Wo sind wir? Rudolf Berrendorf FH Bonn-Rhein-Sieg Programmiersprache Java 338

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1 Wo sind wir? Java-Umgebung Lexikale Konventionen Datentypen Kontrollstrukturen Ausdrücke Klassen, Pakete, Schnittstellen JVM Exceptions Java Klassenbibliotheken Ein-/Ausgabe Collections Threads Applets, Sicherheit Grafik Beans Integrierte Entwicklungsumgebungen FH Bonn-Rhein-Sieg Programmiersprache Java 338

2 Container Container sind Behälter, die andere Dinge speichern können. Schon bekannte Beispiele aus der Einführungsvorlesung sind: Liste Stack Schlange Baum Typische Operationen auf einem Container sind z.b.: Füge ein Element zu dem Container hinzu Lösche ein Objekt aus dem Container Suche ein bestimmtes Objekt im Container Enthält der Container Elemente (nicht leer)? Wende eine Operation auf alle Container-Elemente an Man kann sich Container mit unterschiedlichen Eigenschaften vorstellen: Ein Element darf höchstens ein mal vorkommen (keine Duplikate) Die Anzahl der Elemente im Container bleibt überwiegend konstant ( Effizienzfrage) Spezielle Abspeicherungstechniken zur Optimierung von häufig benutzten Operationen ( Vorlesung "Algorithmen und Datenstrukturen") FH Bonn-Rhein-Sieg Programmiersprache Java 339

3 Collection Framework Java kennt das Collection Framework (im Paket java.util; siehe API- Dokumentation), in dem Container mit unterschiedlichen Eigenschaften zur Verfügung gestellt werden. Es werden folgende Arten von Collections unterschieden, die jeweils gewisse Eigenschaften haben und ausnutzen: 1. Listen (List; geordnete Menge, d.h. es gibt ein i-tes Element) 2. Mengen (Set; keine Duplikate) 3. Abbildungen (Map; Schlüssel-Wert-Paare) In den drei Kategorien, die als Schnittstellen in Java definiert sind und die die Schnittstelle Collection erweitern, gibt es Klassen, die diese Schnittstellen in einer bestimmten Weise implementieren. Z.B. lässt sich eine Liste durch eine einfach verkettete Liste implementieren, durch eine doppelt verkettete Liste, durch ein dynamisch wachsendes Feld usw. Zum Collection Framework gehören weiterhin Algorithmen, wie z.b. Sortieren einer Liste, (binäres) Suchen in einer Liste usw. FH Bonn-Rhein-Sieg Programmiersprache Java 340

4 Collection-Schnittstelle Jeder Container muss die Schnittstelle Collection implementieren. public interface Collection { // Basic Operations int size(); boolean isempty(); boolean contains(object element); boolean add(object element); boolean remove(object element); Iterator iterator(); // Optional // Optional // Bulk Operations boolean containsall(collection c); boolean addall(collection c); // Optional boolean removeall(collection c); // Optional boolean retainall(collection c); // Optional void clear(); // Optional // Array Operations Object[] toarray(); Object[] toarray(object a[]); FH Bonn-Rhein-Sieg Programmiersprache Java 341

5 Beispiel zum Prinzip der dynamischen Erweiterbarkeit class MeinDynamischesFeld { private Object[] daten = new Object[1]; // Datenelemente private int anzahl = 0; // Elementanzahl für aktuelle Belegung public boolean add(object element) { if(anzahl == daten.length) erweitere(); obj[anzahl++] = element; return true; public Object get(int index) { if((index < 0) (index >= anzahl)) return null; return obj[index]; // genug Platz? // nein! Feld vergrößern // Datenelement abspeichern // Element eingefügt // Zulässiger Index? // Element zurückgeben private void erweitere() { Object[] tmp = new Object[obj.length+1]; // größeres Feld anlegen for(int i=0; i<obj.length; i++) tmp[i] = obj[i]; // Daten kopieren daten = tmp; // neues Feld unter daten abspeichern FH Bonn-Rhein-Sieg Programmiersprache Java 342

6 Schnittstellen- und Klassenhierarchie der Collections Collection Object Map Dictionary (abstract) List AbstractCollection (abstract) Set AbstractMap (abstract) SortedMap HashTable AbstractList (abstract) SortedSet AbstractSet (abstract) HashMap TreeMap Vector ArrayList Abstract SequentialList (abstract) TreeSet HashSet WeakHashMap Properties Stack LinkedList xyz konkrete Klasse xyz abstrakte Klasse xyz Schnittstelle x y x von y abgeleitet x y x implementiert y FH Bonn-Rhein-Sieg Programmiersprache Java 343

7 Listen Listen sind geordnet. Man kann an einer beliebigen Stelle Objekte einfügen oder löschen. Vector, Stack und ArrayList werden intern über ein Feld implementiert, das dynamisch neu angelegt wird, wenn zusätzlicher Speicherplatz benötigt wird (siehe Beispiel eben zum Prinzip). LinkedList wird über eine lineare Liste implementiert (siehe Vorlesung "Einführung in die Programmierung"). Der Unterschied zwischen Vector und ArrayList ist nur bei mehreren Threads von Interesse. Stack arbeitet nur nach dem LIFO-Prinzip (d.h. nicht an beliebiger Stelle Modifikation möglich). Operationen: empty, peek, pop, push, search. FH Bonn-Rhein-Sieg Programmiersprache Java 344

8 Beispiel 1: Vector import java.util.*; class VectorTest { public static void main(string[] args) { Vector vec = new Vector(); // neuen Vector-Container erzeugen vec.add("bryan Adams"); vec.add("bruce Springsteen"); vec.add("frank Sinatra"); System.out.println(vec); // Stringobjekt hinzufügen // noch einen String hinzufügen // ditto // [BA, BS, FS] vec.add(2, "Stefan Raab"); System.out.println(vec); // An Indexposition 2 String einfügen // [BA, BS, SR, FS] vec.remove(3); System.out.println(vec); // Element an Position 3 löschen // [BA, BS, SR] vec.remove("stefan Raab"); System.out.println(vec); // Element löschen (über equals()) // [BA, BS] Frage: Kann ich in obigem Programm zusätzlich noch vec.add(new Integer(5)) schreiben? FH Bonn-Rhein-Sieg Programmiersprache Java 345

9 Beispiel 2: Stack import java.util.*; class Person { String name; Person(String n) { name = n; void print() { System.out.println(name); // Beispielklasse public class StackTest { public static void main(string[] args) { Stack s = new Stack(); // neuen Stack-Container erzeugen s.push(new Person("Bryan Adams")); s.push(new Person("Bruce Springsteen")); s.push(new Person("Frank Sinatra")); // Objekt aus Stack legen // noch ein Objekt hinzufügen // ditto while(!s.empty()) ((Person)s.pop() ).print(); // solange Daten auf Stack // Hole Element von Stack // und rufe Methode print() auf // Downcast nötig! FH Bonn-Rhein-Sieg Programmiersprache Java 346

10 Beispiel 3: Liste import java.util.*; class Person { // Beispielklasse String name; Person(String n) { name = n; void print() { System.out.println(name); public String tostring() { return name; public class ListTest { public static void main(string[] args) { LinkedList l = new LinkedList(); Person p1, p2, p3; // List-Container erzeugen l.add(p1 = new Person("Bryan Adams")); // Objekt an Liste anhängen l.add(p2 = new Person("Bruce Springsteen"));// noch ein Objekt anhängen l.add(p3 = new Person("Frank Sinatra")); // ditto System.out.println(l); // [ BA, BS, FS ] l.remove(p3); // Franky Boy wieder löschen System.out.println(l.contains(p2)); // Enthält Liste BS? FH Bonn-Rhein-Sieg Programmiersprache Java 347

11 Iterator Eine oft wiederkehrende Aufgabe bei Collections ist das Besuchen jedes Elementes im Collection, z.b. um eine bestimmte Operation auf jedes Datenelement anzuwenden. Dies lässt sich im Zusammenhang mit einer Collection auf einfache Weise mit einem Iterator machen. Dabei ist jedoch keine bestimmte Reihenfolge des Besuchens garantiert! public interface Iterator { boolean hasnext(); Object next(); void remove(); // Optional Anwendungsschema: CollectionXYZ c = new CollectionXYZ();... Iterator it = c.iterator(); while (it.hasnext()) // solange noch unbesuchte Elemente verarbeite(it.next()); // mache etwas mit einem unbesuchten Element FH Bonn-Rhein-Sieg Programmiersprache Java 348

12 Beispiel import java.util.*; class Person { // Beispielklasse String name; int stundenlohn; Person(String n, int knete) { name = n; stundenlohn = knete; int getstundenlohn() { return stundenlohn; public class ListTest { public static void main(string[] args) { LinkedList l = new LinkedList(); // List-Container erzeugen l.add(new Person("Bryan Adams", 10)); // Objekt an Liste anhängen l.add(new Person("Bruce Springsteen", 20)); // noch ein Objekt anhängen l.add(new Person("Frank Sinatra", 100)); // ditto Iterator it = l.iterator(); int kosten = 0; // Iterator anlegen while(it.hasnext()) // noch unbesuchte Elemente? kosten += ((Person)it.next()).getStundenlohn(); // Kosten akkumulieren System.out.println("Kosten für Konzert: " + kosten); FH Bonn-Rhein-Sieg Programmiersprache Java 349

13 Sets In Sets sind wie in mathematischen Mengen keine doppelten Elemente erlaubt, was über die Methode equals() beim Einfügen eines neuen Elements überprüft wird. Ist das Element schon vorhanden, so liefert die add-methode false als Ergebnis (sonst true). Es gibt zwei konkrete Klassen zu Set: 1. In HashSet werden die Elemente in einer Hash-Tabelle abgespeichert ( Algorithmen und Datenstrukturen). 2. In TreeSet werden die Elemente sortiert in einem Binärbaum abgespeichert. FH Bonn-Rhein-Sieg Programmiersprache Java 350

14 Beispiel import java.util.*; public class SetTest { public static void main(string[] args) { HashSet h = new HashSet(); h.add("bryan Adams"); h.add("bruce Springsteen"); Iterator it = h.iterator(); while(it.hasnext()) System.out.println(it.next()); TreeSet t = new TreeSet(); t.add("bryan Adams"); t.add("bruce Springsteen"); it = t.iterator(); while(it.hasnext()) System.out.println(it.next()); // Container erzeugen // Objekt hinzufügen // ditto // Iterator anlegen // noch unbesuchte Elemente? // Elemente ausgeben // Container erzeugen // Objekt hinzufügen // ditto // Iterator anlegen // noch unbesuchte Elemente? // Elemente ausgeben Ausgabe: BS BA BA BS FH Bonn-Rhein-Sieg Programmiersprache Java 351

15 Maps Eine Map kann man sich vorstellen als eine Tabelle mit zwei Spalten: In der ersten Spalte steht jeweils ein eindeutiger Bezeichner (Schlüssel) und in der zweiten Spalte der dazugehörige Wert zu diesem Bezeichner. Über den Namen kann man den Wert erfragen. Beispiele: Wörterbuch (Name, Bedeutung) Umgebungsvariable in Betriebssystem-Shells (Name, Wert) Klausurergebnisse (Matr.Nr., Ergebnis) An konkreten Klassen gibt es: HashMap, HashTable: Nutzten Hash-Verfahren zur Verwaltung der Name-Wert-Paare WeakHashMap: HashMap mit der Eigenschaft, dass der Garbage Collector Einträge entfernen kann, wenn sie außerhalb der Tabelle nicht genutzt werden TreeMap: Nutzt einen Baum, um die Name-Wert-Paare sortiert abzuspeichern Properties: Einfache Ein-/Ausgabe von Name-Wert-Paaren FH Bonn-Rhein-Sieg Programmiersprache Java 352

16 Beispiel import java.util.*; class Student { // Beispielklasse String name; int matrnr; // Schlüssel Student(int nr, String n) {matrnr = nr; name = n; public String tostring() { return name; public class HashMapTest { public static void main(string[] args) { HashMap h = new HashMap(); Student p1, p2, p3; // Container erzeugen // Schlüssel-Wert-Paare einfügen. Der Schlüssel muss ein Objekt sein! h.put(new Integer(4711), p1=new Student(4711,"Bryan Adams") ); h.put(new Integer(4712), p2=new Student(4712,"Bruce Springsteen") ); h.put(new Integer(4713), p3=new Student(4713,"Frank Sinatra") ); // Student nach Matrikelnummer suchen Student p = (Student) h.get(new Integer(4712)); System.out.println(p); FH Bonn-Rhein-Sieg Programmiersprache Java 353