Einführung in die Programmierung. 6.0 Objekte. Thomas R. Gross Department Informatik ETH Zürich

Transkript

2 Uebersicht 6.3 Parameter (Reference Type) 6.4 Konstruktoren 6.5 Noch ein Beispiel (Methoden) 6.6 Namesräume 6.7 static Methoden und Variablen 6.8 Module Copyright (c) Pearson and Thomas Gross 2016 All rights reserved. 4

3 Point Klasse, Version 2 public class Point { int x; int y; public String tostring() { return "( " + x + ", " + y + " )"; public double distance() { // distance to (0, 0) return Math.sqrt(x*x + y*y);...

4 Reference Semantics Reference Variables die auf Objektexemplare verweisen folgen den Reference Semantics Regeln Point p1 = new Point(); p1.x = 3; p1.y = 2; Point p2 = p1; // p2.x == 3, p2.y == 2 p2.x = 4; // p2.x == 4, p2.y == 2 // p1.x == 4, p2.y == 2 p1 = null; // p1.x nicht zulaessig 6

5 9

6 Point Klasse, Version 2 Fortsetzung public class Point { int x; int y; public String tostring() { return "( " + x + ", " + y + " )"; public double distance() { // distance to (0, 0) return Math.sqrt(x*x + y*y); public double distance(point other) { // distance to other return Math.sqrt((x-other.x)*(x-other.x) +(y-other.y)*(y-other.y));...

7 Parameter Wiederholung public class Parameter { public static void main (String[] args) { int i = 1; mone(i); System.out. println("i = " + i); public static void mone(int x) { System.out.println("x = " + x); x++; System.out.println("x = " + x); 11

8 Parameter Wiederholung public class Parameter { public static void main (String[] args) { int i = 1; mone(i); System.out. println("i = " + i); public static void mone(int x) { System.out.println("x = " + x); x++; System.out.println("x = " + x); x = 1 x = 2 i = 1 12

9 Value Semantics main mone i: 1 13

10 Value Semantics main i: 1 copy 1 mone 14

11 Value Semantics main i: 1 copy 1 mone 15

12 Value Semantics main i: 1 1 mone x: 1 16

13 Value Semantics main i: 1 mone x: 2 17

14 Value Semantics main i: 1 mone x: 2 18

15 Parameter Uebergabe Primitive Types: Kopieren, dann übergeben Ein Buch (oder eine Festschrift) passen nicht in den Umschlag. Buch: int[] book = new int[1000]; Festschrift: class FestSchrift { String author = "Famous"; int value = 1; Festschrift fes = new FestSchrift(); 19

16 Parameter public class Parameter { public static void main (String[] args) { FS fes = new FS(); mtwo(fes); System.out. println("author = " + fes.author + " " + fes.value); public static void mtwo(fs x) { System.out.println("Author = " + x.author + " " + x.value); x.value++; x.author = "Nobody"; System.out.println("Author = " + x.author + " " + x.value); 20

17 Parameter public class Parameter { public static void main (String[] args) { FS fes = new FS(); mtwo(fes); System.out. println("author = " + fes.author + " " + fes.value); public static void mtwo(fs x) { System.out.println("Author = " + x.author + " " + x.value); x.value++; x.author = "Nobody"; System.out.println("Author = " + x.author + " " + x.value); Author = Famous 1 Author = Nobody 2 Author = Nobody 2 21

18 Reference Semantics main mtwo fes: 22

19 Reference Semantics main fes: Famous 1 mtwo 23

20 Reference Semantics main fes: Famous 1 copy KF 456. mtwo 24

21 Reference Semantics Famous 1 fes 26

22 Reference Semantics main fes: Famous 1 copy KF 456. mtwo 27

23 Reference Semantics main fes: Famous 1 KF 456. mtwo 28

24 Reference Semantics main fes: Famous 1 mtwo x: 29

25 Reference Semantics main fes: Nobody 2 mtwo x: 30

26 Reference Semantics main Nobody 2 mtwo fes: x: 31

27 Reference Semantics Ist der Parameter eine Referenzvariable, so wird diese kopiert und an die aufgerufene Methode übergeben Das Argument (in der aufrufenden Methode) und der Parameter (in der aufgerufenen Methode) verweisen beide auf das selbe Objekt. Aenderungen des Objektes sind in der aufrufenden Methode sichtbar Gilt für Exemplare von Klassen und für Arrays 32

28 Parameter public class Parameter { public static void main (String[] args) { FS fes = new FS(); mthree(fes); System.out. println("author = " + fes.author + " " + fes.value); public static void mthree(fs x) { System.out.println("Author = " + x.author + " " + x.value); x = new FS(); x.author = "Hero"; System.out.println("Author = " + x.author + " " + x.value); 33

29 Parameter public class Parameter { public static void main (String[] args) { FS fes = new FS(); mthree(fes); System.out. println("author = " + fes.author + " " + fes.value); public static void mthree(fs x) { System.out.println("Author = " + x.author + " " + x.value); x = new FS(); x.author = "Hero"; System.out.println("Author = " + x.author + " " + x.value); Author = Famous 1 Author = Hero 1 Author = Famous 1 34

30 Reference Semantics main Famous 1 mthree fes: x: 35

31 Reference Semantics main Famous 1 Hero 1 mthree fes: x: 36

32 Reference Semantics Ist der Parameter eine Referenzvariable, so wird diese kopiert und an die aufgerufene Methode übergeben Das Argument (in der aufrufenden Methode) und der Parameter (in der aufgerufenen Methode) verweisen beide auf das selbe Objekt. Aenderungen des Objektes sind in der aufrufenden Methode sichtbar Aenderungen der Referenzvariable sind in der aufrufenden Methode nicht sichtbar Wenn Sie die Bibliothekskarte eines Buches ändern so bleibt das Buch unverändert 37

33 Java Methodenaufruf In Java werden also Referenzvariable und Variable eines Basistyps immer kopiert. Die Entwickler haben darauf keinen Einfluss. Andere Programmiersprachen erlauben mehr Flexibilität. Für jeden Parameter kann bestimmt werden, wie er übergeben wird. Viele Fehler sind möglich. 38

34 Uebersicht 6.3 Parameter (Reference Type) 6.4 Konstruktoren 6.5 Noch ein Beispiel (Methoden) 6.6 Namesräume 6.7 static Methoden und Variablen 6.8 Module Copyright (c) Pearson and Thomas Gross 2016 All rights reserved. 39

35 Konstruktion und Initialisierung von Objekten Der new Operator liefert eine Referenz (einen Verweis) auf ein neues Objekt new class(): Exemplar (Instanz) der Klasse class new class[size]: Array der Länge size für Referenzen auf Exemplare der Klasse class Vergleiche mit: new int[size]: Array der Länge size für int Werte

36 Initialisierung von Objekten Bisher waren mehrere Anweisungen nötig, um ein Exemplar einer Klasse zu konstruieren und es zu initialisieren: Point p = new Point(); p.x = 3; p.y = 8; (N+1) Anweisungen bei N Attributen Lange Folgen von Anweisungen Leicht etwas zu übersehen

37 Initialisierung von Objekten Besser wäre es die Werte für die Attribute gleich anzugeben: Point p = new Point(3, 8); // better! Person employee = new Person("Paula", 123); Wir können so etwas für viele Arten von Objekten in Java machen.

38 Konstruktoren Konstruktor ( constructor ): Initialisiert den Zustand eines neuen Objektes. public type(parameters) { statements; Ausgeführt wenn der new Operator ausgeführt wird Es gibt keinen Rückgabewert. Im Rumpf können beliebige Anweisungen auftreten (wie in Methode)

39 Konstruktoren Ein Konstruktor ist keine Methode Konstruktoren sind optional Wenn eine Klassendefinition keinen Konstruktor enthält, dann stellt Java einen (voreingestellten) default Konstruktor ( default constructor ) zur Verfügung Der default Konstruktor hat keine Parameter und setzt alle Felder auf Null (entweder 0, 0.0, oder null)

40 Beispiele von Konstruktoren public class Point { int x; int y; // Constructs a Point at the given x/y location. public Point(int initialx, int initialy) { x = initialx; y = initialy; // Methods...

41 Beispiele von Konstruktoren public class Person { String name; int id; double hourlyrate; double [] hours; double [] overtime; // Constructs a Person with given name and Id public Person(String firstname, int uniqueid) { name = firstname; id = uniqueid; // Methods...

42 Konstruktor Attribute, die nicht in einem Konstruktor auf einen Wert gesetzt werden, werden auf Null gesetzt (0, 0.0, or null). Beispiel: public Point (int initialx) { x = initialx; Point p1 = new Point(7); // p1.y == 0 47

43 Ausführung eines Konstruktors in Zeitlupe Was passiert wenn dieser Code ausgeführt wird? Point p1 = new Point(7, 2);

44 Ausführung eines Konstruktors in Zeitlupe Was passiert wenn dieser Code ausgeführt wird? Point p1 = new Point(7, 2); p1 x y public Point(int initialx, int initialy) { x = initialx; y = initialy; public void setlocation(int newx, int newy) {

45 Ausführung eines Konstruktors in Zeitlupe Was passiert wenn dieser Code ausgeführt wird? Point p1 = new Point(7, 2); p1 x 0 y 0 public Point(int initialx, int initialy) { x = initialx; y = initialy; public void setlocation(int newx, int newy) {

49 Mehrere Konstruktoren Eine Klasse kann mehrere Konstruktoren haben. Jeder Konstruktor muss eine unverwechselbare Liste von Parametern haben Entscheidend ist dass die Typen der Parameterliste unverwechselbar sind Erlaubt public Point(int initialx, int initialy) { x=initialx; y=initialy; public Point(int initialx) {x = nitialx; y = 0; Nicht erlaubt public Point(int initialx, int initialy) { x=initialx; y=initialy; public Point(int a, int b) { x = a; y = b;

50 Schreiben Sie einen Point Konstructor ohne Parameter der den Punkt mit (0, 0) initialisiert. // Constructs a new point at (0, 0). public Point() { x = 0; y = 0; 58

51 Häufige Fehler in Konstruktoren 1. (Erneute) Deklaration von Attributen als Variable: public Point(int initialx, int initialy) { int x = initialx; int y = initialy; Jetzt gibt es Variable x und y die nur im Konstruktor bekannt sind. Diese erhalten einen Wert aber die Attribute werden nicht modifiziert und bleiben 0.

52 Häufige Fehler in Konstruktoren 2. Versehentlich fürden Konstruktor einen Rückgabewert deklarieren: public void Point(int initialx, int initialy) { x = initialx; y = initialy; Nicht die Definition eines Konstruktors sondern die Definition einer Methode mit Namen Point

53 Häufige Fehler mit Konstruktoren 3.) Den parameterlosen default Konstruktor verwenden wenn andere Konstruktoren definiert wurden und kein parameterloser Konstruktor definiert wurde. class Point { int x; int y; public Point(int initialx, int initialy) { // methods // in the client Point p = new Point(); 61

54 Uebersicht 6.3 Parameter (Reference Type) 6.4 Konstruktoren 6.5 Noch ein Beispiel (Methoden) 6.6 Namesräume 6.7 static Methoden und Variablen 6.8 Module 62

55 Ein Problem: Teilfolgen finden Gegen sei ein Folge S der Länge n (S 0, S 1,, S n-1 ) wobei jedes S i aus einem (endlichen) Alphabet gewählt ist. Eine Folge T der Länge m heisst Teilfolge von S, wenn es m aufsteigend sortierte Indizes i 0, i 1,..., i m-1 gibt so dass S ik = T k für k = 0,, (m-1). Beispiel: S = ABCDE, T = ACD: (i 0,i 1,i 2 ) = (0,2,3) S = ABCDC, T = BDC: (i 0,i 1,i 2 ) = (1,3,4) 63

56 Teilfolgen finden Schreiben Sie ein Programm, dass für eine Folge S und eine nicht-negative ganze Zahl j alle Teilfolgen der Länge j von S bestimmt. 64

57 Beispiele S = abcd, j = 3 abc abd bcd acd S = abcd, j = 5 S = accb, j = 2 ac ac ab cc cb cb S = abcd, j = 0 leerer String ("") 65

58 Teilfolgen finden Folge: als (Java) String dargestellt. Alphabet: Default Alphabet der Java Implementation. nicht-negative ganze Zahl: int Schreiben Sie ein Programm, dass einen String S und eine nicht-negative ganze Zahl j einliest und alle Teilfolgen der Länge j ausgibt. 66

59 Teilfolgeprobleme Gemeinsame Teilfolgen Längstegemeinsame Teilfolgen Folgen von DNA, RNA, Protein Molekülen 67

60 68

61 69

62 import java.util.scanner; public class Subsequence { public static void main(string[] args) { Rahmen Scanner console = new Scanner(System.in); System.out.print("Input string (no spaces):"); String str = console.next(); System.out.print("Length of subsequences:"); int subseqlength = console.nextint(); // unser Programm // main 70

63 Ansatz 1. Finden von Indexfolgen i 0, i 1, i 2,, i j-1 a. Alle ausprobieren b. Zufällige (Index)Folgen generieren Speichern ob schon ausgegeben Neue geben entsprechenden String aus 2. Mit Strings (direkt) arbeiten Indices treten nicht direkt in Erscheinung 73

64 a b c d Länge 1 74

65 a b c d Länge 1 a b c d 75

66 a b c d Länge 2 a b c d 76

67 a b c d Länge 2 a a b c d b c d 77

68 a b c d Länge 2 a a b c d b a b c d b c d c d 78

69 a b c d Länge 2 a b c a b c d a b c d a b c d b c d c d d 79

70 a b c d Länge 2 a b c a b c d a b c d a b c d b c d c d d ab ac ad bc bd cd 80

71 String Länge s (gebildet aus diesem Teil von str, einem Prefix von str) String Länge (s+1) (gebildet aus dem Prefix von str) + g a b c d e f g h u v w x y z a b c d e f g h u v w x y z a b c d e f g h u v w x y z Länge j Brauchen String Länge (j-s) gebildet aus dem Rest Brauchen String Länge (j-s-1) gebildet aus dem Rest 81

72 String Länge 1 (gebildet aus diesem Teil von str, einem Prefix von str) String Länge 2 (gebildet aus dem Prefix von str) + b a b c d e a b c d e a b c d e Länge 3 Brauchen String Länge 2 gebildet aus dem Rest Brauchen String Länge 1 gebildet aus dem Rest String Länge 3 (gebildet aus dem Prefix von str) + c a b c d e Brauchen String Länge 0 gebildet aus dem Rest 82

73 Lösungs(anfang) Wenn wir einen String P haben und noch 0 Zeichen (aus dem unverarbeiteten Rest) dazu fügen müssen, dann haben wir ein Teilfolge mit j Zeichen gefunden. Wir fangen an mit P dem leeren String, t = j (Anzahl Zeichen) die wir noch brauchen, und der Rest ist der Eingabestring. 83

74 Lösungs(anfang) Wenn wir einen String P haben und noch 0 Zeichen (aus dem unverarbeiteten Rest) dazu fügen müssen, dann haben wir ein Teilfolge mit j Zeichen gefunden. Wir fangen an mit P dem leeren String, t = j (Anzahl Zeichen) die wir noch brauchen, und der Rest ist der Eingabestring. Wenn wir einen String P der Länge s haben (s<j, d.h. wir brauchen noch j-s Buchstaben aus dem Rest) dann nehmen wir den 1. Buchstaben des Rests, konkatenieren ihn mit P und machen weiter (d.h. brauchen noch j-s-1 Buchstaben, neuer Rest ist der alte Rest ohne den 1. Buchstaben). 84

75 Lösungs(anfang) Wenn wir einen String P der Länge s haben (s<j, d.h. wir brauchen noch j-s Buchstaben aus dem Rest) dann nehmen wir den 1. Buchstaben des Rests, konkatenieren ihn mit P und machen weiter (d.h. brauchen noch j-s-1 Buchstaben, neuer Rest ist der alte Rest ohne den 1. Buchstaben). Wenn der Rest leer ist dann können wir mit diesem String P nicht weiter arbeiten 85

76 String Länge 1 String Länge 2 String Länge 3 a b c a b c a b c a b c Länge 4 Brauchen String Länge 3 gebildet aus dem Rest "bc" Brauchen String Länge 2 gebildet aus dem Rest "c" Brauchen String Länge 1 gebildet aus dem Rest "" 86

77 String Länge s (gebildet aus diesem Teil von str, einem Prefix von str) a b c d e f g h u v w x y z a b c d e f g h u v w x y z Länge j Brauchen String Länge (j-s) gebildet aus dem Rest "g h u " a b c d e f h u v w x y z String Länge s Brauchen String Länge (j-s) gebildet aus dem Rest "h u v " 87

78 String Länge 1 (gebildet aus diesem Teil von str, einem Prefix von str) a b c d e a b c d e Länge 3 Brauchen String Länge 2 gebildet aus dem Rest String Länge 1 a c d e Brauchen String Länge 2 gebildet aus dem Rest

79 Lösung (weiter) Wenn wir einen String P der Länge s haben (s<j, d.h. wir brauchen noch j-s Buchstaben aus dem Rest, Rest nicht leer) 1. Wir nehmen den 1. Buchstaben des Rests, konkatenieren ihn mit P und machen weiter (d.h. brauchen noch j-s-1 Buchstaben, neuer Rest ist der alte Rest ohne den 1. Buchstaben) 2. Wir finden die j-s Buchstaben im Rest ohne den 1. Buchstaben (d.h., wir brauchen immer noch j-s Buchstaben, neuer Rest ist der alte Rest ohne den 1. Buchstaben) 89

80 90

81 import java.util.scanner; public class Subsequence { public static void main(string[] args) { Lösung Scanner console = new Scanner(System.in); System.out.print("Input string (no spaces):"); String str = console.next(); System.out.print("Length of subsequences:"); int subseqlength = console.nextint(); findsubsequence("", str, subseqlength) // main 91

82 public static void findsubsequence(string prefix, String remaining, int target) { // target: characters needed to reach desired subsequence length if (target == 0) { System.out.println(prefix); return; if (!remaining.isempty()) { findsubsequence(prefix + remaining.charat(0), remaining.substring(1), target-1); findsubsequence(prefix, remaining.substring(1), target); //findsubsequence 92

83 public static void findsubsequence(string prefix, String remaining, int target) { // target: characters needed to reach desired subsequence length if (target == 0) { System.out.println(prefix); return; if (!remaining.isempty()) { findsubsequence(prefix + remaining.charat(0), remaining.substring(1), target-1); findsubsequence(prefix, remaining.substring(1), target); //findsubsequence 93

84 public static void findsubsequence(string prefix, String remaining, int target){ mit Log/Trace for (int i=0; i<prefix.length(); i++) { System.out.print(" "); System.out.println("Prefix \"" + prefix + "\" Remaining \"" + remaining + "\" Target=" + target); if (target == 0) { System.out.println(prefix); return; if (!remaining.isempty()) { findsubsequence(prefix + remaining.charat(0), remaining.substring(1), target-1); findsubsequence(prefix, remaining.substring(1), target); 94

85 Input string (no spaces):abcd Length of subsequences:3 input = abcd 3 Prefix "" Remaining "abcd" Target=3 Prefix "a" Remaining "bcd" Target=2 Prefix "ab" Remaining "cd" Target=1 Prefix "abc" Remaining "d" Target=0 abc Prefix "ab" Remaining "d" Target=1 Prefix "abd" Remaining "" Target=0 abd Prefix "ab" Remaining "" Target=1 Prefix "a" Remaining "cd" Target=2 Prefix "ac" Remaining "d" Target=1 Prefix "acd" Remaining "" Target=0 acd Prefix "ac" Remaining "" Target=1 Prefix "a" Remaining "d" Target=2 Prefix "ad" Remaining "" Target=1 Log 95

86 Prefix "a" Remaining "" Target=2 Prefix "" Remaining "bcd" Target=3 Prefix "b" Remaining "cd" Target=2 Prefix "bc" Remaining "d" Target=1 Prefix "bcd" Remaining "" Target=0 bcd Prefix "bc" Remaining "" Target=1 Prefix "b" Remaining "d" Target=2 Prefix "bd" Remaining "" Target=1 Prefix "b" Remaining "" Target=2 Prefix "" Remaining "cd" Target=3 Prefix "c" Remaining "d" Target=2 Prefix "cd" Remaining "" Target=1 Prefix "c" Remaining "" Target=2 Prefix "" Remaining "d" Target=3 Prefix "d" Remaining "" Target=2 Prefix "" Remaining "" Target=3 Log 96