Arrays > Manchmal muss man zwischen Arrays und Collections wechseln. Hierzu werden von den Klassen entsprechende Methoden angeboten > Das Interface java.util.collection bietet die Methode toarray() an um die Collection in ein Array zu überführen > java.util.arrays bietet eine Hilfsmethode um einen Array in eine Liste zu wandeln Arrays.asList() z.b. Collection in Array wandeln und wieder zurück Collection c = new ArrayList(); c.add( "" );... String[] sarray = (String[]) c.toarray( new String[]{} ); c = Arrays.asList(sArray); Mark Egloff