252-0027 Einführung in die Programmierung I 7.0 Arbeiten mit Objekten und Klassen

252-0027

Einführung in die Programmierung I

7.0 Arbeiten mit Objekten und Klassen

Thomas R. Gross

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Variable eines Basistyps, ^Methode

public static void someFct() { int x = 0;

int y = 0;

int z = 0;

// first stmt

x

y

z

Variable eines Basistyps, ^Methode

public static void someFct() { int x = 0;

int y = 0;

int z = 0;

// first stmt

}

4

x y z

0

0

0

Variable eines Basistyps, Instanzmethode

void someFct() { int x = 1;

int y = x + 1;

int z = 0;

// first stmt

}

6

x

y

z

Variable eines Basistyps, Instanzmethode

void someFct() { int x = 1;

int y = x + 1;

int z = 0;

// first stmt

x y z

1

2

0

Variable eines Basistyps, ^Attribute

public class SomeClass { int x = 1;

int y = x + 1;

int z;

void someFct() { // first stmt }

} ⁸

x

y

z

public class SomeClass { int x = 1;

int y = x + 1;

int z;

}

public class OtherClass { void otherFct() {

SomeClass s = new SomeClass();

// first stmt

x

y

z

public class SomeClass { int x = 1;

int y = x + 1;

int z;

}

public class OtherClass { void otherFct() {

SomeClass s = new SomeClass();

// first stmt }

} ¹⁰

x y z

OtherClass.javaSomeClass.java

public class SomeClass { int x = 1;

int y = x + 1;

int z;

}

public class OtherClass { void otherFct() {

SomeClass s = new SomeClass();

// z set to 0 even w/o initialization

x y z

ass.javaSomeClass.java

1

2

0

class SomeClass { int x;

}

class OtherClass {

public static void main (String[] args) { SomeClass x = new SomeClass();

System.out.println(x.x);

} // poor naming … }

12

x

OtherClass.javaSomeClass.java

Variable eines Referenztypes

SomeClass c;

// first stmt

System.out.println(c);

}

Class2d.java:8: variable c might not have been initialized

c

Variable eines Referenztypes

§ Alle Variablen müssen in einer Methode initialisiert werden

§ Gilt für Variable die Referenzen (Verweise) auf Objekte speichern

§ Gilt für auch für Arrays

§ Verwenden auch Referenzvariable

§ Sonst gibt es eine Compiler Error Message

§ Es muss für den Compiler klar sein dass eine Zuweisung stattfand

§ Wenn möglich in Definition initialisieren

15

Variable eines Referenztypes

int [] x;

// first stmt

System.out.println(x);

}

Class2d.java:8: variable x might not have been initialized System.out.println(x)

^

1 error ²⁰

x

Variable eines Referenztypes

int [] x = new int[3];

// first stmt

}

x

Index 0 1 2

Element 0 0 0

Variable eines Referenztypes

int [] x = {2, 5, 8};

// first stmt

}

22

x

Index 0 1 2

Element 2 5 6

Variable eines Referenztypes

String [] s = null;

// first stmt

}

s

Variable eines Referenztypes

String [] s = {“a”, “b”, “c”};

// first stmt

}

24

s

Index 0 1 2

Element “a” “b” “c”

Variable eines Referenztypes

String [] s = new String[3]

// first stmt

}

s

Index 0 1 2

Element null null null

Attribute einer Klasse

public class SomeClass { int i;

int [] ia;

OtherClass o;

}

26

i ia

o

Variable eines Referenztypes

SomeClass c = new SomeClass();

// first stmt

}

c

i ia

0

null

Variable eines Referenztypes

SomeClass [] ca = new SomeClass[3];

// first stmt

}

29

ca

Index 0 1 2

Element null null null

Variable eines Referenztypes

SomeClass [] ca = new SomeClass[3];

for (int i=0; i<3; i++){

ca[i] = new SomeClass();

ca[i].ia = new int[3];

}

} 32

ca

32

Index 0 1 2

Element

i

ia

o

0

null

i

ia

o

0

null

i

ia

o

0

null

Index 0 1 2

Element 0 0 0

Index 0 1 2

Element 0 0 0

Index 0 1 2

Element 0 0 0

Attribute einer Klasse

public class SomeClass { int i;

int [] ia;

SomeClass o;

}

35

i ia

o

41

Variable eines Referenztypes

SomeClass c = new SomeClass();

SomeClass d = null;

d = c;

d.i = 1;

c = null;

c

i ia

1 null

d

Variable eines Referenztypes

SomeClass c = new SomeClass();

SomeClass d = new SomeClass();

} ₄₃

c

i ia

o

0 null null

d

i ia

o

0 null null

Variable eines Referenztypes

SomeClass c = new SomeClass();

SomeClass d = new SomeClass();

c.o = d;

}

c

i ia

0 null

d

i ia

0 null

Variable eines Referenztypes

SomeClass c = new SomeClass();

SomeClass d = new SomeClass();

c.o = d;

}

Wie kann ich

auf 1 setzen?

2 Möglichkeiten …

c

i ia

o

0 null

d

i ia

o

0 null null

Referenzen und Objekte

§ In Java, für Objekte und Arrays gelten die ”reference

semantics” Regeln.

Eine Klasse für Knoten einer Liste

public class ListNode { int data;

ListNode next;

}

§ Jeder Knoten der Liste speichert:

§ Den Wert einer ganzen (int) Zahl

§ Einen Verweis auf einen anderen Listenknoten

data next data next data next data next

Verknüpfte Knoten -- Uebungsproblem 1

Welche Folge von Anweisungen verändert dieses Bild:

in dieses?

list.next.next = new ListNode(30);

data next 10

data next list 20

data next 10

data next

list 20 data next

30

Verknüpfte Knoten -- Uebungsproblem 2

Welche Folge von Anweisungen verändert dieses Bild:

in dieses?

data next 10

data next list 20

data next 30

data next

list 10 data next

20

Verknüpfte Knoten -- Uebungsproblem 3

Welche Folge von Anweisungen verändert dieses Bild:

in dieses?

data next 10

data next list1 20

data next 30

data next list2 40

data next 10

data next list1 30

data next list2 40

data next 20

rest = list2.next;

list2.next = list1.next;

list1.next = list2;

list2 = rest;

Referenzen vs. Objekten

Variable = Wert ;

Eine Variable (links von = ) ist ein Zeiger ("Referenzvariable")

Ein Wert (rechts von = ) ist ein Objekt (ein Rechteck,; worauf der Zeiger zeigt)

§ Für die Liste rechts:

§ a.next = value;

heisst anpassen worauf zeigt

§ variable = a.next;

heisst die variable setzen so dass sie auf zeigt

data next

a 10 data next

1 20

2

1

2

Referenzen verändern

§ Wenn das Programm sagt:

§ a.next = b.next;

§ dann heisst das:

§ ”Lasse die Variable a.next auf den selben Wert (Objekt) zeigen wie b.next."

§ Oder, ”Lasse a.next auf den selben Ort wie b.next zeigen."

data next

a 10 data next

20 data next

b 30 data next

40

Verknüpfte Knoten -- Uebungsproblem 4

Welche Folge von Anweisungen verändert dieses Bild:

in dieses?

data next 10

data next list 990

...

data next 10

data next list 990

...

data next 1000

Frage über verknüpfte Knoten

§ Nehmen wir an wir haben eine lange Kette von Knoten:

§ Wir wissen nicht wie lang die Kette ist.

data next 10

data next list 990

...

data next 20

Algorithmus Pseudocode

§ Fangen wir am Anfang der Liste an, front ist der 1. Knoten

§ while (es gibt noch Knoten auszugeben):

§ Gebe den data Wert des Knotens aus

§ Gehe weiter zum nächsten Knoten via das next Attribut.

data next 10

data next list 990

...

data next 20

Algorithmus Pseudocode

§ Fangen wir am Anfang der Liste an, front ist der 1. Knoten

§ while (es gibt noch Knoten auszugeben):

§ Gebe den data Wert des Knotens aus

§ Gehe weiter zum nächsten Knoten via das next Attribut.

§ Wie wissen wir ob noch Knoten auszugeben sind?

data next 10

data next list 990

...

data next 20

Algorithmus Pseudocode

§ Fangen wir am Anfang der Liste an, front ist der 1. Knoten

§ while (es gibt noch Knoten auszugeben):

§ Gebe den data Wert des Knotens aus

§ Gehe weiter zum nächsten Knoten via das next Attribut.

§ Wie können wir uns durch die Liste arbeiten ?

list = list.next; // is this a good idea?

data next 10

data next list 990

...

data next 20

Abarbeiten einer Liste?

§ Ein (schlechter) Weg jeden Wert in der Liste auszugeben :

while (list != null) {

System.out.println(list.data);

list = list.next; // move to next node }

§ Was ist das Problem?

§ (Wir verlieren die Liste während wir sie ausgeben)

Eine weitere Referenz: current

§ Wir wollen list nicht verändern. Wir deklarieren eine andere Variable und ändern diese.

§ Eine ListNode Variable ist nicht ein ListNode Objekt

§ … sondern eine Referenz (Verweis) auf ein Objekt

ListNode current = list;

data next 10

data next list 990

...

data next 20

current

Eine weitere Referenz: current

ListNode current = list;

§ Was passiert wenn wir jetzt diese Anweisung ausführen:

current = current.next;

data next 10

data next list 990

...

data next 20

current

Korrektes Durchlaufen einer Liste

§ Der korrekte Weg jeden Wert der Liste auszugeben:

ListNode current = list;

while (current != null) {

System.out.println(current.data);

current = current.next; // move to next node }

§ Das Verändern von current hat keinen Einfluss auf die Liste.

data next 10

data next list 990

...

data next 20

Eine Klasse LinkedIntList

§ ListNode s sollen nicht von Klienten direkt verändert werden.

§ Also entwickeln wir eine Klasse die die Knoten versteckt:

LinkedIntList .

front LinkedIntList

ListNode ListNode ListNode

data next 42

data next -3

data next

§ Hat die Methoden:

§ add, add, get, indexOf, remove, size, toString

§ Die Liste ist als Kette von Knoten intern implementiert

§ Das LinkedIntList Objekt enthält eine Referenz auf das erste Element im front

§ null im next Attribut signalisiert Ende der Liste

§ Hat front den Wert null so ist die Liste leer

front add(value)

add(index, value) indexOf(value) remove(index) size()

toString() LinkedIntList

ListNode ListNode ListNode

data next 42

data next -3

data next 17

element 0 element 1 element 2

LinkedIntList Klasse v1

public class LinkedIntList { private ListNode front;

public LinkedIntList() { front = null;

}

// methods go here

front = LinkedIntList

Die add Methode

// Adds the given value to the end of the list.

public void add(int value) { ...

}

§ Wie wollen wir einen neuen Knoten am Ende hinzufügen?

§ Sind die Werte in der Liste vor diesem Schritt wichtig?

front =

data next 42

data next -3

data next 17

element 0 element 1 element 2

Ein Element n eine leere Liste hinzufügen

§ Bevor 20 hinzugefügt wird: Danach:

front = front =

data next 20

element 0

Die add Methode, 1. Versuch

// Adds the given value to the end of the list.

public void add(int value) { if (front == null) {

// adding to an empty list front = new ListNode(value);

} else {

// adding to the end of an existing list

...

} }

§ Bevor 20 am Ende hinzugefügt wird :

front =

data next 42

data next -3

front =

data next 42

data next 20

element 0 element 1

An eine nicht-leere Liste anhängen

data next -3

data next -3

Vorsicht an der Kante!

§ Um ein Element zur Liste hinzuzufügen (oder zu von der Liste zu entfernen) müssen wir das next Attribut des vorherigen Knotens modifizieren.

front =

data next 42

element 0 element 1

data next -3

Vorsicht an der Kante!

§ Um ein Element zur Liste hinzuzufügen (oder zu von der Liste zu entfernen) müssen wir das next Attribut des vorherigen Knotens modifizieren.

front =

data next 42

element 0 element 1

data next -3

Vorsicht an der Kante!

§ Um ein Element zur Liste hinzuzufügen (oder zu von der Liste zu entfernen) müssen wir das next Attribut des vorherigen Knotens modifizieren.

§ Wie durchlaufen wir eine Liste?

front =

data next 42

element 0 element 1 current =

data next -3

Vorsicht an der Kante!

§ Um ein Element zur Liste hinzuzufügen (oder zu von der Liste zu entfernen) müssen wir das next Attribut des vorherigen Knotens modifizieren.

front =

data next 42

element 0 element 1 current =

data next -3

Vorsicht an der Kante!

§ Um ein Element zur Liste hinzuzufügen (oder zu von der Liste zu entfernen) müssen wir das next Attribut des vorherigen Knotens modifizieren.

§ Wie durchlaufen wir eine Liste?

§ Was für einen Typ muss current haben? ListNode

front =

data next 42

element 0 element 1 current =

data next -3

Vorsicht an der Kante!

§ Um ein Element zur Liste hinzuzufügen (oder zu von der Liste zu entfernen) müssen wir das next Attribut des vorherigen Knotens modifizieren.

§ Worauf sollte verweisen wenn wir 20 am Ende einfügen

front =

data next 42

element 0 element 1

Die add Methode

// Adds the given value to the end of the list.

public void add(int value) { if (front == null) {

// adding to an empty list front = new ListNode(value);

} else {

// adding to the end of an existing list ListNode current = front;

while (current.next != null) { current = current.next;

}

current.next = new ListNode(value);

} }