Folien

Praktische Softwaretechnologie
Vorlesung 5
Martin Giese
Johann Radon Institute for Computational and Applied Mathematics
Österr. Akademie der Wissenschaften
Linz
PSWT 2006 – 7. November 2006 – p.1/41
Die API Dokumentation
API = Application Programming Interface
• 166 Packages
• 3417 Klassen
• >35 000 Methoden und Felder
Online Dokumentation (JavaDoc):
http://java.sun.com/j2se/1.5.0/docs/api/
Zum Download (44MB): Link „J2SE 5.0 Documentation“ auf
http://java.sun.com/javase/downloads/index.jsp
PSWT 2006 – 7. November 2006 – p.2/41
Object vertiefen
Die 3 wichtigsten Methoden:
• toString()
• equals()
• hashCode()
PSWT 2006 – 7. November 2006 – p.3/41
equals(Object) überschreiben
Bedingungen an equals:
• Die Relation
{( x, y) | x.equals(y) == true}
auf Referenzen != null ist Äquivalenzrelation
• x.equals(null) == false für x!=null
• Wert von x.equals(y) kann sich nur ändern wenn sich der Zustand von
x oder y ändert.
• Auch hashCode() überschreiben!
PSWT 2006 – 7. November 2006 – p.4/41
equals(Object) überschreiben (forts.)
public class Point {
private int x,y;
...
public boolean equals(Object o) {
if (o instanceof Point) {
Point p = (Point)o;
return (x == p.x) && (y == p.y);
} else {
return false;
}
}
}
Unterklassen mit mehr Zustand (WeightedPoint) sollten
equals(Object) nicht spezifischer machen!
➠ Aufgabe 14
PSWT 2006 – 7. November 2006 – p.5/41
equals(Object) überschreiben (forts.)
public class Point {
private int x,y;
...
public boolean equals(Object o) {
if (o instanceof Point) {
Point p = (Point)o;
return (x == p.x) && (y == p.y);
} else {
return false;
}
}
public int hashCode() {
return 31*x + y;
}
}
PSWT 2006 – 7. November 2006 – p.5/41
Die ‘Wrapper’ Klassen
Eine Klasse in java.lang für jeden primitiven Typ:
Boolean, Byte, Short, Integer, Long, Character, Float, Double
Objekte enthalten unveränderliches Feld vom entspr. Typ
Wichtigste Felder/Methoden:
• MIN_VALUE, MAX_VALUE
• int intValue() etc.
• static Integer valueOf(int)
• static int parseInt(String)
• in Character auch toLower(), toUpper(), etc.
PSWT 2006 – 7. November 2006 – p.6/41
Autoboxing
Konvertierung zwischen Wrapper primitiven Typen bei Bedarf:
void mPrim(int i) {...}
void mRef(Integer i) {...}
int prim = 42;
Integer ref = new Integer(23);
Compiler wandelt
mPrim(ref)
bzw.
mRef(42)
mPrim(ref.intValue())
bzw.
mRef(Integer.valueOf(42))
um in
PSWT 2006 – 7. November 2006 – p.7/41
Mehr über Strings
Wichtigste Methoden:
• char charAt(int index), String substring(...)
• boolean startsWith(String start), boolean endsWith(String end)
• int indexOf(String str), . . .
• String toLowerCase(), String toUpperCase()
Zusätzlich viele Methoden char ⇔ Unicode code points
PSWT 2006 – 7. November 2006 – p.8/41
StringBuilder
String s = "";
for (int i=0; i<100; i++) {
s = s + text(i);
}
PSWT 2006 – 7. November 2006 – p.9/41
StringBuilder
String s = "";
for (int i=0; i<100; i++) {
s = s + text(i); // 100 neue String Objekte!
}
PSWT 2006 – 7. November 2006 – p.9/41
StringBuilder
String s = "";
for (int i=0; i<100; i++) {
s = s + text(i); // 100 neue String Objekte!
}
Besser: Objekt mit StringBuilder bauen, dann String lesen.
StringBuilder sb = new StringBuilder();
for (int i=0; i<100; i++) {
sb.append(text(i));
}
String s = sb.toString();
PSWT 2006 – 7. November 2006 – p.9/41
StringBuilder
String s = "";
for (int i=0; i<100; i++) {
s = s + text(i); // 100 neue String Objekte!
}
Besser: Objekt mit StringBuilder bauen, dann String lesen.
StringBuilder sb = new StringBuilder();
for (int i=0; i<100; i++) {
sb.append(text(i));
}
String s = sb.toString();
Viele Methoden geben this zurück:
sb.append("Text Nr.").append(i).append(" ist ").append(text(i));
PSWT 2006 – 7. November 2006 – p.9/41
java.lang.Math
Mathematische Standardfunktionen
(Siehe JavaDocs)
PSWT 2006 – 7. November 2006 – p.10/41
java.math
Package java.math enthält Klassen
• BigInteger
• BigDecimal
für Arithmetik mit beliebiger Genauigkeit:
BigInteger ist beliebig lange ganze Zahl
BigDecimal ist skalierte Zahl m · 10n für int n, variable Genauigkeit
PSWT 2006 – 7. November 2006 – p.11/41
Die I/O Klassen
2 Familien von I/O Kanälen:
• InputStream und OutputStream für Folgen von Bytes.
• Reader und Writer für Text = Folgen von Characters
Zusammenhang über java.nio.charset.Charset:
• ein Name, "US-ASCII", "UTF-8", "ISO-8859-1", etc.
• eine Abb. Folgen von 16-bit char ⇔ Folgen von bytes
PSWT 2006 – 7. November 2006 – p.12/41
InputStream Klassen
InputStream
System.in
ByteArrayInputStream
FilterInputStream
BufferedInputStream
FileInputStream
...
InflaterInputStream
CipherInputStream
DataInputStream
...
PSWT 2006 – 7. November 2006 – p.13/41
OutputStream Klassen
OutputStream
ByteArrayIOutputStream
FilterInputStream
BufferedOutputStream
PrintStream
FileOutputStream
...
DeflaterOutputStream
CipherOutputStream
DataOutputStream
...
System.out, System.err
PSWT 2006 – 7. November 2006 – p.14/41
Reader Klassen
Reader
StringReader
CharArrayReader
BufferedReader
InputStreamReader
...
FilterReader
FileReader
PSWT 2006 – 7. November 2006 – p.15/41
Writer Klassen
Writer
StringWriter
CharArrayWriter
BufferedWriter
OutputStreamWriter
PrintWriter
...
FilterWriter
FileWriter
PSWT 2006 – 7. November 2006 – p.16/41
Ausgabe leicht gemacht
• Text auf stdout ausgeben:
System.out.println(...);
• Text in Datei schreiben:
PrintWriter pw = new PrintWriter("blabla.txt");
pw.println(...); pw.close();
• Binärdaten in Datei schreiben:
FileOutputStream fos = new FileOutputString("data.bin");
DataOutputStream dos = new DataOutputStream(fos);
dos.writeInt(23);
dos.writeDouble(12.3);
dos.close();
PSWT 2006 – 7. November 2006 – p.17/41
Eingabe leicht gemacht
• Text zeilenweise von stdio lesen:
InputStreamReader isr = new InputStreamReader(System.in);
BufferedReader br = new BufferedReader(isr);
String line = br.readLine();
• Text zeilenweise aus Datei lesen:
FileReader fr = new FileReader("blabla.txt");
BufferedReader br = new BufferedReader(fr);
String line = br.readLine();
if (line == null) {...end of file...}
br.close();
• Binärdaten aus Datei lesen:
FileInputStream fis = new FileInputString("data.bin");
DataInputStream dis = new DataInputStream(fis);
int i = dis.readInt();
double d = dis.readDouble();
PSWT 2006 – 7. November 2006 – p.18/41
dis.close();
Generische Typen
Interface Stack bisher:
interface Stack {
void push(String s);
String pop();
boolean isEmpty();
}
➠ nur für String Objekte
PSWT 2006 – 7. November 2006 – p.19/41
Generische Typen
Interface Stack für Objekte:
interface Stack {
void push(Object s);
Object pop();
boolean isEmpty();
}
PSWT 2006 – 7. November 2006 – p.19/41
Generische Typen
Interface Stack für Objekte:
interface Stack {
void push(Object s);
Object pop();
boolean isEmpty();
}
Anwendendung mit Strings:
Stack stringStack = new ArrayStack();
stringStack.push("Hallo");
...
String s = (String)(stringStack.pop());
➠ lästig und fehleranfällig
PSWT 2006 – 7. November 2006 – p.19/41
Generische Typen
Generisches Interface Stack:
interface Stack<E> {
void push(E s);
E pop();
boolean isEmpty();
}
PSWT 2006 – 7. November 2006 – p.19/41
Generische Typen
Generisches Interface Stack:
interface Stack<E> {
void push(E s);
E pop();
boolean isEmpty();
}
Anwendendung mit Strings:
Stack<String> stringStack = new ArrayStack<String>();
stringStack.push("Hallo");
...
String s = stringStack.pop();
PSWT 2006 – 7. November 2006 – p.19/41
Generische Typen
Generisches Interface Stack:
interface Stack<E> {
void push(E s);
E pop();
boolean isEmpty();
}
Anwendendung mit ints:
Stack<Integer> intStack = new ArrayStack<Integer>();
intStack.push(23);
// auto-boxing
...
int i = intStack.pop();
// auto-unboxing
PSWT 2006 – 7. November 2006 – p.19/41
Generische Typen
Generisches Interface Stack:
interface Stack<E> {
void push(E s);
E pop();
boolean isEmpty();
}
Anwendendung mit ints:
Stack<Integer> intStack = new ArrayStack<Integer>();
intStack.push(23);
// auto-boxing
...
int i = intStack.pop();
// auto-unboxing
➠ Im Java Tutorial vertiefen!
PSWT 2006 – 7. November 2006 – p.19/41
Implementierung von Generischen Typen
Typ-Parameter nur beim Compilieren bekannt
interface Stack<E> {
push(E o);
E pop();
}
➠
interface Stack {
push(Object o);
Object pop();
}
Daher Einschränkungen:
• Keine Konstruktoren oder statischen Methoden auf E oder E[]
• o instanceof E, o instanceof Stack<String>, etc. nicht erlaubt
• Casts (E) und (E[]) ohne Laufzeitcheck
(aber „unchecked“ Warnung vom Compiler)
PSWT 2006 – 7. November 2006 – p.20/41
Beispiel für „unchecked“ Cast
public class ArrayStack<E> {
E[] elements;
int top = 0;
ArrayStack(int initialSize) {
elements = new T[initialSize];
}
}
➠ Compilerfehler: „generic array creation“
PSWT 2006 – 7. November 2006 – p.21/41
Beispiel für „unchecked“ Cast
public class ArrayStack<E> {
E[] elements;
int top = 0;
ArrayStack(int initialSize) {
elements = new Object[initialSize];
}
}
➠ Compilerfehler: „incompatible types“
found : java.lang.Object[]
required: E[]
PSWT 2006 – 7. November 2006 – p.21/41
Beispiel für „unchecked“ Cast
public class ArrayStack<E> {
E[] elements;
int top = 0;
ArrayStack(int initialSize) {
elements = (E[]) new Object[initialSize];
}
}
➠ Compilerwarnung:
Note: stack/ArrayStack.java uses unchecked or unsafe operations.
Note: Recompile with -Xlint:unchecked for details.
PSWT 2006 – 7. November 2006 – p.21/41
Beispiel für „unchecked“ Cast
public class ArrayStack<E> {
E[] elements;
int top = 0;
ArrayStack(int initialSize) {
elements = (E[]) new Object[initialSize];
}
}
➠ Compilerwarnung mit -Xlint:unchecked:
stack/ArrayStack.java:6: warning: [unchecked] unchecked cast
found
: java.lang.Object[]
required: E[]
PSWT 2006 – 7. November 2006 – p.21/41
Das Collection Framework
Standardinterfaces und Implementierungen für
• Listen von Objekten: java.util.List<E>
• Mengen von Objekten: java.util.Set<E>
• Abbildungen von Objekten: java.util.Map<K,V>
Verwendung von Interfaces und abstrakten Klassen wie Stack!
PSWT 2006 – 7. November 2006 – p.22/41
Map Klassen
Map
AbstractMap
SortedMap
HashMap
TreeMap
PSWT 2006 – 7. November 2006 – p.23/41
Verwendung von Map
Map<Integer,String> namen
= new HashMap<Integer,String>();
namen.put(0656415,"Ghitescu Antonia Luisa");
namen.put(9556261,"Wiesinger Robert");
namen.put(0355296,"Punzengruber Christian");
String n = namen.get(9876543);
if (namen.containsKey(1234567)) {...}
if (namen.containsValue("Meindl Diana")) {...}
Eigene Klassen als Schlüssel verwenden:
equals und hashCode implementieren
PSWT 2006 – 7. November 2006 – p.24/41
Collection Klassen
Collection
AbstractCollection
List
AbstractList
Set
AbstractSet
SortedSet
ArrayList
LinkedList
HashSet
TreeSet
PSWT 2006 – 7. November 2006 – p.25/41
Utility Klassen
• java.util.Arrays
• Arrays mit Werten füllen
• Arrays sortieren
• In sortierten Arrays suchen
• java.util.Collections
• Listen sortieren
• Suchen in Listen
• Maximales Element in Collection suchen
• ...
PSWT 2006 – 7. November 2006 – p.26/41
Comparable
Um Objekte sortieren zu können:
Interface java.lang.Comparable<T> implementieren mit
Methode int compareTo(T o)
• < 0 falls this < o
•
0 falls this = o
• > 0 falls this > o
Am besten 0 gdw this.equals(o)
➠ Legt „natürliche“ Ordnung von Objekten fest.
PSWT 2006 – 7. November 2006 – p.27/41
Beispiel Comparable
Punkte nach x, dann y Koordinate sortieren
public class Point implements Comparable<Point> {
private int x;
private int y;
public int compareTo(Point other) {
if( this.x == other.x ) {
return this.y - other.y;
} else {
return this.x - other.x;
}
}
}
Point[] points = new Point[20];
java.util.Arrays.sort(points);
PSWT 2006 – 7. November 2006 – p.28/41
Iteratoren
Schleifen über alle Elemente einer Collection: mit Iterator
interface Iterator<E> {
boolean hasNext();
E next();
}
List<Point> l;
...
Iterator<Point> it = l.iterator();
while (it.hasNext()) {
Point p = it.next();
p.move(1,0);
}
PSWT 2006 – 7. November 2006 – p.29/41
Iterator Reihenfolge
Reihenfolge
• Bei List von vorne nach hinten
• Bei Set nicht spezifiziert
• Bei SortedSet vom kleinsten zum größten gemäß compareTo()
PSWT 2006 – 7. November 2006 – p.30/41
Das „foreach“ Statement
Iterator sehr häufig: neues Sprachkonstrukt
List<Point> l;
for(Point p : l) {
p.move(1,0);
}
Geht für alle Collections, und auch für Arrays.
PSWT 2006 – 7. November 2006 – p.31/41
Beispiel: Argumente sortieren
Wörter von der Kommandozeile ohne Duplikate sortiert ausgeben.
public static void main(String[] args) {
SortedSet<String> words = new TreeSet<String>();
for (String s : args) {
words.add(s);
}
for (String s : words) {
System.out.println(s);
}
}
PSWT 2006 – 7. November 2006 – p.32/41
Effective Java
Sehr gutes Buch zu den Feinheiten von Java:
Joshua Bloch, Effective JavaTM Programming Language Guide,
Addison Wesley, 2001
PSWT 2006 – 7. November 2006 – p.33/41
Aufgabe 10
Vertiefen und Ergänzen des Stoffs durch Lesen in verschiedenen Tutorials:
http://java.sun.com/docs/books/tutorial/index.html
• Learning the Java Language: Numbers and Strings
• Essential Java Classes: Basic I/O
• Collections
PSWT 2006 – 7. November 2006 – p.34/41
Aufgabe 11
Ein Programm, das
• eine Zahl n von der Kommandozeile liest
• die Zahl
e = 1+
1
1
+ +···
2! 3!
mit n Stellen Genauigkeit berechnet und ausgibt
• dazu die Klassen in java.math benutzt
> Java E 100
2.7182818284590452353602874713526624977572470936999595749669
676277240766303535475945713821785251664274
PSWT 2006 – 7. November 2006 – p.35/41
Aufgabe 12
Ein Programm, das sukzessive Primzahlen berechnet.
Eingabe: Zahl n
Ausgabe: Alle Primzahlen unter n
Algorithmus:
P := {}
Für i := 2, . . . , n
{
Falls kein j ∈ P Teiler von i ist, setze P := P ∪ {i}
}
P ist das Resultat
PSWT 2006 – 7. November 2006 – p.36/41
Aufgabe 13
Ein Programm, das
• eine Textdatei zeilenweise einliest
• Entweder von System.in
• Oder aus einer Datei die auf der Kommandozeile genannt wird
• Jede Zeile in Wörter (Folgen von Buchstaben) zerlegt
➠ Character.isLetter(char
c)
• Eine Tabelle ausgibt wie oft jedes Wort vorgekommen ist. . .
• . . . nach absteigender Häufigkeit sortiert.
Dabei sollen alle Hashtabellen, sowie Sortieren, etc.
von Standardklassen erledigt werden!
PSWT 2006 – 7. November 2006 – p.37/41
Aufgabe 13 (Beispiel)
> cat test.txt
fünf
fünf vier
fünf vier drei
fünf vier drei zwei!
+fünf, vier drei zwei eins
> java WordCount test.txt
fünf
5
vier
4
drei
3
zwei
2
eins
1
PSWT 2006 – 7. November 2006 – p.38/41
Aufgabe 14
Betrachte folgende Klasse. . .
public class Point {
private int x,y;
...
public boolean equals(Object o) {
if (o instanceof Point) {
Point p = (Point)o;
return (x == p.x) && (y == p.y);
} else {
return false;
}
}
}
PSWT 2006 – 7. November 2006 – p.39/41
Aufgabe 14 (forts.)
. . . und folgende:
public class WeightedPoint extends Point {
private int w;
...
public boolean equals(Object o) {
if (o instanceof WeightedPoint) {
WeightedPoint wp = (WeightedPoint)o;
return super.equals(wp) && (w == wp.w);
} else {
return false;
}
}
}
• Inwiefern wird der Vertrag von equals gebrochen?
• Was könnte man dagegen tun?
PSWT 2006 – 7. November 2006 – p.40/41
Aufgabe 15
Eine Erweiterung des Stack Frameworks aus Aufgabe 9:
• Statt nur Strings zu stapeln, einen Parameter einführen:
public interface Stack<E> {
void push(E o);
E pop();
...
}
• Eine zusätzliche Implementierung LinkedListStack<E> die eine
java.util.LinkedList benutzt.
• Alle Implementierungen sollen equals und hashCode
unterstützen. (Alle Objekte auf Stapel equals? Für hashCode siehe
java.util.List)
PSWT 2006 – 7. November 2006 – p.41/41