Programmieren 2 02 Maps, Sets, Defensive Programmierung

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1 Programmieren 2 02 Maps, Sets, Defensive Programmierung Bachelor Medieninformatik Sommersemester 2016 Dipl.-Inform. Ilse Schmiedecke schmiedecke@beuth-hochschule.de 1

2 MAP - Zusammenfassung 2 2

3 Assoziative Datenstrukturen: Maps Map: Collection von Assoziationen (Key-Value-Paaren) linkseindeutig Schlüssel-Wert-Paare kommen häufig vor: ini-dateien Property-Dateien Resource-Dateien Verzeichnisse... Map.Entry ist eine innere Klasse von Map für den Benutzer normalerweise nicht nötig 3

4 Map-Methoden Map<K, V> Basismethoden: void clear() boolean isempty() int size() löscht alle Einträge keine Einträge? Anzahl der Einträge boolean containskey(object key) boolean containsvalue(v value) V put(k key, V value) liefert vorherigen Wert, oder null bei Neueintrag V get(object key) liefert value, oder null V remove(object key) liefert den entfernten value, oder null Set<K> keyset() Collection<V> values() Set<Map.Entry> entryset() liefert alle Keys als Set liefert alle Values als Set liefert alle Map-Entries als Set 4 4

5 Map-Methoden Map<K, V> Komfortmethoden (nur der Vollständigkeit halber): V getordefault(object key, V defaultvalue) boolean remove(object key, V value) V putifabsent(k key, V value) boolean replace(k key, V oldval, V newval) liefert ggf. Default-Wert nur, falls Wert auch passt liefert vorh.value oder null ersetzt, falls alter Wert passt Set<Map.Entry> entryset() liefert alle Entry-s als Set (wichtig für AbstractMap!) void putall(map<k, V> map) void putall(map<? extends K,? extends V> map) übernimmt alle Entry-s aus map void foreach(biconsumer<k, V> action) void foreach(biconsumer<? super K,? super V> action) wendet action auf jd. Entry an void replaceall(bifunction<k, V, V> function) ersetzt Entry-s durch Funktionsvoid replaceall(bifunction<? super K,? super V,? extends V> function) wert 5 5

6 Das Map-API 6 6

7 Der "Kniff": Abstrakte Implementierung AbstractMap implementiert fast alle Methoden nur entryset() ist abstrakt und muss der tatsächlichen Datenstruktur der Implementierung angepasst werden. Alles andere lässt mithilfe von entryset() programmieren. Überlegen Sie, wie Sie z.b. get und contains programmieren würden! 7 7

8 HashMap HashMap und TreeMap implementieren beide das Interface Map HashMap ist für den Direktzugriff optimiert: Index wird aus dem Key berechnet ("Hash") Wenn besetzt, wird in der Nähe gespeichert Solange die Füllquote unter ca.75% liegt, super Zugriffszeiten danach reorganisieren (umkopieren in größere Map) gleichmäßige Verteilung ist wichtig (gute Hash-Funktion) 8 8

9 TreeMap TreeMap implementiert zusätzlich das Interface SortedMap Die Keys müssen sortierbar sein: entweder das Interface Comparable implementieren oder es muss einen "Vergleicher" geben, Objekt vom Typ Comparator im Konstruktor übergeben Sehr gutes Suchverhalten bei ausgeglichenem Aufbau sonst Reorganisation ("Balancing") keine Füllquote Sortierte Ausgabe, Frage nach vor/nach direkt möglich es gibt entsprechende Zusatzmethoden: firstentry, firstkey, descendingkeyset, descendingtreemap, headmap, tailmap, higherkey

10 Set - Zusammenfassung 10 10

11 Set : Collection ohne Mehrfacheinträge Set ist eine iterierbare Menge Implementiert Collection (und damit Iterable) eindeutig (keine Mehrfacheinträge) Mengenoperationen addall (Vereinigung) retainall (Schnittmenge) removeall (Differenzmenge) 11 11

12 Set-Methoden Set<E> void clear() booleanisempty() int size() löscht alle Einträge keine Einträge? Anzahl der Einträge boolean contains (Object element) boolean add(e element) boolean remove(object element) false, falls schon vorhanden false, falls nicht vorhanden boolean addall(collection<?> c) true, falls keins vorhanden boolean removeall(collection<?> c) true, falls alle vorhanden boolean retainall(collection<?> c) true, falls alle vorhanden Iterator<E> iterator() Object[] toarray() E[] toarray(e[] array) (vereinfacht) liefert Iterator liefert die Elemente als Object[] liefert die Elemente als E[] 12 12

13 2. Neues Projekt: Movie-Register 13

14 Das Filmregister Suchoptimierte editierbare Liste von Filmen: "Gib mir alle Infos zu 'Der kleine Hobbit'" Ein Film ist ein Datentyp: Film-Objekte enthalten Infos zu Titel, Regisseur, Erscheinungsjahr, Länge, Hauptdarstellern... Die Filmsuche nach Titeln soll besonders unterstützt werden à Implementierung mit Map als Datentyp, genauer Map<String, Movie> 14

15 Der Datentyp Movie (Vorschlag) In der Übung können Sie Ihre eigene Variation einsetzen, z.b. mit Kaufdatum und Preis, wenn Sie eine DVD-Liste bauen wollen mit Sprachenliste mit Bewertungen... 15

16 Details Genre ist als Enum definiert: fsk bleibt int, weil die Werte ja Zahlenwerte sind Es wird aber ein Code für "unbekannt" benötigt: -100 Darstellerliste "featuring" ist ein Set So vermeidet man Doppeleinträge, wenn Schauspieler hinzugefügt werden 16

17 Der Typ IMovieRegister (Vorschlag) Argumentliste, liefert: Movie[] movies Alles aus m übernehmen, aber Titel beibehalten Komfortsuche 17

18 Das könnte interessant werden... So ein Filmregister braucht eigentlich jeder, oder? Vielleicht wollen Sie Ihr fertiges Programm ja weitergeben? Dann sollte es GUT sein: Lesbar und erweiterbar programmiert d.h. es entspricht den Konventionen und enthält keine "Programmierfallen" Robust d.h. kein Bedienfehler sollte es zum Absturz bringen Ausgetestet d.h. Programmierfehler sind weitestgehend ausgeräumt 18

19 Klassenqualität Erwartungskonformität (Good Citizenship) Klasse besitzt Standardkonstruktor Klasse besitzt Kopierkonstruktor Konstruktoren erzeugen ein gültige, sinnvolle Objekte Klasse definiert tostring, equals und hashcode sinnvoll Klasse hat Getter und Setter für Attribute (falls nicht ADT) Robustheit (Monkey Safety) öffentliche Methoden funktionieren zustandsunabhängig (geeigneter Umgang mit unpassenden Objektzuständen) öffentliche Methoden können alle Parameterwerte passenden Typs verarbeiten (ggf. Exception) durch unpassende Parameter oder Objektzustände entsteht kein inkonsistenter Systemzustand 19 19

20 Murphey & Co Fehler kommen vor: Rechne mit dem DAU! Rechne mit dem DAP! Rechne mit dem Zufall! Rechne mit der Komplexität! Rechne mit Sabotage! Rechne mit der Zeit! Rechne mit ALLEM

21 Machen wir aus Movie einen Good Citizen: Standardkonstruktor: Attribute initialisieren, wo nötig: title und germantitle: null lassen genre: auf Genre.Unspecified setzen director: null lassen year: 0 setzen als Code für unbekannt featuring: newhashset<string>, damit bei add keine NullPointerException kommt. length: 0 für unbekannt fsk: -100 für unbekannt 21 21

22 Machen wir aus Movie einen Good Citizen: Kopierkonstruktor: Alle Attribute übernehmen featuring: falls null, new HashSet<String>, damit bei add keine NullPointerException kommt

23 Machen wir aus Movie einen Good Citizen: Weitere Konstruktoren: Sinnvolle Attributkombinationen für die Objekterzeugung featuring kann z.b. durch eine Argumentliste gefüllt werden: Argumentliste liefert: String[] actors. Muss letzter Parameter sein 23 23

24 Machen wir aus Movie einen Good Citizen: Getter und Setter sind klar Private Attribute mit öffentlichem getter u. (ggf.) setter heißen auch "Properties" equals, tostring und hashcode generieren und dann bearbeiten equals: welche Attribute gehen in die Gleichheit ein (z.b. Bewertungen nicht)? manchmal zusätzlich weniger genau: matches tostring: Formatierung und Attributwahl für die Ausgabe, z.b. in einer Liste manchmal zusätzlich genauer: tostringwithdetails hashcode: prägnante Attribute wählen (z.b. dieselben wie bei equals) 24 24

25 Beispiel matches 25

26 Beispiel equals In diesem Fall wurden nur die ersten 3 Zeilen aus dem generierten Code übernommen Die komplizierten Gleichheitsbedingungen wurden von Hand programmiert, damit sie übersichtlich bleiben 26

27 Und die Robustheit? Movie ist vor allem Datentyp enthält getter, setter, equals, tostringund hashcode: à Normalerweise keine Robustheitsprobleme. Man könnte settitle nur bei null funktionieren lassen, zum Ändern updatetitle definieren, damit der Titel nicht "versehentlich" überschrieben wird Der Parametertyp von match ist anders als bei equals, das ist vielleicht unerwartet. Der Compiler überprüft aber die richtige Verwendung. 27

28 Jetzt das MovieRegister: Good Citizen Konstruktor muss den Datenbehälter (Map) initialisieren ggf. Grunddatenbestand eintragen Kopierkonstruktor kopiert die Map (und ggf. alle Verwaltungsattribute) Getter und Setter entfallen: ADT hashcode und equals immer definieren ggf. auf die Map zurückführen tostring ist praktisch als schnelle Testausgabe: Was steht bisher drin? 28

29 Implementierungsansatz Robustheit schon im Kopierkonstruktor: wenn register null ist, neue Map erzeugen! 29

30 Movie Register: Robustheit Hier müssen wir erst die Regeln festlegen: Wie soll das Register funktionieren? Was sind gültige Systemzustände? Englischer und deutscher Titel sollen Schlüssel sein! beide Schlüssel sind also im Wert enthalten! get und search sollen für englische und deutsche Titel funktionieren search soll mit einem beliebigen Teil des Titels funktionieren null ist kein gültiger Schlüssel. addmoviedarf nicht überschreiben. dafür gibt es updatemovie und updatetitle wenn die Titel passen, ist es derselbe Film, evtl. mit unterschiedlich vollständigen Einträgen. containsmovie überprüft nur die Schlüssel 30

31 MovieRegister : Robustheit Argument auf null und auf containsmovie prüfen Argument auf null prüfen. Einfacher oder doppelter Titelabgleich (matches)? Argument auf null und leeren String prüfen Argument auf null und auf containsmovie prüfen etc... 31

32 Robustheits - Reaktionen Was tun, wenn eine Prüfung negativ ausfällt? Zunächst nur Schaden verhindern, Arbeit verweigern return, return null oder return false Über die richtige Fehlerbehandlung sprechen wir nächstes Mal. richtig geraten: Exceptions 32

33 Wozu brauchen wir Set? Jede Map ist linkseindeutig d.h. die Menge der Schlüssel ist ein Set wird geliefert von der Methode keyset() damit ist auch die Menge der Einträge ein Set, geliefert von der Methode entryset() Suchergebnisse sollten nur einmal gelistet werden: searchmovie() liefert ein Set von Movies In unserem Fall sind auch die Values eindeutig beide Schlüssel sollen dasselbe Movie-Objekt referenzieren daher liefert auch movielist() ein Set von Movies 33

34 Map-Methoden Map<K, V> Basismethoden: void clear() boolean isempty() int size() löscht alle Einträge keine Einträge? Anzahl der Einträge boolean containskey(object key) boolean containsvalue(v value) V put(k key, V value) liefert vorherigen Wert, oder null bei Neueintrag V get(object key) liefert value, oder null V remove(object key) liefert den entfernten value, oder null Set<K> keyset() Collection<V> values() Set<Map.Entry> entryset() liefert alle Keys als Set liefert alle Values als Set liefert alle Map-Entries als Set 34 34

35 Zum Schluss: Testtreiber schreiben! Schreiben Sie zum Testen eine Main-Methode in MovieRegister MovieRegister instanziieren und mit allerlei Filmen füllen (zum Testen nicht zu viele) Zustand ausgeben: Zahl der Einträge, Zahl der Schlüssel, alle Filme (Movie tostring oder MovieRegister tostring) Einige Filme hinzufügen, löschen, ändern Zustand ausgeben Robustheit testen (Null- und leere Parameter, vorhandenes hinzufügen...) Zustand ausgeben Eine Liste mit 20 Filmen gibt es als Download J Tipps: Schreiben Sie sich einen passenden Konstruktor für Movies Schreiben Sie eine Methode populateregister() oder einen Konstruktor mit einer List<Movie> als Parameter Sie können Sie häufiger nutzen 35

36 Das war der Start ins Filmregister Es wird uns weiter begleiten... J 36