Maximale Größe?!

Maximale Größe?!
Problem: Was ist, wenn der Stapel voll
ist?
Idee: Erzeuge dynamisch ein grösseres
Array und kopiere um
Dynamische Anpassung der Größe
Praktische Informatik I, HWS 2009, Kapitel 10
Seite 11
Dynamische
Anpassung
UltimativerStringStapel
Enthält Merker für
Aktuelle Größe
Aktuelle Kapazität
Blockgröße für den Anfang und
jede Vergrößerung
Wenn die Kapazität erschöpft
ist:
Erzeuge neues Array
Kopiere alte Daten in neues Array
Anpassung der Merker
Praktische Informatik I, HWS 2009, Kapitel 10
Seite 12
Java-Stack: java.util.Stack
Generischer Stack aus Java-Library
Stack<E>()
z.B. Stack<String>
Dynamische Anpassung
der Größe
Methoden:
Praktische Informatik I, HWS 2009, Kapitel 10
Seite 13
Java-Listen: ArrayList<E>
Generische Klasse für
Listen aus der JavaBibliothek
Inhalt ist wie ein Array
organisiert
Klasse ArrayList im
Paket java.util
Methoden z.B.
add()
size()
get()
Beispiel für eine
generische Klasse
Klasse beschreibt
eine Menge von
Klassen über den
Parameter E
Praktische Informatik I, HWS 2009, Kapitel 10
Seite 14
Projekt Notizbuch
Klasse Notizbuch
soll eine beliebig lange Liste von Notizen speichern
Notizen werden durch Indexnummern angesprochen und können vom
Benutzer ausgelesen werden
Gewünschte Schnittstelle:
public class Notizbuch {
/** Führe die Initialisierungen durch, die für
* ein Notizbuch notwendig sind. */
public Notizbuch() { ... }
/** Speichere eine neue Notiz in diesem Notizbuch. */
public void speichereNotiz(String notiz) { ... }
/** Gib die Anzahl der Notizen in diesem Notizbuch. */
public int anzahlNotizen() { ... }
/** Zeige eine Notiz mit der angegebenen Nummer */
public void zeigeNotiz(int notiznummer) { ... }
/** Alle Notizen ausgeben */
public void notizenAusgeben() { ... }
}
Praktische Informatik I, HWS 2009, Kapitel 10
Seite 15
Implementierung mit ArrayList
import java.util.ArrayList;
ArrayList sichtbar machen
Speicher für eine beliebig lange Liste von
Notizen
public class Notizbuch {
private ArrayList<String> notizen;
public Notizbuch() {
notizen = new
ArrayList<String>();
}
public void
speichereNotiz(String notiz) {
notizen.add(notiz);
}
public int anzahlNotizen() {
return notizen.size();
}
...
}
Praktische Informatik I, HWS 2009, Kapitel 10
ArrayList<String> ist eine Liste von
Strings
ArrayList<Integer> ist eine Liste von
ints
ArrayList<Konto> ist eine Liste von
Kontos
...
Speicher initialisieren im Konstruktor
x.add(y) speichert Element y ans Ende
der Liste x ab
y muss vom bei der Deklaration der
ArrayList angegebenen Typ sein
x.size() liefert die Länge der Liste
Seite 16
Experimente
Inspiziere meinBuch
Indexnummern entsprechen der
Position im internen Array
Zählung beginnt bei Index 0
Nächstes Element landet an
Index 2
Praktische Informatik I, HWS 2009, Kapitel 10
Seite 17
Implementierung (Fortsetzung)
public class Notizbuch {
// Speicher für eine beliebige
// Anzahl an Notizen.
private ArrayList<String> notizen;
...
public void zeigeNotiz(int notiznummer) {
if ((notiznummer >= 0) &&
(notiznummer < anzahlNotizen()) {
// Die Notiznummer ist gueltig
System.out.println(notizen.get(notiznummer));
Gültigkeit des
übergebenen
Index prüfen
x.get(i) gibt den in der
Liste an Index i
gespeicherten Wert zurück.
Wert ist vom bei der
Deklaration der ArrayList
angegebenen Typ
}
}
public void notizenAusgeben() {
for (int i=0; i < anzahlNotizen(); i++) {
System.out.println(zeigeNotiz(i));
}
}
}
Praktische Informatik I, HWS 2009, Kapitel 10
Über alle gültigen
Indizes gehen und
die jeweilige Notiz
ausgeben.
Seite 18
Eine Sammlung durchlaufen
Verwendung einer Indexvariablen in der for-Schleife ist komplex und
fehleranfällig
Abbruchbedingung i < x oder i ≤ x?
Hochzählen i++ vergessen?
Eleganter: Verwenden eines Iterators
Ein Iterator ist ein Objekt, mit
dem man eine ArrayList
durchlaufen kann
ArrayList hat Methode
iterator(), die ein
Iterator-Objekt liefert
Ein Iterator hat zwei Methoden:
import java.util.Iterator;
...
public void notizenAusgeben() {
Iterator<String> it =
notizen.iterator();
boolean hasNext()
liefert true genau dann,
wenn es noch weitere
Elemente gibt
next() liefert das jeweils
nächste Element
Praktische Informatik I, HWS 2009, Kapitel 10
while (it.hasNext()) {
System.out.println(it.next());
}
}
Seite 19
Index, Iterator, for each
Index und Iterator für ArrayList etwa gleich gut
Es gibt neben ArrayList noch weitere Klassen für Objektsammlungen
HashSet, LinkedList, PriorityQueue, Vector ...
Implementieren alle das Interface Collection
Zur Verwendung siehe Java-Dokumentation
Bei manchen kann man auf die Elemente nicht mit einem Index zugreifen
Ein Interface ist eine Art abstrakte Klasse, mehr dazu später
Hier muss man einen Iterator verwenden
Bei Objektsammlungen kann man
sogar noch einfachere Schleifen
schreiben („for each“)
Geht nur in Java, nicht in C
notizen muss hier eine
Collection von String sein
Äquivalent zur Schleife mit Iterator
von der vorherigen Folie
Praktische Informatik I, HWS 2009, Kapitel 10
import java.util.Iterator;
...
public void notizenAusgeben() {
for (String notiz : notizen) {
System.out.println(notiz);
}
}
Seite 20
Anonyme Objekte
Beim Füllen von Sammlungen muss man häufig zwei Dinge gleichzeitig machen:
Beispiel:
Objekte erzeugen und
Objekte in die Sammlung einfügen.
ArrayList<Konto> kontenListe = new ArrayList<Konto>;
Konto billKonto = new Konto(“Bill”);
kontenListe.add(billKonto);
Kann das auch so schreiben:
ArrayList<Konto> kontenListe = new ArrayList<Konto>;
kontenListe.add(new Konto(“Bill”));
Äquivalent zum obigen Beispiel, wenn der Name billKonto nicht mehr gebraucht wird.
Wir erzeugen damit ein Objekt ohne Bezeichnung: ein anonymes Objekt
Praktische Informatik I, HWS 2009, Kapitel 10
Seite 21
Warteschlange (Queue)
Stapel ist eine Datenstruktur, wo das zuletzt eingelegte Element zuerst wieder
herauskommt
Häufig benötigt man eine Datenstruktur, wo das zuerst eingelegte Element zuerst
rauskommt
Last In First Out (LIFO)
First In First Out (FIFO)
Schnittstelle der Datenstruktur Warteschlange:
Queue()
offer(e)
poll()
peek()
leere Warteschlange erzeugen
Element e ans Ende der Schlange einfügen
Anfangselement der Schlange entnehmen
Anfangselement anschauen
Anwendungsbeispiele:
Webserver mit eingehenden Anfragen
Handelssystem mit eingehenden Kauf-/Verkaufsorders
Praktische Informatik I, HWS 2009, Kapitel 10
Seite 22
Verwendung: Orderbuch
Verwende eine
OrderQueue mit
Methoden
offer(x) und
poll()
Praktische Informatik I, HWS 2009, Kapitel 10
Seite 23
Ein Ringpuffer: OrderQueue
Array wird ringförmig gefüllt und entleert
Zwei Indizes:
hinten – zeigt auf erstes freies Element
Hier wird eingefügt
vorne – zeigt auf erstes belegtes Element
Hier wird herausgenommen
Praktische Informatik I, HWS 2009, Kapitel 10
Seite 24
Dynamische Größe
Falls Queue voll ist, Speicher dynamisch erweitern
Vorsicht beim Umkopieren!
Praktische Informatik I, HWS 2009, Kapitel 10
Seite 25
java.util.LinkedList
Multifunktionsdatenstruktur
Kann verwendet werden als
Stack, Queue, Liste, etc.
Schnittstelle (u.a.):
LinkedList<E>
addFirst(E e)
addLast(E e)
E getFirst()
E getLast()
Intern nicht mit Arrays
implementiert sondern als
verkettete Liste (siehe Kapitel 12)
Nicht ganz so effizient und schnell
Praktische Informatik I, HWS 2009, Kapitel 10
Seite 26
HashMap und HashSet
java.util.HashMap<K,V>
Bildet Elemente des Typs K ab auf Elemente des Typs V
K = Schlüssel (z.B. ein String), V = Wert (z.B. ein Objekt)
“Hash Tabelle”, siehe Vorlesung “Algorithmen und
Datenstrukturen”
java.util.HashSet<E>
Verwaltet “Mengen” des Typs E
Elemente können nur ein Mal drin sein
Kann effizient prüfen, ob ein Element enthalten ist
Praktische Informatik I, HWS 2009, Kapitel 10
Seite 27
Historisches
Sammlungen flexibler Größe sind sehr mächtig
Im Vergleich mit Arrays fester Größe sind sie aber auch „langsamer“
Sammlungen flexibler Größe können auch keine primitiven Typen wie
int speichern
Java erlaubt keine generische Erzeugung von Arrays
Arrays in Java behalten eine Syntax bei, die sich in anderen
Programmiersprachen bereits durchgesetzt hat (vor allem in C/C++)
Erleichtert Programmierern den Einstieg
In Java-Syntax würde man heute wohl eher
Array<int> statt int[] sagen
Praktische Informatik I, HWS 2009, Kapitel 10
Seite 28
Zusammenfassung
Sammlungen, generische Klassen
Stapel, Stack
ArrayList
Iteratoren
for each
Queue, LinkedList, Map, Set
Praktische Informatik I, HWS 2009, Kapitel 10
Seite 29