II. Grundlagen der Programmierung Beispiel Objektvariable als
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E. Kindler
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E. Kindler
Technische Informatik für Ingenieure (TIfI)
WS 2006/2007, Vorlesung 10
II. Grundlagen der Programmierung
Ekkart Kindler
9.2. Objektvariablen als Verweise
…
Datenstrukturen
Rekursive Datenstrukturen
Zusammenfassung
Beispiel
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Beispiel:
Adresse adr;
adr = new Adresse();
adr.name = “Egon“;
Für einen selbstdefinierten Datentyp kann
man Variablen dieses Typs deklarieren!
Eine solche Variable ist ein Verweis (Pointer)
auf ein Objekt dieses Typs!
adr
Adresse
name
String
“Egon“
vorname
ort
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Objektvariable als Verweise
VL 10
3
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null: Der undefinierte Verweis
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Objektvariable verhalten sich analog zu
Array-Variablen:
Ein Parameter mit selbstdefiniertem Datentyp ist ein
Referenzparameter!
Alle Attribute eines mit new neu angelegten Objekts
erhalten zunächst den vordefinierten Wert des
entsprechenden Datentyps
(Zur Erinnerung: Zahlen: 0 bzw. 0.0,
Zeichen: \u0000, Wahrheitswerte: false, sonst null)
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4
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Der vordefinierte Wert für alle nicht-primitiven
Datentypen ist null
null kann jeder Variablen mit nicht-primitivem
Datentyp zugewiesen werden („null hat jeden Typ“;
Genaueres später)
Wenn adr == null gilt; führt der Zugriff adr.name zu
einem Laufzeitfehler!!
Achtung: Beim Programmieren aufpassen!
Exception in thread "main" java.lang.NullPointerException
at Test.main(Compiled Code)
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6
1
9.3. Rekursive Datentypen
class Liste
{ Adresse adr;
Liste next;
}
Adresse
Adresse
name
name
name
vorname
vorname
vorname
ort
ort
ort
Liste
Liste
Liste
next
next
next
adr
Prinzip:
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adr
Adresse
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Ein Attribut eines Objekts kann denselben Datentyp
haben wie das Objekt selbst!
(Im Datentyp Liste ist das Attribut next wieder
vom Typ Liste)
Dies ist möglich, da ein Wert des Attributs ein
Verweis auf ein Objekt ist (und nicht das Objekt
selbst)
Der Wert null entspricht dem „Terminierungs-fall“
adr
null
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Beispiel: Adressverwaltung 2 (AV2)
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7
AV2: Datentypen
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Bisher haben wir in der Adressverwaltung am
Anfang ein Feld der Länge 100 angelegt; die
Anzahl der gespeicherten Adressen war
dadurch beschränkt.
Nun verwalten wir die Adressen in einer Liste;
dadurch können wir beliebige viele Adressen
einfügen; außerdem können wir Adressen an
der alphabetisch richtigen Stelle einfügen
(sortierte Liste).
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AV2: Adressein- und -ausgabe
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8
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class Adresse {
String name;
String vorname;
String ort;
}
class Liste {
Adresse adr;
Liste
next;
}
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AV2: rekursive Ausgabe der Liste
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VL 10
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public class Adressverwaltung {
public static Adresse readAdr() {
/* Druckt alle Adressen der Liste der Reihe nach
* (also alphabetisch sortiert) aus.
*/
public static void printListe(Liste liste) {
if (liste != null) {
printAdr(liste.adr);
printListe(liste.next);
}
}
// wie gehabt
}
public static void printAdr(Adresse adr) {
// wie gehabt
}
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2
AV2: rekursive Suche und Ausgabe
AV2: rekursives Einfügen
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public static Liste insertAdr(Liste liste,
Adresse adr) {
/* Druckt alle Adressen der Liste mit dem Namen
* name aus.
*/
public static void printNameAdr(Liste liste,
String name) {
if (liste != null) {
if (name.equals(liste.adr.name)) {
printAdr(liste.adr);
}
if (liste == null) {
Liste ergebnis = new Liste();
Nach new gilt:
ergebnis.next ==
ergebnis.adr = adr;
null
return ergebnis;
}
else if (liste.adr.name.compareTo(adr.name)<= 0) {
// name der einzufuegenden Adresse ist groesser
// als der erste Name in dieser Liste
liste.next = insertAdr(liste.next,adr);
return liste;
}
else
if (name.compareTo(liste.adr.name) >= 0) {
// name ist groesser als der name der erste
// Name in der liste
printNameAdr(liste.next, name);
} } }
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AV2: rekursives Einfügen
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AV 2: Hauptprogramm
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{
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public static void main(String[] args) {
Liste liste = null;
Liste ergebnis = new Liste();
ergebnis.adr = adr;
ergebnis.next = liste;
int option;
do {
return ergebnis;
Out.println("Waehlen Sie '1', '2' oder '3' ");
option = In.readInt();
In.readLine();
}
}
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AV 2: Hauptprogramm (Forts.)
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Datenstrukturen
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Rekursive (direkt oder indirekt) Datentypen
sind die Grundlage der meisten
Datenstrukturen der Informatik
if (option == 1) {
liste = insertAdr(liste, readAdr());
} else if (option == 2) {
Out.println("Bitte einen Namen eingeben: ");
String name = In.readLine();
printNameAdr(liste, name);
Listen
Bäume
} else if (option == 3) {
printListe(liste);
}
Graphen
...
} while (option >= 1 && option <= 3);
} }
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3
Datenstrukturen
Probleme
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1.Der Anfang der Liste „wandert“ (beim Einfügen oder
Löschen an der ersten Position der Liste).
Dies ist ein Problem, wenn mehrere Variablen
immer auf dieselbe Liste verweisen sollen: z.B.
Es sind auch zyklische Strukturen möglich!
(beliebige Graphen)
Beispiel: zyklische Liste
l1
l2
nach Löschoperation auf l1:
!
#
l1
"
$
l2
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Lösung: Verankerte Liste
class Liste
{ Adresse adr;
Liste next;
}
class Anker
{ Liste liste; }
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Verankerte Liste
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a2
a1
a2
public static void deleteAdr(Anker a, String name)
{ a.liste = deleteAdr(a.liste, adr);
// deleteAdr wie gehabt }
...
deleteAdr(a1, name);
Zugriffsoperationen
VL 10
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public static void insertAdr(Anker a, Adresse adr)
{ a.liste = insertAdr(a.liste, adr);
// insertAdr wie gehabt}
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2. In einem großen Programm gibt es viele
Funktionen und Datentypen. Teilweise sind
es Funktionen, die von anderen nicht benutzt
werden sollen (z.B. Liste, insertAdr).
Woher weiß man, welche Funktionen und
Prozeduren benutzt werden sollen und
welche nicht?
public static void printListe(Anker a, Adresse adr)
{ a.liste = printListe(a.liste, adr);
// printListe wie gehabt }
public static void printNameAdr(Anker a,String name)
{ a.liste = printNameAdr(a.liste, name);
// printNameAdr wie gehabt }
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Weitere Probleme:
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Der Anker ist nur ein Verweis auf ein Listenelement.
Im Programm, das die Liste benutzt, werden nur
Verweise auf den Anker gespeichert.
Verweise auf Listenelemente selbst werden nur zur
Verwaltung der Liste selbst benutzt.
Alle Zugriffsoperationen auf die Liste werden indirekt
über Zugriffsoperationen auf den Anker aufgerufen.
Der Anker verweist immer auf den aktuellen Anfang
der Liste.
a1
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4
Weitere Probleme:
Lösungsansatz
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1. Wir definieren die Funktionen dort, wo sie
hingehören: Zusammen mit dem
entsprechenden Datentyp.
Dann nennen wir den Datentyp Klasse und
die Funktionen Methode der Klasse
3. Wie verhindert man, daß Datenstrukturen
unabsichtlich oder böswillig zerstört
werden?
a1
2. Wir definieren Zugriffsrechte auf Attribute
und auf Methoden einer Klasse
a2
%
&
%
&
(
'
'
objektorientierte Programmierung
(Überblick in Kapitel III)
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9.4. Gleichheit von Objekten
VL 10
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Beispiel
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a != b
a.name = "Kindler";
b.name = a.name;
a.vorname = "Ekkart";
b.vorname = a.vorname;
a.ort = "Berlin";
b.ort = a.ort;
a != b
"
a = b;
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Gegenbeispiel (Forts.)
a
Adresse
name
vorname
ort
b
Adresse
name
VL 10
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String
)
*
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Gleichheit von Objekten
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Adresse a, b;
a = new Adresse();
b = new Adresse();
Zwei Objektvariablen a und b sind
bezüglich == genau dann gleich, wenn
sie auf dasselbe Objekt verweisen
oder beide den Wert null annehmen.
VL 10
(
VL 10
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Wenn Sie zwei Objekte auf gleichen Inhalt
vergleichen wollen, benutzen Sie die Methode
„equals“.
"Kindler"
String
"Ekkart"
String
In unserem Beispiel Gleichheit der Namen:
"Paderborn"
if (name.equals(liste.adr.name))
müssen Sie für
Diese Methode
lbst
te Klassen se
selbstdefinier
pitel III).
Ka
(
n
ere
implementi
aber
diese Methode
Für Stings ist
ut.
ba
ge
breits ein
vorname
ort
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VL 10
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5
10. Zusammenfassung
Zuweisungen (VL2 & VL4)
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Primitive Datentypen
Zuweisungen
Konstanten (Literale)
Kontrollstrukturen (Ablaufstrukturen)
Variablen und Variablendeklarationen
Arrays
Operationen
Funktionen und Prozeduren
Ausdrücke
Datenstrukturen
Zuweisung
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Kontrollstrukturen (VL3 & VL4)
VL 10
31
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Felder (VL5 – VL7)
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Bedingte Anweisung
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Ansammlung gleichartiger Objekte
kurze und
lange
Deklaration und Initialisierung von Feldern
Schleifen
while-Schleife
for-Schleife
do-while-Schleife
efinition)
BNF (Syntaxd
äume
/ Ableitungsb
e
um
Syntaxbä
us
Polymorphism
Seiteneffekte
n
Sichtbarkeit vo
Gültigkeit und
Variablen
)
ithmetik (VL5
Gleitkomma-Ar
Zugriff auf einzelne Elemente
Modifikation einzelner Elemente
n sind
Arrayvariable
se
ei
Verw
onale
Mehrdimensi
Arrays
r
Schlüsselwörte
isung
break-Anwe
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Funktionen und Prozeduren (VL7 – VL9)
VL 10
33
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Einführungsbeispiel
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VL 10
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public class Fakultaet {
Definition einer Funktion
public static void main (String[] args) {
Funktionskopf
Funktionsrumpf
Out.print("Geben Sie eine Zahl ein: ");
int n = In.readInt();
int erg = 1;
Aufruf einer Funktion
while (n > 0) {
erg = erg * n;
n = n - 1;
}
Prozedur: Funktion ohne Resultat
Werte- und
meter
Referenzpara
Rekursion
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}
Out.println("Das Ergebnis ist " + erg + ".");
}
35
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VL 10
36
6
Auswertung eines Ausdrucks
Für n = 25:
Auswertung und Zuweisung
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n * (n + 1) / 2
erg = n * (n + 1) / 2;
h7
/
/
h5
*
h1
+
n
h4
+
h2
n
n
1
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Typ eines Ausdrucks
VL 10
int h1
2
+
h3
1
h1
h2
h3
h4
h5
h6
h7
=
=
=
=
=
=
=
n;
n;
1;
h2 + h3;
h1 * h4;
2;
h5 / h6;
erg = h7;
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Lange if-Anweisung
boolean h7
<
wenn wahr
<
VL 10
38
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wenn falsch
2
führe
Anweisung 1
aus
int h4
+
n
+
werte die
Bedingung
aus
int h6
*
int h2
führe
Anweisung 2
aus
int h3
n
1
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VL 10
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Semantik
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if ( <BoolExpression> ) { <Command> }
werte die
Bedingung
aus
h6
int
int
int
int
int
int
int
if ( <BoolExpression> ) { <Command1> } else { <Command2> }
*
Kurze if-Anweisung
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ergibt sich (induktiv) aus dem Typ
der Konstanten,
der Variablen, und
der Operatoren
int h5
und Funktionen
wenn wahr
*
n
+
int n; ...
n * (n + 1) < 2
/
/
*
2
*
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VL 10
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while ( <BoolExpression> ) { <Command> }
wenn falsch
wenn wahr
werte die
Bedingung
aus
wenn falsch
führe
Anweisung 1
aus
E. Kindler: Technische Informatik für Ingenieure, WS 2006/07, Universität Paderborn
führe die
Anweisung
aus
VL 10
41
E. Kindler: Technische Informatik für Ingenieure, WS 2006/07, Universität Paderborn
VL 10
42
7
for-Schleifen (Zählschleifen)
Initialisierung der
“Zählvariablen” i
Deklaration mit Initialisierung
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Obergrenze für die Zählvariable i! Diese Bedingung
wird vor jedem Schleifendurchlauf überprüft.
String[] monate = new String[]
{ "Jan","Feb","Mrz","Apr","Mai","Jun",
"Jul","Aug","Sep","Okt","Nov","Dez" };
for ( int i = 1; i <= n; i++ ) {
<Command>
}
0
Erhöhung der Zählvariablen i um eins
(nach jedem Schleifendurchlauf)!
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Summe von Array-Elementen
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monate
43
1
2
3
"Jan" "Feb" "Mrz" "Apr"
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Beispiel: Bubble Sort
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11
...
"Dez"
VL 10
44
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// Eingabe ein Array int[] a;
double[] v = {
3.1, 5.3, 7.0, -3.7 };
0
1
2
boolean sortiert;
3
do {
sortiert = true;
for ( int i = 0; i < a.length - 1; i++ ) {
if ( a[i] > a[i+1] ) {
int h = a[i];
a[i]
= a[i+1];
a[i+1] = h;
sortiert = false;
} }
} while ( !sortiert );
double summe = 0.0;
for (int i = 0; i < v.length; i++) {
summe = summe + v[i];
}
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Funktionsdefinition
VL 10
45
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Binomialkoeffizient
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public static int fak(int n) {
VL 10
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public static void main (String[] args) {
int n = In.readInt();
int k = In.readInt();
int ergebnis = 1;
int ergebnis = fak(n) / ( fak(k) * fak(n - k) );
for (int i = 1; i <= n; i++) {
ergebnis = ergebnis * i;
}
Out.println("Ergebnis: " + ergebnis);
}
return ergebnis;
}
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E. Kindler: Technische Informatik für Ingenieure, WS 2006/07, Universität Paderborn
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48
8
Bubble Sort als Prozedur
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public static void sort (int[] a) {
boolean sortiert;
do {
sortiert = true;
for ( int i = 0; i < a.length - 1; i++ ) {
if ( a[i] > a[i+1] ) {
int h = a[i];
a[i]
= a[i+1];
a[i+1] = h;
sortiert = false;
}
}
} while ( !sortiert );
}
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49
9