Objektorientiertes Programmieren mit Java

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1 Java - Collections Objektorientiertes Programmieren mit Java 1 Java Collections

2 Gliederung Grundlagen Die Klassen Vector, Stack, HashTable und BitSet Der Typ List Iteratoren Set und Map Sortierte Collections Die Klasse Collections Typisierte Klassen und generische Collections Quellen 2 Java Collections

3 3 Java Collections

4 Allgemeines Datenstrukturen, die dazu dienen, Mengen von Daten aufzunehmen und zu verarbeiten Elementardaten speichern und zur Bearbeitung darauf zugreifen Zugriff nur mit Hilfe vorgegebener Methoden Oft in Zusammenhang mit Schleifen verwendet bei Mengendaten Neue Sichten auf die Daten definieren JDK 1.0 die»traditionellen«collections mit den Klassen Vector, Stack, Dictionary, Hashtable und BitSet Ab JDK 1.2 ein neues Collection-API eingeführt 4 Java Collections

5 Vector Lineare Liste Elemente beliebigen Typs Länge zur Laufzeit veränderbar Sequenziellen als auch wahlfreien Zugriff Array von Elementen des Typs Object Beliebige Objekte können an beliebiger Stelle in die Liste eingefügt g werden 5 Java Collections

6 Vector public Vector() Parameterlosen Konstruktors zum Anlegen leerer Vektoren public final boolean isempty() Überprüfung ob ein Vector leer ist public final int size() Liefert die Anzahl der Elemente public void addelement(object obj) An das Ende der bisherigen Liste von Elementen angehängt: public void insertelementat(obj obj, int index) An einer beliebigen Stelle eingefügt, dahinterliegende Elemente werden um eine Position weitergeschoben 6 Java Collections

7 Vector public Object firstelement() public Object lastelement() public Object elementat(int index) firstelement liefert das erste Element, lastelement das letzte und elementat greift auf das Element an Position index zu public boolean hasmoreelements() public Object nextelement() sequenziellen Zugriff auf die Elemente des Vektors durch Iterator 7 Java Collections

8 Stack LIFO-Prinzip vorderen Ende der Liste eingefügt und von dort auch wieder entnommen zuletzt eingefügten Elemente werden zuerst entnommen und die zuerst Eingefügten zuletzt Ableitung eines Vectors, der um neue Zugriffsfunktionen erweitert wurde 8 Java Collections

9 Stack public Stack() public Object push(object item) Anfügen neuer Elemente am oberen Ende des Stacks, Rückgabewert das eingefügte Objekt public Object pop(); public Object peek() Zugriff auf das oberste Element des Stacks, pop entfernt es public boolean empty() um festzustellen, ob der Stack leer ist public int search(object o) Suche nach beliebigen Element, Rückgabewert ist die Distanz zwischen gefundenem Element und oberstem Stack-Element 9 Java Collections

10 HashTable assoziativer Speicher für zusammengehörige Paare von Daten Bildet Schlüssel auf Werte ab und ermöglicht über den Schlüsselbegriff einen effizienten Zugriff auf den Wert 2 Merkmale: Kapazität gibt die maximale Anzahl der Elemente an Ladefaktor zeigt bei welchem Füllungsgrad die Hash-Tabelle vergrößert werden muss (automatisch) Einfügen und Zugriff auf Schlüssel nicht durch den == Operator, sondern durch die equals Methode, d.h. inhaltliche Gleichheit und nicht Referenzgleichheit 10 Java Collections

11 HashTable public Hashtable() public Object put(object key, Object value) Einfügen von Elementen bzw. vorhandene Werte durch Neue ersetzt public Object get(object key) liefert den dazu passenden Wert zum Schlüsselobjekt, sonst null public boolean contains(object value) public boolean containskey(object key) Prüfen auf bestimmten Schlüssel bzw. Wert, Rückgabewert true oder false 11 Java Collections

12 HashTable public Enumeration elements() liefert Iterator für die Auflistung der Elemente public Enumeration keys() liefert Iterator für die Auflistung der Schlüssel 12 Java Collections

13 BitSet Mengen ganzer Zahlen bzw. von (nicht) gesetzten Bits Zahlen einzufügen oder zu löschen und zu testen, ob bestimmte Werte in der Menge enthalten sind Möglichkeit, Teil- und Vereinigungsmengen zu bilden Zwei Mengen als Argumente nötig: aktuelles Objekt und eine weitere Menge als Parameter Ergebnis der Operation wird dem aktuellen Objekt zugewiesen 13 Java Collections

14 BitSet public BitSet() Erstellen eines leeren Objekts der Klasse BitSet public void set(int bit) Einfügen einer Zahl public void clear(int bit) Löschen eines Bits public boolean get(int bit) Abfrage, ob eine Zahl in der Menge enthalten ist 14 Java Collections

15 BitSet public void or(bitset set) Vereinigungsmenge public void and(bitset set) Durchschnittsmenge public void xor(bitset set) Vereinigung von Schnittmenge und Schnittmenge der Umkehrmengen public void andnot(bitset set) Ursprungsmenge gelöscht und korrespondierendes Bit in der Argumentmenge gesetzt 15 Java Collections

16 Verbesserungen ab Version 1.2 Geringe Vielseitigkeit im Vergleich zu der Sprache SmallTalk Galten vorher als nicht sehr performant Collection-Konzept im Rahmen der Version 1.2 neu Drei Grundformen Set, List und Map Grundformen sind als Interface implementiert, jeweils eine oder mehrere konkrete Implementierungen mit unterschiedlichen Datenstrukturen und Algorithmen Aufbau: Implementierungsvariante vor den Namen, dann eine spezifische Bezeichnung Beispiel: List hat die Implementierungsvarianten LinkedList und ArrayList sowie die abstrakte Implementierung AbstractList 16 Java Collections

17 Basisinterface Collection Vielzahl von Methoden, die weiter vererbt werden Ein parameterloser Konstruktor wird verwendet, um eine leere Collection anzulegen. Ein weiterer, der ein einzelnes Collection-Argument besitzt um eine neue Collection anzulegen und mit allen Elementen aus der als Argument übergebenen Collection zu füllen 17 Java Collections

18 List geordnete Menge von Objekten sequenziell oder über ihren Index zugreifbar erste Element den Index 0 und das letzte den Index size() 1 Einfügen oder Löschen von Elementen an beliebigen Stelle möglich, weitere Objekte werden dann nach rechts bzw. links verschoben 18 Java Collections

19 List void add(int index, Object element) boolean add(object o) hängt sie das Element an das Ende der Liste an mit zusätzlichem Index wird s an der spezifizierten Position eingefügt und alle übrigen Elemente um eine Position nach rechts geschoben boolean addall(collection c) boolean addall(int index, Collection c) ähnlich für eine komplette Collection True wenn eingefügt, false bei doubletten, sonst exceptions 19 Java Collections

20 List Object remove(int index) boolean remove(object o) der Index oder das Objekt selbst löschen boolean removeall(collection c) Löschen der Elemente, die in einer anderen Collection enthalten sind boolean retainall(collection c) Belässt Elemente, die in einer anderen Collection enthalten sind 20 Java Collections

21 List Klasse AbstractList ist eine abstrakte Basisklasse LinkedList realisiert eine Liste, deren Elemente als doppelt verkettete lineare Liste gehalten werden (Einfüge- und Löschoperationen sind im Prinzip (viele Elemente vorausgesetzt) performanter) Klasse ArrayList implementiert die Liste als Array von Elementen, das bei Bedarf vergrößert wird (wahlfreier Zugriff schneller, aber bei großen Elementzahlen kann das Einfügen und Löschen länger dauern als bei einer LinkedList) 21 Java Collections

22 Iteratoren boolean hasnext() gibt genau dann true zurück, wenn der Iterator mindestens ein weiteres Element enthält Object next() liefert das nächste Element bzw. löst eine Ausnahme des Typs NoSuchElementException aus bei keinen weiteren Elemente void remove() zuletzt geholte Element werden gelöscht einzige erlaubte Möglichkeit, die Collection während der Verwendung eines Iterators zu ändern 22 Java Collections

23 ListIterator nur bei Collections des Typs List (und daraus abgeleiteten Klassen) zur Verfügung boolean hasprevious() Bestimmen, ob es vor der aktuellen Position ein weiteres Element gibt Object previous() der Zugriff darauf int nextindex() int previousindex() Rückgabewert ist der Index des nächsten bzw. vorigen Elements des Iterators, size() am Ende bzw. -1 am Ende 23 Java Collections

24 ListIterator void add(object o) Ein neues Element an der Stelle in die Liste eingefügen, die unmittelbar vor dem nächsten Element des Iterators liegt void set(object o) erlaubt es, das durch den letzten Aufruf von next bzw. previous beschaffte Element zu ersetzen. 24 Java Collections

25 ListIterator Foreach-Schleife Übersichtliche modifizierte Schleife um Arrays von Anfang bis Ende zu durchlaufen for (Iterator it = v.iterator(); it.hasnext(); ) { Object o = it.next(); System.out.println(o); } for (int i = 0; i < args.length; g ++i) { System.out.println(args[i]); } for (int a:args) args) { System.out.println(a); } 25 Java Collections

26 Set ähnlich der List, erlaubt aber im Gegensatz zu dieser keine doppelten Elemente Mathematisch eine Menge in der auch keine doppelten Elemente vorkommen dürfen Bei jedem add() bzw. addall() darf x.equals(y) nie wahr sein, sonst false als Rückgabewert Besondere Vorsicht bei veränderlichen Objects auf die noch über Referenzen zugegriffen werden könnte (undefiniert/unbenutzbar) lediglich einen einfachen Iterator ohne definierte Reihenfolge 26 Java Collections

27 Map assoziativen Speicher, der Schlüssel auf Werte abbildet Schlüssel und Werte sind Objekte eines beliebigen Typs Je Schlüssel gibt es entweder keinen oder genau einen Eintrag in der Collection Methoden aus dem Interface Collections Object put(object key, Object value) neues Schlüssel-Wert-Paar eingefügt g bzw. dem bereits vorhandenen Schlüssel ein neuer Wert zugeordnet (Austausch) void putall(map p t) Wie put() aber für alle Werte der übergebenen Map 27 Java Collections

28 Map Object get(object key) Wert zu einem Schlüssel holen Rückgabewert vom Typ Object oder null (!) boolean containskey(object key) Test ob Schlüssel enthalten ist boolean containsvalue(object value) Test ob Wert mindestens einmal enthalten ist 28 Java Collections

29 Map Keine Iteratoren, dafür Umweg über verschieden Sichten (views) public Set keyset() Liefert Set der Schlüssel public Collection values() Collection aus Menge der Werte erzeugt public Set entryset() Menge von Schlüssel-Wert-Paaren (Methoden getkey, getvalue) 29 Java Collections

30 Sortierte Collections Implementieren des Interface Comparable, um Sets und Maps in bestimmte Reihenfolge zu bringen public int compareto(object o) Aktuelles Element wir mit einem anderen vergleichen Kleiner 0, gleich 0 und größer als 0 als Rückgabewert public int compare(object o1, Object o2) Zwei zu vergleichende Elemente 30 Java Collections

31 Sortierte Collections SortedSet und TreeSet mit weiteren Methoden: Object first() und Object last() Erstes und letztes Element in der Reihenfolge SortedSet headset(object toelement) Alle Elemente echt kleiner als das Argument SortedSet subset(object fromelement, Object toelement) alle Elemente größer oder gleich fromelement und kleiner als toelement SortedSet tailset(object fromelement) Alle Elemente größer oder gleich dem Argument 31 Java Collections

32 Sortierte Collections Ähnlich für SortedMap undtreemap: Object first() Object last() SortedMap headmap(object toelement) SortedMap submap(object fromelement, Object toelement) SortedMap tailmap(object fromelement) 32 Java Collections

33 Die Klasse Collections Enthält statische Methoden zur Manipulation und Verarbeitung von Collections : Durchsuchen, Sortieren, Kopieren, Synchronisieren und Extraktion von Elementen static void sort(list list, Comparator c) Arbeitet mit mergesort static int binarysearch(list list, Object key, Comparator c) Schnellen Suche in sortierten Listen 33 Java Collections

34 Die Klasse Collections static Collection synchronizedcollection(collection c) Synchronisierten Zugriff auf Collections static Collection unmodifiablecollection(collection c) Erzeugen einer unveränderlichen Collections 34 Java Collections

35 Typisierte Klassen und generische Collections Die Möglichkeit typsichere Collection-Klassen zu definieren, d.h. Sicherstellen eines konkreten Typs von Objekten (wie Integer oder String) Einfügeoperationen sind typsicher, also prüft schon der Compiler ob die Objektetypen passen Vermeidung von späteren ClassCastException und umständlichen Typkonvertierungen beim Auslesen Vector<Integer> v = new Vector<Integer>() 35 Java Collections

36 Quellen Guido Krüger,Thomas Stark: Handbuch der Java-Programmierung Reinhard Schiedermeier: Programmieren mit Java - Eine methodische Einführung Skript Pernads/Klinker: Einführung in Java 36 Java Collections

37 Vielen Dank für die Aufmerksamkeit 37 Java Collections