Im Hinblick auf die Klausur...

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Besprechung Blatt 5 Objektorientierte Programmierung Vorbereitung Blatt 6

Algorithmen und Datenstrukturen 06

Stefan Ploner

29. November 2011

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Besprechung Blatt 5 Objektorientierte Programmierung Vorbereitung Blatt 6

1 Besprechung Blatt 5 O-Kalk¨ul

Praxisaufgaben

2 Objektorientierte Programmierung Allgemein

Referenzen Sichtbarkeit Konstanten 3 Vorbereitung Blatt 6

Anmerkungen

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Besprechung Blatt 5 Objektorientierte Programmierung Vorbereitung Blatt 6 O-Kalk¨ul

Umgang mit Schleifen

for (int i = 0; i < n; i++) for (int j = 0; j < n; j*=2)

doSomethingSimple(); // O(1)

Bestimmung des O-Kalk¨uls hier trivial O(n·logn)

for (int i = 0; i < n; i++) for (int j = 0; j < i; j*=2)

doSomethingSimple(); // O(1)

Bestimmung des O-Kalküls hier nicht trivial, sondern wie in der letzten Übung besprochen z.B. über die gaußsche Summenformel!

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Im Hinblick auf die Klausur...

• triviale Ausdr¨ucke durch “Hinschauen” auswerten (spart Zeit)

• f¨ur komplizierte Gebilde sollte man vor allem die gaußsche Summenformel verstanden haben

• wenn nicht explizit anders gefordert kann der am schnellsten ansteigende Teil einer Summe einfach abgelesen werden:

O(logn)∈O(n¹^a)∈O(n)∈O(n^a)∈O(aⁿ)∈O(n!)∈O(nⁿ) mit a>1

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• Mysterious Sort war Radix Sort (F¨achersortierung)

• im Beispiel wird in jedem Schleifendurchlauf nach dem i-ten Bit der Integer Zahlen sortiert

• dabei beginnt man mit dem least significant Bit und arbeitet sich der Reihe nach zum highest significant Bit vor

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Besprechung Blatt 5 Objektorientierte Programmierung Vorbereitung Blatt 6 Praxisaufgaben

Fibonacci Zahlen

fn= 1

√ 5

"

1 +√ 5 2

!n

− 1−√ 5 2

!n#

Generell empfiehlt es sich nicht, einen Term dieser Gr¨oße in eine einzelne Zeile zu schreiben!

Leicht entsch¨arfte Version: Zeilenumbr¨uche an sinnvollen Stellen return 1 / Math.sqrt(5) *

(Math.pow((1 + Math.sqrt(5)), n) - Math.pow((1 - Math.sqrt(5)), n));

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Fibonacci Zahlen

fn= 1

√ 5

"

1 +√ 5 2

!n

− 1−√ 5 2

!n#

Alternativ kann man zun¨achst Teile berechnen und in Variablen speichern:

double front = 1 / Math.sqrt(5);

double left = Math.pow((1 - Math.sqrt(5)) / 2, n);

double right = Math.pow((1 - Math.sqrt(5)) / 2, n);

return front * (left - right);

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Binomialkoeffizienten

n!

k!·(n−k)!

K¨urzen von ^n!_k!

int result = 1;

for (int i = k + 1; i < n; i++) result *= i;

Um möglichst viel zu kürzen und so weit wie möglich rechnen zu können, sollte man gegebenenfalls k durch (n-k) ersetzen.

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Noch Fragen zu Blatt 5?

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Besprechung Blatt 5 Objektorientierte Programmierung Vorbereitung Blatt 6 Allgemein

Warum Klassen?

• umso mehr (unstrukturierter) Code, desto weniger ¨Uberblick

• Projekte werden aus ¨uberschaubaren Klassen zusammengesetzt

• beim Erstellen einer Klasse kann man externen Code ausblenden

• beim Verwenden einer Klasse braucht man sich ¨uber die interne Umsetzung keine Gedanken machen

• an abgeschlossenen Klassen k¨onnen sp¨ater einfacher Korrekturen vorgenommen werden, auch ohne den

Gesamtzusammenhang des Programms genau zu verstehen

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Bestandteile einer Klasse

1 Variablen

2 Methoden

3 Konstruktoren

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Zugeh¨ origkeit zu Klasse oder Instanz

• static: Klassenvariable / -methode

• sonst: Instanzvariable / -methode

• Instanzmethoden k¨onnen auf statische Variablen und Methoden zugreifen. (eindeutig einer Klasse zugeordnet)

• Aber nicht umgekehrt!Die Klasse kann nicht wissen, auf welche Instanz zugegriffen werden soll.

• Statische Klassen k¨onnen sogar dann aufgerufen werden, wenn keine Instanz existiert (main-Methode, Math-Klasse, ...)

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Das new-Schl¨ usselwort

• Klassen werden mit ihren statischen Variablen beim Programmstart angelegt

• Instanzen müssen während der Ausführung erstellt werden class Beispiel {

public static void main(String[] args) {

// Neue Instanz der Klasse Beispiel erstellen Beispiel b = new Beispiel();

} }

Mit demnew-Schl¨usselwort wird der Konstruktor aufgerufen.

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Konstruktoren

• Ist kein Konstruktor im Code vorhanden, ist automatisch ein public-zugreifbarer, parameterloser Konstruktor verf¨ugbar

• Sobald irgendein Konstruktor geschrieben wird, ist der automatische nicht mehr verfügbar! (Man kann ihn natürlich wieder von Hand hinzufügen)

class Beispiel {

// so sieht der default-Konstruktor aus:

public Beispiel() { } }

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Besprechung Blatt 5 Objektorientierte Programmierung Vorbereitung Blatt 6 Referenzen

Referenzen

class Beispiel { String name;

public Beispiel(String name) { this.name = name;

}

public static void main(String[] args) { Beispiel b = new Beispiel("test");

} }

Was wird der Variable b eigentlich zugewiesen?

• Eine Referenz zu dem Ort im Speicher, an dem die Instanz angelegt wurde

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Referenzsemantik

int i = 2;

int j = i; // kopieren des Variablenwerts Beispiel b = new Beispiel("test");

Beispiel c = b; // kopieren des Variablenwerts (?)

Es wird die Referenz / die Speicheradresse der Instanz kopiert!

c.name = "ein anderer Test";

System.out.println(b.name); // "ein anderer Test"

• Da beide Referenzen auf die selbe Instanz zeigen, wirken sich Anderungen gegenseitig aus.¨

• Das ¨Ubergeben einer Referenz in einem Funktionsaufruf hat die selbe Auswirkung

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Referenzsemantik

Beispiel b = new Beispiel("test");

Beispiel c = b;

if (b == c)

System.out.println("gleich");

• Ein Vergleich zweier Referenzen liefert dann true, wenn sie auf die selbe Instanz zeigen.

• Der Vergleich von 2 verschiedenen Instanzen mit gleichem Inhalt liefert false!

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Referenzsemantik

// String von der Konsole lesen

Scanner scanner = new Scanner(System.in);

String input = scanner.nextLine();

if (input == "test") // Immer false!

System.out.println("gleich");

• Auch String ist eine Klasse / Strings sind Instanzen

• Da die nextLine()-Methode eine neue String-Instanz erstellt, zeigt sie immer an einen anderen Speicherort als ”test”

• Selbst wenn test eingegeben wird, ist die Bedingung false

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NullPointer(-Exception)

int[][] matrix = new int[4][]; // 4 Zeilen

matrix[0] = new int[3]; // 3 Spalten in Zeile 0 System.out.println(matrix[0][1]); // 0

System.out.println(matrix[2][0]); // NullPointerException

• Auch Arrays sind Referenzen

• int[][] matrix ist ein Referenz-Array, das auf mehrere normale Integer-Arrays zeigt

• Referenzen haben den Standardwert null (Zeiger ins nichts)

• Auf eine nicht vorhandene Instanz kann nicht zugegriffen werden⇒ NullPointerException

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Besprechung Blatt 5 Objektorientierte Programmierung Vorbereitung Blatt 6 Sichtbarkeit

Sichtbarkeitsmodifikatoren

• Sch¨utzen Klassen vor ungewollten Eingriffen

• Meist interessiert der innere Aufbau gar nicht Klasse Package Unterklassen alle

private + - - -

default + + - -

protected + + + -

public + + + +

• Geschützte Variablen können möglicherweise über öffentliche Getter und Setter doch erreicht werden

• Erm¨oglichen Schutz vor ¨Anderungen und Wertebereiche

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Besprechung Blatt 5 Objektorientierte Programmierung Vorbereitung Blatt 6 Konstanten

Konstanten

• Keywordfinal vor den Variablennamen

• zum Sicherstellen (oder Klarstellen) der Unver¨anderlichkeit

• nur einmal zuweisbar

• final-Klassenvariablen m¨ussen am Ende jedes Konstruktors initialisiert sein (Bei der Deklaration oder im Konstruktor)

• bei final-Referenzen ist nur die Referenz konstant, nicht das referenzierte Objekt!

• unter Umst¨anden Performancegewinn

Anmerkung: Das Keywordfinal existiert auch bei Methoden und Klassen

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Besprechung Blatt 5 Objektorientierte Programmierung Vorbereitung Blatt 6 Anmerkungen

• Zips werden nicht auf unerlaubte Zeichen gepr¨uft!

• Sofern nicht anders verlangt, d¨urfen Instanzvariablen verwendet werden!

• Trotzdem bitte nur dann, wenn sie auch n¨otig sind

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Besprechung Blatt 5 Objektorientierte Programmierung Vorbereitung Blatt 6 Anmerkungen

Java char

• Nicht nur ASCII oder 255 Zeichen, sondern 16-Bit-Unicode.

• Daher lassen sich auch gr¨oßere int Zahlen in char konvertieren und umgekehrt.

Nicht alle ASCII Codes repr¨asentieren “normale” Textzeichen!