Objektorientierte Implementierung

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1 Objektorientierte Implementierung 10) Verfeinern von Assoziationen mit dem Java-2 Collection Framework Softwaretechnologie, Prof. Uwe Aßmann, Prof. Heinrich Hussmann 1 Objektorientierte Implementierung mit Java-Datenstrukturen 10 Verfeinern von Assoziationen mit dem Java-2 Collection Framework 11 Programmieren gegen Schnittstellen Auswahl von Datenstrukturen Persistente Datenhaltung Softwaretechnologie 2

2 Obligatorische Literatur JDK Tutorial für J2SE oder J2EE, Softwaretechnologie 3 Anwendungsbeispiel für Datenstrukturen Grobes Entwurfsmodell Bestellungsabwicklung (Auszug): Bestellung kunde: String + neueposition(b: Bestellposition) + löscheposition(pos int) +sonderpreis(pos: int, preis: int) + auftragssumme(): int + print() {ordered 1 Bestellposition anzahl: String preis: int + einzelpreis(): int + einzelpreis(p: int) + positionspreis(): int für * 1 * Artikel name: String preis: int + preis(): int Überladene Namen! Softwaretechnologie 4

3 Zentrale Frage: Wie bilde ich einseitige Assoziationen aus UML auf Java ab? Antwort 1: durch Abbildung auf Arrays Softwaretechnologie 5 Testprogramm für Anwendungsbeispiel (1) public static void main (String[] args) { Artikel tisch = new Artikel("Tisch",200); Artikel stuhl = new Artikel("Stuhl",100); Artikel schrank = new Artikel("Schrank",300); Bestellung b1 = new Bestellung("TUD"); b1.neueposition(new Bestellposition(tisch,1)); b1.neueposition(new Bestellposition(stuhl,4)); b1.neueposition(new Bestellposition(schrank,2)); b1.print();... Online: Bestellung0.java Bestellung fuer Kunde TUD 0. 1 x Tisch Einzelpreis: 200 Summe: x Stuhl Einzelpreis: 100 Summe: x Schrank Einzelpreis: 300 Summe: 600 Auftragssumme: 1200 Softwaretechnologie 6

4 Testprogramm für Anwendungsbeispiel (2) public static void main (String[] args) {... b1.sonderpreis(1,50); b1.print(); Bestellung fuer Kunde TUD 0. 1 x Tisch Einzelpreis: 200 Summe: x Stuhl Einzelpreis: 50 Summe: x Schrank Einzelpreis: 300 Summe: 600 Auftragssumme: 1000 Softwaretechnologie 7 Einfache Realisierung mit Arrays (1) class Bestellung { private String kunde; private Bestellposition[] liste; private int anzahl = 0; public Bestellung(String kunde) { this.kunde = kunde; liste = new Bestellposition[20]; public void neueposition (Bestellposition b) { liste[anzahl] = b; anzahl++; // was passiert bei mehr als 20 Positionen? public void loescheposition (int pos) { // geht mit Arrays nicht einfach zu realisieren! Softwaretechnologie 8

5 Einfache Realisierung mit Arrays (2) public void sonderpreis (int pos, int preis) { liste[pos].einzelpreis(preis); public int auftragssumme() { int s = 0; for(int i=0; i<anzahl; i++) s += liste[i].positionspreis(); return s;... Softwaretechnologie 9 Probleme der Realisierung mit Arrays Dynamische Arrays? Obergrenze erweiterbar Automatisches Verschieben bei Löschen Was passiert, wenn keine Ordnung benötigt wird? Kann das Array sortiert werden? Viele Algorithmen laufen auf sortierten Universen wesentlich schneller als auf unsortierten (z.b. Queries in Datenbanken) Wie bilde ich einseitige Assoziationen aus UML auf Java ab? Antwort 3: durch Abbildung auf die Schnittstelle Collection Softwaretechnologie 10

6 Collections Probleme werden durch das Java-Collection-Framework gelöst, eine objektorientierte Datenstrukturbibliothek für Java Meiste Standard-Datenstrukturen abgedeckt Verwendung von Vererbung zur Strukturierung Flexibel auch zur eigenen Erweiterung Basiert auf Java Generic Library (JGL) der Firma ObjectSpace Erst seit Java 1.2 (Java-2) Standard. java.util. Zentrale Frage: Wie bilde ich einseitige Assoziationen aus UML auf Java ab? Antwort: Einziehen von Behälterklassen (collections) aus dem Collection-Framework Flachklopfen (lowering) von Sprachkonstrukten: Wir klopfen Assoziationen zu Java-Behälterklassen flach. Softwaretechnologie 11 Flachklopfen von Assoziationen auf Behälterklassen Ersetzen von * -Assoziationen durch Behälterklassen Bestellung kunde: String + neueposition(b: Bestellposition) + löscheposition(pos int) +sonderpreis(pos: int, preis: int) + auftragssumme(): int + print() 1 {ordered * Bestellposition anzahl: String preis: int + einzelpreis(): int + einzelpreis(p: int) + positionspreis(): int für * 1 Artikel name: String preis: int + preis(): int Bestellung kunde: String + neueposition(b: Bestellposition) + löscheposition(pos int) +sonderpreis(pos: int, preis: int) + auftragssumme(): int + print() Artikel name: String preis: int + preis(): int Softwaretechnologie 12 für 1 Bestellposition anzahl: String preis: int + einzelpreis(): int + einzelpreis(p: int) + positionspreis(): int * 1 * 1 {ordered Collection

7 Facetten von Behälterklassen Behälterklassen können anhand von verschiedenen Facetten klassifiziert werden Facetten sind orthogonale Dimensionen einer Klassifikation oder eines Modells Ordnung Duplikate Sortierung Schlüssel geordnet ungeordnet mit Duplikaten ohne Duplikate sortiert unsortiert mit Schlüssel ohne Schlüssel Softwaretechnologie 13 Java Collection Framework: Struktur Collection Ordnung Duplikate Schlüssel List Set Map Sortierung SortedSet SortedMap /home/ua1/courses/st1/material/jdk-1_5_0-doc/index.html Softwaretechnologie 14

8 Klassifikation der Schnittstellen der Datenstrukturen Collection (Behälter, Kollektion): Ansammlung von Datenelementen Hinzufügen, Entfernen, Suchen, Durchlaufen Set (Menge): Reihenfolge des Einfügens, Mehrfachvorkommen spielen keine Rolle SortedSet (geordnete Menge): Ordnung auf den Elementen + Sortierung List (Liste): Mehrfachvorkommen werden separat abgelegt Reihenfolge des Einfügens bleibt erhalten Map (Abbildung, mapping, associative array): Zuordnung von Schlüsselwerten auf Eintragswerte Menge von Tupeln: Mehrfachvorkommen bei Schlüsseln verboten, bei Einträgen erlaubt SortedMap (geordnete Abbildung): Ordnung auf den Schlüsseln + Sortierung danach Softwaretechnologie 15 Schnittstelle java.util.collection (Auszug) public interface Collection { // Queries public boolean isempty(); public boolean contains (Object o); public boolean equals(object o); public int size(); public int hashcode(); public Iterator iterator(); // Repräsentations-Transformierer public Object[] toarray(); // Zustandsveränderer public boolean add (Object o); public boolean remove (Object o); public void clear(); Collection // Query methods + boolean isempty(); + boolean contains(object o); + boolean equals(object o); + int hashcode(); + Iterator iterator(); // Repräsentations-Trans- // formierer + Object[] toarray(); // Zustandsveränderer + boolean add (Object o); + boolean remove (Object o); + void clear(); Softwaretechnologie 16

9 java.util.list (Auszug) public interface List extends Collection { public boolean isempty(); public boolean contains (Object o); public int size(); public boolean add (Object o); public boolean remove (Object o); public void clear(); public Object get (int index); public Object set (int index, Object element); public Object remove (int index); public int indexof (Object o);... Collection List // Query methods + Object get(int index); // Zustandsveränderer + Object remove (int index, Object o); + Object set (int index, Object o); + int indexof (Object o); Softwaretechnologie 17 java.util.set (Auszug) Semantik von add()? List Set // Zustandsveränderer + boolean add (Object o); Softwaretechnologie 18

10 Object - Collection - List : Beispiel o : Object Keine speziellen Operationen anwendbar "instanceof" "implements" o : XCol XCol Collection add, remove, clear, isempty, contains, size "instanceof" "implements" o : XList XList List add, remove, clear, isempty, contains, size, get, set, remove, indexof Softwaretechnologie 19 Die Klasse "Object" (Wiederholung) java.lang.object: allgemeine Eigenschaften aller Objekte. Jede Klasse ist Unterklasse von Object ( extends Object ). Diese Vererbung ist implizit (d.h. man kann extends Object weglassen). Dadurch werden Probleme mit Mehrfachvererbung vermieden. class Object { public boolean equals (Object obj); public int hashcode(); public String tostring();... Jede Klasse kann die Standard-Operationen überdefinieren: equals: Objektgleichheit (Standard: Referenzgleichheit) hashcode: Zahlcodierung tostring: Textdarstellung, z.b. für println() Softwaretechnologie 20

11 Abstrakter und konkreter Datentyp Abstrakter Datentyp (Schnittstelle) Abstraktion: Operationen Verhalten der Operationen Konkreter Datentyp (Implementierung) Konkretisierung: Instantiierbare Klassen Ausführbare Operationen Theorie: Theorie: Algebraische Spezifikationen Datenstrukturen Komplexität Praxis:. Axiomensysteme Abstrakte Klassen Praxis: Alternativen Interfaces Beispiel: Beispiel: Verkettete Liste List Liste durch Feld Softwaretechnologie 21 Implementierungen im Collection-Framework Collection Vererbung (extends) Implementierung (implements) List Set Map SortedSet SortedMap ArrayList HashSet HashMap LinkedList TreeSet TreeMap Softwaretechnologie 22

12 Beispiel: Implementierungsklasse java.util.arraylist (Auszug) public class ArrayList implements List { public ArrayList (int initialcapacity); public void ensurecapacity (int mincapacity);... List ArrayList + ArrayList (int initialcapacity); + void ensurecapacity (int mincapacity); Softwaretechnologie 23 The End Diese Folien sind eine überarbeitete Version der Vorlesungsfolien zur Vorlesung Softwaretechnologie von Prof. H. Hussmann, used by permission. Softwaretechnologie 24