Föreläsning 1-2 Innehåll. EDAA01 Programmeringsteknik - fördjupningskurs. Detta kan du... Förkunskaper

EDAA01 Programmeringsteknik - fördjupningskurs Läsperiod lp 3 (Ges även lp 1+2) 7.5 hp anna.axelsson@cs.lth.se http://cs.lth.se/edaa01vt Förkunskapskrav: Godkänd på de obligatoriska momenten i EDAA45 Programmering, grundkurs eller godkänt betyg på tentamen i denna kurs eller i EDA011, EDA016, EDA017, EDAA20 eller EDA501 Föreläsning 1-2 Innehåll Introduktion Kursens mål och innehåll Undervisning Språkkonstruktioner i Java och delar av Javas klassbibliotek Interface Exceptions Generik, Autoboxing - och unboxing Lagra element Java Collections Framework (interface och klasser för samlingar av element) Traversera genom en samling element interfaceniterator och Iterable och foreach-sats Jämföra element metoden equals, interfacet Comparable EDAA01 (Föreläsning 1-2) VT 2017 1 / 108 EDAA01 (Föreläsning 1-2) VT 2017 2 / 108 Språkkonstruktioner i Java och delar av Javas klassbibliotek Detta kan du Förkunskaper Undervisningsmoment: föreläsning 1-2 övningsuppgifter 1-3 laboration 1 Avsnitt i läroboken: 1, 2.2, Appendix A6, A11, A12 I 2:a upplagan: 1, 2.1, Appendix A6, A11, A12 en hel del om programmering och objektorientering begrepp som klass, objekt, attribut, metod, parameter skriva mindre program i programspråket Java skriva och debugga program i utvecklingsverktyget Eclipse använda vektorer, matriser och (delvis) klassen ArrayList enkla algoritmer som t.ex. linjärsökning, insättning i en redan sorterad vektor använda arv superklass, subklass, abstrakt metod EDAA01 (Föreläsning 1-2) VT 2017 3 / 108 EDAA01 (Föreläsning 1-2) VT 2017 4 / 108

Detta ska du lära dig Kursens mål Mål Förklaring av termer mer om programmering och objektorientering interface, exceptions, generik formulera och använda olika algoritmer för att effektivt lösa problem sökning, sortering rekursiva algoritmer använda olika datastrukturer listor, binära sökträd, hashtabeller, heapar dels genom att använda färdiga klassbibliotek och dels genom att göra egna implementeringar skriva program med grafiska användargränssnitt (JavaFX) testa klasser (junit) analysera och jämföra algoritmers tidsåtgång Algoritm Beskrivning hur man stegvis löser ett problem. Ex: matrecept, linjärsökning Datastruktur En samling variabler som hör ihop på något sätt. Ex: vektor, länkad lista, träd Biliotek En samling färdiga klasser som är tänkta att användas i andra program. Fungerar som en utvidgning av programspråket. Ex: Javas standardbibliotek för samlingar - Java Collections Framework EDAA01 (Föreläsning 1-2) VT 2017 5 / 108 EDAA01 (Föreläsning 1-2) VT 2017 6 / 108 Varför är detta viktigt att kunna? Exempel Till skillnad mot övningsprogram är riktiga program stora, skrivs av flera personer, har lång livstid, kräver underhåll.... Därför är följande viktigt: bra design läsbar kod att man kan välja lämpliga algoritmer, datastrukturer och färdiga byggstenar (klasser ur bibliotek) bra verktyg för programutveckling, felsökning och testning Skriv program för att hantera kontakter (namn, mobil nr ). Att fundera på: Ska vi använda en vektor eller finns det andra, bättre sätt att lagra posterna? Finns det färdiga klasser som kan användas? Hur sker kommunikationen med användaren (utskrifter i konsolfönstret eller snyggare grafiskt användargränssnitt)? Hur designar man programmet så att man lätt kan byta sätt? Hur söker man snabbt om antal poster är stort är stor? EDAA01 (Föreläsning 1-2) VT 2017 7 / 108 EDAA01 (Föreläsning 1-2) VT 2017 8 / 108

Från problem till program Kursens struktur Specifikation av problemet Design Val av lösningsmetoder (algoritmer, datastrukturer) för delproblem Implementering (programskrivning) Testning Underhåll (korrigeringar och uppdateringar) Xy XXX X XX X Behandlas i EDA061/F10, OMD Behandlas i denna kurs f 1-2 f 3-4 f 5 f 6 f 7 f 8-10 f 11 f 12 ö1-3, ö 4-5 ö 6 ö 7 ö 8-11 ö 12 ö 13 lab1 lab 2 lab 3 lab 6 lab 4-6 Interface, exceptions, generik, JCF, iteratorer Listor, stackar köer, länkade strukturer Algoritmers effektivitet, tidskomplexitet Rekursion Grafiska användargränssnitt Sortering Set, map. Träd, binära sökträd, hashtabeller Prioritetsköer, heapar Parallellt: dokumentation EDAA01 (Föreläsning 1-2) VT 2017 9 / 108 EDAA01 (Föreläsning 1-2) VT 2017 10 / 108 Kursmoment Laborationer 6 st, läsveckorna 2-7, obligatoriska Kräver förberedelser. Ska lösas i grupper om två. Anmälan till önskad labbgrupp görs på kursens webbsida senast ons 18/1. Inlämningsuppgift andra halvan av läsperioden, obligatorisk Löses normalt i grupper om två. Finns på webbsidan. Det finns två alternativ att välja mellan. Jourtider för frågor i samband med inlämningsuppgiften kommer att finnas. Redovisas i läsvecka 8. Övningsuppgifter Viktigt komplement till laborationerna. Löses på egen hand. Föreläsningar 13 st, läsveckorna 1-7 Föreläsningsbilderna innehåller det viktigaste av kursmaterialet och ger en sammanfattning av kursinnehållet. Bara en delmängd av dem visas under föreläsningarna. Frågestunder EDAA01 (Föreläsning 1-2) VT 2017 11 / 108 Examination Skriftlig tentamen Kursen inrapporteras i Ladok i två delar Obligatoriska moment (laborationer + inlämningsuppgift) 3 hp Tentamen 4.5 hp EDAA01 (Föreläsning 1-2) VT 2017 12 / 108

Rekommenderad lärobok Relation till andra kurser E. Koffman och A. T. Wolfgang: Data Structures: Abstraction and Design Using Java, 3rd Edition, Wiley 2016. Det går även bra att använda den andra upplagan (med Java 7). Den första upplagan heter Objects, Abstraction, Data Structures and Design Using Java Version 5.0 och fungerar också. Litteraturanvisningar ges för alla tre upplagorna. För C och D ingår kursen i kurskedjor. Det är viktigt att känns till förkunskapskraven i kedjan. Finns på webbsidan. I övrigt gäller att nästan alla valfria kurser i datavetenskap kräver godkänt i EDAA01. EDAA01 (Föreläsning 1-2) VT 2017 13 / 108 EDAA01 (Föreläsning 1-2) VT 2017 14 / 108 CEQ-synpunkter Nytt sedan förra våren Överlag nöjda studenter Några synpunkter från tidigare kursomgångar: Lärorika labbar Väntetid för att få redovisa Jag ska se över detta och diskutera detta med labbledarna. Ofta finns färdiga testklasser som visar om programmet fungerar som det ska. Stressigt tempo - Häng med från början, börja med labbar och inlämningsuppgift i god tid. Laborationsförberedelserna tar tid Ja så är det. Labbarna kräver förberedelser. Uppvärmningsuppgift för de som inte programmerat på ett tag önskas fixat, finns på webbsidan. Senaste versionen av Java, Java 8, innehåller en del nyheter med anknytning till kursen. Tentorna påverkas ej så mycket av detta. Extentorna är alltså fortfarande aktuella. Labb 6 (grafiska användargränsnitt) är omarbetad. Det finns en uppvärmningsuppgift (med ArrayList, arv mm) på kurswebbsidan. Lös den ifall du känner dig ringrostig och/eller vill repetera. EDAA01 (Föreläsning 1-2) VT 2017 15 / 108 EDAA01 (Föreläsning 1-2) VT 2017 16 / 108

Om att lära sig programmera Programmering är kul! Programmering tar tid (fundera ut lösningar, hitta fel ). Man lär sig programmera genom att träna. Skriv program, testa, hitta på egna program, experimentera Men inte bara - glöm inte bort teorin. Starten är viktig. Häng med från början! Det man lär sig kommer att byggas på och användas genom hela kursen. De olika undervisningsmomenten (övningsuppgifter, labbar, föreläsningar ) finns av en anledning och kompletterar varandra. Kommunikation Webbsida: http://cs.lth.se/edaa01vt Information om kursen (kursplan, schema, gruppindelning ) Material (övningar, laborationer, föreläsningsbilder etc). Viktiga nyheter presenteras här. Håll koll på denna sida. Moodle: moodle.cs.lth.se Veckoschema Quizzar Länk till Moodle-sidan samt kursnyckel finns på kursens webbsida. E-post: Kursansvarig: anna.axelsson@cs.lth.se Mail kommer vid behov att skickas till din student-mail. Frågor, problem? Tveka inte att ställa frågor (på föreläsningarna, mellan föreläsningarna, på frågestunder ) EDAA01 (Föreläsning 1-2) VT 2017 17 / 108 EDAA01 (Föreläsning 1-2) VT 2017 18 / 108 Arv repetition Exempel Arv Superklassen Shape I ett program ska geometriska figurer (kvadrater och cirklar) hanteras. Figurerna ska kunna flyttas och ritas upp på skärmen. Shape {abstract x y Shape(int, int) moveto(x, y) draw(simplewindow) public abstract class Shape { protected int x; protected int y; protected Shape(int x, int y) { this.x = x; this.y = y; public void move(int dx, int dy) { x = x + dx; y = y + dy; Square side Square(int, int, int) Circle radius Circle(int, int, int) public abstract void draw(simplewindow w); EDAA01 (Föreläsning 1-2) VT 2017 19 / 108 EDAA01 (Föreläsning 1-2) VT 2017 20 / 108

Arv Subklassen Square Arv Exempel public class Square extends Shape { private int side; public Square(int x, int y, int side) { super(x, y); this.side = side; public void draw(simplewindow w) { w.moveto(x, y); w.lineto(x + side, y); w.lineto(x + side, y + side); w.lineto(x, y + side); w.lineto(x, y); public class Main { public static void main(string[] args) { Shape[] theshapes = new Shape[3]; theshapes[0] = new Square(100, 300, 100); theshapes[1] = new Square(400, 200, 100); theshapes[2] = new Circle(400, 400, 50); SimpleWindow w = new SimpleWindow(600, 600, "Figurer"); for (int i = 0; i < theshapes.length; i++) { theshapes[i].move(10, 10); for (int i = 0; i < theshapes.length; i++) { theshapes[i].draw(w); EDAA01 (Föreläsning 1-2) VT 2017 21 / 108 EDAA01 (Föreläsning 1-2) VT 2017 22 / 108 Diskutera Interface I ett helt annat program är man bara intresserad av att beräkna figurernas area. Metoderna draw och move behövs ej och då inte heller de gemensamma attributen x och y. Onödigt att använda arv! Klassen Shape har den abstrakta metoden draw. Lösning: Skriv ett interface Measurable med en abstrakt metod för att beräkna arean. Låt klasserna Square och Circle implementera interfacet. Vad är en abstrakt metod? Varför finns den abstrakta metoden draw i klassen Shape? public interface Measurable { /** Returns the area. */ double area(); <<interface>> Measurable area() : double Square side Square(int, int, int) Circle radius Circle(int, int, int) EDAA01 (Föreläsning 1-2) VT 2017 23 / 108 EDAA01 (Föreläsning 1-2) VT 2017 24 / 108

Implementera interface Klassen Square implementerar interfacet Measurable I en klass som implementerar ett interface måste alla abstrakta metoder i interfacet implementeras: public class Square implements Measurable { private int side; public Square(int side) { this.side = side; Interface Exempel En variabel av typen Measurable kan referera till objekt av alla klasser som implementerar interfacet: public class Main { public static void main(string[] args) { Measurable[] theshapes = new Measurable[3]; theshapes[0] = new Square(100); theshapes[1] = new Square(100); theshapes[2] = new Circle(50); public double getside() { return side; public double area() { return side * side; int sum = 0; for (int i = 0; i < theshapes.length; i++) { sum += theshapes[i].area(); System.out.println(sum); EDAA01 (Föreläsning 1-2) VT 2017 25 / 108 EDAA01 (Föreläsning 1-2) VT 2017 26 / 108 Interface Betyder gränssnitt. Innehåller oftast en eller flera publika, abstrakta metoder. Metoderna är implicit publika och abstrakta, dvs. man behöver inte skriva public abstract. public interface Measurable { /** Returns the area. */ double area(); Interface Java 8 Från och med Java 8 kan interface innehålla abstrakta metoder konstanter statiska metoder default-metoder public interface Measurable { /** Returns the area. */ double area(); /** Returns a String representation of the area. */ public default String areaasstring() { return String.valueOf(area()); EDAA01 (Föreläsning 1-2) VT 2017 27 / 108 EDAA01 (Föreläsning 1-2) VT 2017 28 / 108

Interface Implementera flera interface Interface Typ Interface kan användas som typer (precis som klasser) En klass kan implementera flera interface men bara ärva från en klass. public class Square extends Shape implements Measurable, Cloneable { // implementering av alla abstrakta metoder i klassen Shape // och i interfacen Measurable och Cloneable Exempel 1: Measurable m = new Square(50); System.out.println(m.area()); Exempel 2: public static double sumareas(measurable[] a) { int sum = 0; for (int i = 0; i < a.length; i++) { sum += a[i].area(); return sum; EDAA01 (Föreläsning 1-2) VT 2017 29 / 108 EDAA01 (Föreläsning 1-2) VT 2017 30 / 108 Interface som typnamn Exempel: Komplexa tal Interfacet ComplexNumber Genom att använda interfacenamnet som typnamn kan man Exempel: eller skjuta upp valet av implementering lätt byta en implementerande klass mot en annan List<Integer> list = new ArrayList<Integer>(); List<Integer>list = new LinkedList<Integer>(); List<E> är ett interface i java.util, medan ArrayList<E> och LinkedList<E> är konkreta klasser. public interface ComplexNumber { /** Returns real part. */ double getre(); /** Returns imaginary part. */ double getim(); /** Adds this number and rhs and returns result as a new complex number. */ ComplexNumber add(complexnumber rhs); EDAA01 (Föreläsning 1-2) VT 2017 31 / 108 EDAA01 (Föreläsning 1-2) VT 2017 32 / 108

Klass som implementerar interfacet public class RectangularComplexNumber implements ComplexNumber { private double re; private double im; public RectangularComplexNumber(double re, double im) { this.re = re; this.im = im; public double getre() { return re; public double getim() { return im; EDAA01 (Föreläsning 1-2) VT 2017 33 / 108 En annan klass som implementerar interfacet public class PolarComplexNumber implements ComplexNumber { private double r; private double theta; public PolarComplexNumber(double re, double im) { r = Math.sqrt(re*re + im*im); theta = Math.atan2(im, re); /** returns real part */ public double getre() { return r * Math.cos(theta); /** returns imaginary part */ public double getim() { return r * Math.sin(theta); EDAA01 (Föreläsning 1-2) VT 2017 34 / 108 Interface Kontrakt Interfacet fungerar som kontrakt eller specifikation. Flera implementeringar (klasser) kan uppfylla kontraktet. Användare har tillgång till alla metoder i ett interface innan de är implementerade. Det är bara när man skapar instanser som man behöver tillgång till en implementerande klass. ComplexNumber c1 = new RectangularComplexNumber(1,2); ComplexNumber c2 = c1; c2 = c2.add(c1); Dokumentationskommentar En publik metod bör förses med en kommentar på formen /** */. Det är sedan enkelt att framställa javadoc-filer med information om klassen. Kommentaren ska innehålla: Minst en mening (avslutad med punkt) som beskriver vad metoden gör. HTML-taggarna @param, @return för att beskriva parametrar, returvärde /** * Deposits the specified amount. * @param n The amount to deposit */ public void deposit(int n) { balance = balance + n; EDAA01 (Föreläsning 1-2) VT 2017 35 / 108 EDAA01 (Föreläsning 1-2) VT 2017 36 / 108

Pre- och postvillkor (eng. pre- och postconditions) Kontrakt på metodnivå Pre- och postvillkor Exempel I en metods dokumentationskommentar kan man ange pre- och postvillkor. public class BankAccount { private int balance; Previllkor är villkor som måste vara uppfyllda för att en metod ska kunna utföra sin uppgift. Ibland finns inga preconditions. När de finns, är de ofta villkor som parametrarna ska uppfylla. Postvillkor beskriver hur exekvering av metoden förändrar tillståndet hos objektet. Behöver bara anges om metoden förändrar tillståndet (oftast void-metoder). För metoder som inte är void bör man i stället ge en kommentar om vad som returneras. /** * Deposits the specified amount. * pre: The specified amount is >= 0 * post: The specified amount is added to balance * @param n The amount to deposit */ public void deposit(int n) { balance = balance + n; EDAA01 (Föreläsning 1-2) VT 2017 37 / 108 EDAA01 (Föreläsning 1-2) VT 2017 38 / 108 Problem att lösa Fel värde på parameter Fel i program ( buggar ) Olika slags fel /** * Deposits the specified amount. * pre: The specified amount is >= 0 * post: The specified amount is added to balance * @param n The amount to deposit */ public void deposit(int n) { balance = balance + n; Syntaxfel bryter mot språkets grammatik (syntax). Exempel: glömt ett {, glömt deklarera en variabel innan den används Exekveringsfel (Runtime errors eller Exceptions) upptäcks vid exekvering. Exempel: ArrayIndexOutOfBoundException, NullPointerException, Logiska fel Programmet kan köras men ger fel resultat. Vad ska hända om man försöker sätta in ett negativt belopp? EDAA01 (Föreläsning 1-2) VT 2017 39 / 108 EDAA01 (Föreläsning 1-2) VT 2017 40 / 108

Exekveringsfel Exception Vad händer vid ett exekveringsfel? Ett objekt ( exception ) skapas som beskriver typen av fel. Programmet avbryts. Ett felmeddelande skrivs ut där typ av fel (exception-objektets typ) stacktrace (sekvensen av metodanrop) framgår. Betyder undantag Exception genereras ( throws ) vid exekveringsfel. Man kan fånga ( catch ) exception och då själv avgöra hur felsituationen ska hanteras. Man kan skriva kod som genererar exception inuti en metod. (Används om det uppstår en situation som gör det omöjligt för metoden att utföra sin uppgift.) EDAA01 (Föreläsning 1-2) VT 2017 41 / 108 EDAA01 (Föreläsning 1-2) VT 2017 42 / 108 Exception Olika typer av fel beskrivs av olika subklasser till klassen Exception. Exceptions Unchecked och checked Exception Det finns två slag av Exceptions: RuntimeException IOException Unchecked Exceptions Subklass till RuntimeException. Behöver inte fångas. Exempel: ArrayIndexOutOfBoundException, NullPointerException ArrayIndexOutOfBoundException NullPointerException FileNotFoundException Checked Exceptions Måste fångas någonstans i anropskedjan, annars kompileringsfel. Exempel: FileNotFoundException NoSuchElementException EDAA01 (Föreläsning 1-2) VT 2017 43 / 108 EDAA01 (Föreläsning 1-2) VT 2017 44 / 108

Exceptions Unchecked och checked, forts Generera exception Exempel: throw new IllegalArgumentException("amount to deposit < 0"); Unchecked Exceptions används då felet beror på programmeraren Ex: NullPointerException eller ArrayIndexOutOfBoundsException Checked Exceptions används då felet inte beror på programmeraren Ex: FileNotFoundException om man försöker öppna en fil som inte finns Mönster: throw new ExceptionClass(); throw new ExceptionClass(message); Effekt: Ett nytt exception-objekt skapas. Exekveringen av metoden avbryts. Javasystemet letar efter fångande catch-block. EDAA01 (Föreläsning 1-2) VT 2017 45 / 108 EDAA01 (Föreläsning 1-2) VT 2017 46 / 108 Generera exception Exempel /** * Deposits the specified amount. * pre: The specified amount is >= 0 * post: The specified amount is added to balance * @param n The amount to deposit * @throws IllegalArgumentException if the specified amount is < 0 */ public void deposit(int n) { if (n < 0) { throw new IllegalArgumentException("amount to deposit < 0"); balance = balance + n; Egna exceptionklasser Om man vill kan man implementera en egen exceptionklass (behövs sällan, det finns färdiga exceptionklasser i Javas bibliotek för de flesta situationer). Om den ska vara checked: public class SpellException extends Exception { Om den ska vara unchecked: public class SomeSortOfException extends RuntimeException { EDAA01 (Föreläsning 1-2) VT 2017 47 / 108 EDAA01 (Föreläsning 1-2) VT 2017 48 / 108

Fånga exception Mönster Fånga exceptions Exempel try { // kod som kan generera exception catch (ExceptionClass e) { // kod för att hantera exception try { // kod som kan generera exception catch (ExceptionClass1 e1) { // kod för att hantera exception av typen ExceptionClass1 catch (ExceptionClass2 e2) { // kod för att hantera exception av typen ExceptionClass2 finally { // kod som utförs efter try-blocket eller efter catch-blocket När man anropar en metod som genererar ett exception fångar man normalt det i en try-catch-sats: Scanner scan = null; try { // försöker öppna en fil med namnet filename scan = new Scanner(new File(fileName)); catch (FileNotFoundException e) { System.err.println("Couldn t open file " + filename); System.exit(1); använd scan Om exception inträffar, avbryts exekveringen av satserna i try-blocket och satserna i catch-blocket exekveras. EDAA01 (Föreläsning 1-2) VT 2017 49 / 108 EDAA01 (Föreläsning 1-2) VT 2017 50 / 108 Fånga exceptions Forts I satsen catch(exception e) kan t.ex. följande metoder användas för att få mer information: e.printstacktrace(); som skriver ut information om raden där felet inträffat och den/de metodanrop som lett till denna rad. e.getmessage(); som returnerar en sträng med meddelande om felets art. Exempel: Scanner scan = null; try { scan = new Scanner(new File(fileName)); catch (FileNotFoundException e) { e.printstacktrace(); System.exit(1); använd scan Ignorera checked exceptions Man kan ignorera en checked Exception och kasta det vidare till den anropande metoden. Isåfallmåstemanangedetimetodrubrikenidenmetoddär exception genereras: public Scanner createscanner(string filename) throws FileNotFoundException { // Här genereras exception om filen inte går att öppna Scanner scan = new Scanner(new File(fileName)); return scan; I den metod som anropar createscanner måste man ta hand om detta exception och kan korrigera felet på valfritt sätt. EDAA01 (Föreläsning 1-2) VT 2017 51 / 108 EDAA01 (Föreläsning 1-2) VT 2017 52 / 108

Hantera unchecked exceptions Generik Metod som genererar unchecked exception behöver inte ange det i sin rubrik Kan anges i kommentar Den som anropar en metod som kan generera en unchecked exception behöver inte (men kan) fånga den i en try-catch-sats Leder till exekveringsfel om de inte fångas. Introduktion till Generik i Java Här introduceras generiska klasser och interface. Mer om generik finns att läsa på OH-bilderna Mer om generik som finns på kursens webbsida: generik och arv wildcards vektorer och generik generiska metoder Vissa av dessa moment dyker upp och förklaras senare, t.ex. i samband med laborationer. EDAA01 (Föreläsning 1-2) VT 2017 53 / 108 EDAA01 (Föreläsning 1-2) VT 2017 54 / 108 Generik Bakgrund Generik Bakgrund forts Klasser bör implementeras så att de blir generella d.v.s. går att använda i många olika sammanhang. En klass som hanterar en lista av element ska inte skrivas så att den bara kan hantera listor med heltal. Lösningen har i tidigare javaversioner varit att ge parametrar i metoderna den mest generella typen Object. Ex: add-metoden i en lista kunde ha signaturen public boolean add(object x); Typosäkerhet utan generik! I den gamla modellen kunde man skriva: mylist.add(new Integer(1)); mylist.add(new Integer(2)); mylist.add(new Person( Bilbo )); Om avsikten är att listan ska innehålla tal, har vi gjort fel på rad 3. Kompilatorn kan inte upptäcka detta koden är korrekt, både Integer och Person är subklasser till Object. EDAA01 (Föreläsning 1-2) VT 2017 55 / 108 EDAA01 (Föreläsning 1-2) VT 2017 56 / 108

Generik i Java Generik i Java Ger oss möjlighet att abstrahera över typer Vi kan använda typparametrar när vi definierar en klass. Ex: public class ArrayList<E> { Vid användning av en generisk klass anges ett typargument. Ex: ArrayList<Integer> mylist = new ArrayList<Integer>(); Kompilatorn kommer att upptäcka typfel. Ex: ArrayList<Integer> mylist = new ArrayList<Integer>(); mylist.add(new Person("Bilbo")); ger nu kompileringsfel, mylist får enligt sin deklaration endast innehålla objekt av typen Integer. EDAA01 (Föreläsning 1-2) VT 2017 57 / 108 EDAA01 (Föreläsning 1-2) VT 2017 58 / 108 Exempel på en generisk klass java.util.arraylist Exempel på en generisk klass java.util.arraylist, forts Utdrag ur den generiska klassen java.util.arraylist: public class ArrayList<E> { public ArrayList() { public boolean add(e x) { public void add(int index, E x) { public E get(int index) { Alla add-metoder har inparameter av typen E. Därför kan enbart objekt av klassen E (eller subklasser till denna) sättas in i listan. Observera att inte alla metoder i ArrayList<E> har E som typparameter. T.ex. har contains och remove följande signaturer: public boolean contains(object x); public boolean remove(object x); Användare som inte känner till den exakta typen av ett element x ska kunna anropa metoderna. Dock kommer man att få resultat true om och endast om x finns i listan (och alltså även är av rätt typ). EDAA01 (Föreläsning 1-2) VT 2017 59 / 108 EDAA01 (Föreläsning 1-2) VT 2017 60 / 108

Användning av en generisk klass java.util.arraylist Diskutera Antag att vi lagrar heltal i en lista: Exempel: ArrayList<String> list = new ArrayList<String>(); list.add("kili"); list.add("balin"); String s = list.get(0); System.out.println(s); ArrayList<Integer> list = new ArrayList<Integer>(); list.add(5); int j = list.get(0); Hur kan detta fungera? Listan innehåller Integer-objekt. På andra raden sätter vi in ett heltal (typen int). På tredje raden har vi deklarerat en variabel j av typen int. Men metoden get returnerar en referens till ett Integer-objekt. EDAA01 (Föreläsning 1-2) VT 2017 61 / 108 EDAA01 (Föreläsning 1-2) VT 2017 62 / 108 Primitiva datatyper - wrapperklasser Primitiva datatyper - wrapperklasser Exempel Primitiva typer i Java: boolean short int long char byte float double Motsvarande wrapperklasser: Boolean Short Integer Long Character Byte Float Double int a = 42; Integer b = new Integer(42); a b 42 42 Variabeln a har värdet 42, medan variabeln b innehåller en referens till ett Integer-objekt. EDAA01 (Föreläsning 1-2) VT 2017 63 / 108 EDAA01 (Föreläsning 1-2) VT 2017 64 / 108

Autoboxing unboxing Autoboxing automatisk konvertering från primitiv typ till objekt av motsvarande wrapperklass Unboxing automatisk konvertering av objekt av wrapperklass till motsvarande primitiva typ Exempel: Integer k = 3; // autoboxing int j = k; // unboxing Integer i = new Integer(2); i = i + 1; // Unboxing av i för att beräkna i+1. // Därefter autoboxing av resultatet vid // tilldelningen. Autoboxing unboxing isambandmedgeneriskaklasser Praktiskt när man vill använda en generisk klass för att lagra element av primitiv typ. Ex: ArrayList<Integer> list = new ArrayList<Integer>(); list.add(5); // Autoboxing till Integer-objekt här. int j = list.get(0); // Unboxing till int här. I tidiga versioner av Java var man tvungen att skriva i = new Integer(i.intValue() + 1); EDAA01 (Föreläsning 1-2) VT 2017 65 / 108 EDAA01 (Föreläsning 1-2) VT 2017 66 / 108 Implementering av generisk klass Java 1.4 public class Container { private Object item; Fr o m Java 5.0 generisk klass public class Container<E> { private E item; Generisk klass med flera typparametrar Implementering public class Pair<K, V> { private K key; private V value; public Container(Object x) { item = x; public Object get() { return item; public void set(object x) { item = x; public Container(E x) { item = x; public E getitem() { return item; public void setitem(e x) { item = x; public Pair(K key, V value) { this.key = key; this.value = value; public V getvalue() { return value; public void setvalue(v val) { value = val; EDAA01 (Föreläsning 1-2) VT 2017 67 / 108 EDAA01 (Föreläsning 1-2) VT 2017 68 / 108

Generisk klass med flera typparametrar Användning Generiska interface Även interface kan vara generiska. Ex: Exempel: Pair<String, Integer> pair = new Pair<String, Integer>("June", 30); int nbrdays = pair.getvalue(); public interface Set<E> { boolean add(e x); int size(); boolean contains(object x); EDAA01 (Föreläsning 1-2) VT 2017 69 / 108 EDAA01 (Föreläsning 1-2) VT 2017 70 / 108 Restriktioner för typparametrar och typvariabler Parameter till generisk klass kan inte vara primitiv typ: SomeClass<int> c = // Går inte! Typvariabler kan inte användas för att skapa objekt: public class SomeClass<E> { public void p() { E x = new E(); // Fel! Typparametrar kan inte användas för att överlagra metoder: public class MyClass<T,U> { public void p(t x) { public void p(u x) { // Fel! Introduktion till delar av Javas klassbibliotek Java Collections Framework interface och klasser för samlingar av element interfacen Iterator och Iterable och foreach-sats i Java - används för att traversera genom en samling element interfacet Comparable Läsanvisningar Interfacet List och Klassen ArrayList behandlas i avsnitt 2.1. Fler interface och klasser behandlas senare i kursen/läroboken. Dokumentation På Javas webbsida (länk finns på kursens webbsida) finns dokumentation av Javas standardklasser. Där finns även tuturials, bl.a. om Javas Collection-klasser. EDAA01 (Föreläsning 1-2) VT 2017 71 / 108 EDAA01 (Föreläsning 1-2) VT 2017 72 / 108

JCF Java Collections Framework JCF interface hierarki Är en hierarki av interface, abstrakta klasser och konkreta klasser för samlingar av element. Finns i paketet java.util. Basen i hierarkin är ett interface Collection: Collection Map interface Collection<E> { boolean add(e x); boolean contains(object x); boolean remove(object x); boolean isempty(); int size(); Queue Deque List Set SortedSet SortedMap EDAA01 (Föreläsning 1-2) VT 2017 73 / 108 EDAA01 (Föreläsning 1-2) VT 2017 74 / 108 JCF interface hierarki JCF några klasser Collection en samling av element, där dubbletter tillåts Queue en samling av element som utgör en kö Deque som Queue men man kan sätta in och ta ut element både i början och i slutet av kön List en samling element där dubbletter tillåts och där positionering är möjlig (första, sista, element på plats i, ) Set en samling element där dubbletter är förbjudna SortedSet som Set men med krav att elementen går att jämföra Map en samling av element, där varje element har en en nyckel och ett värde (jfr. lexikon) SortedMap som Map men med krav att nycklarna går att jämföra Interface Queue Deque List Set SortedSet Map SortedMap Klass ArrayDeque, LinkedList, PriorityQueue ArrayDeque, LinkedList ArrayList, LinkedList HashSet TreeSet HashMap TreeMap EDAA01 (Föreläsning 1-2) VT 2017 75 / 108 EDAA01 (Föreläsning 1-2) VT 2017 76 / 108

Diskutera Iteratorer Antag att vi lagrar ett antal personer i en lista (eller i någon annan samlingsklass): ArrayList<Person> plist = new ArrayList<Person>(); // här sätts Person-objekt in i samlingen För att iterera genom (traversera) listor eller andra samlingar kan man använda ett iteratorobjekt. Ett iteratorobjekt håller reda på en position i listan: Hur ska vi göra för iterera genom listan och behandla alla personerna (t.ex. skriva ut alla personernas namn)? EDAA01 (Föreläsning 1-2) VT 2017 77 / 108 EDAA01 (Föreläsning 1-2) VT 2017 78 / 108 Iteratorer Interfacet Iteratorer<E> Ett iterator-objekt är en instans av en klass som implementerar interfacet Iterator<E>. public interface Iterator<E> { /** Returns true if the iteration has more elements. */ boolean hasnext(); /** Returns the next element in the iteration. */ E next(); Iteratorer Exempel Till ArrayList<E> hör en speciell iteratorklass (vars namn vi inte vet). Denna iteratorklass implementerar interfacet Iterator<E>. I iteratorklassen finns attribut som håller reda på iteratorns position. I klassen ArrayList<E> finns en metod iterator() som returnerar en referens till ett nyskapat iteratorobjekt. ArrayList<Person> plist = new ArrayList<Person>(); Iterator<Person> itr = plist.iterator(); /** Removes from the underlying collection the last element returned by the iterator (optional). */ void remove(); plist itr 0 EDAA01 (Föreläsning 1-2) VT 2017 79 / 108 EDAA01 (Föreläsning 1-2) VT 2017 80 / 108

Användning av iterator Exempel Interfacet Iterable<E> I Java finns också följande interface: ArrayList<Person> plist = new ArrayList<Person>(); // här sätts Person-objekt in i samlingen Iterator<Person> itr = plist.iterator(); while (itr.hasnext()) { Person p = itr.next(); // behandla p Lägg märke till hur man skaffar sig en iterator genom att anropa metoden iterator. public interface Iterable<E> { /** Returns an iterator over a set of elements of type E */ Iterator<E> iterator(); Interfacet Collection ärver interfacet Iterable: public interface Collection<E> extends Iterable<E> Alla klasser som implementerar Collection måste alltså implementera metoden iterator(). Man kan alltså använda en iterator på objekt av alla dessa klasser. EDAA01 (Föreläsning 1-2) VT 2017 81 / 108 EDAA01 (Föreläsning 1-2) VT 2017 82 / 108 JCF interface hierarki med Iterable<E> och Iterator<E> Metoden iterator() Exempel på collection-klass med metoden iterator Iterable iterator() public class ArrayCollection<E> implements Collection<E> { private E[] thecollection; private int size; Queue Deque Collection List Set SortedSet Iterator hasnext() next() remove() Map SortedMap impl av konstruktor, add, public Iterator<E> iterator() { return new ArrayIterator(); private class ArrayIterator implements Iterator<E> { // Här finns metoderna hasnext, next och remove EDAA01 (Föreläsning 1-2) VT 2017 83 / 108 EDAA01 (Föreläsning 1-2) VT 2017 84 / 108

Implementering av interfacet Iterator<E> Inre klass foreach-sats i Java Exempel Den klass som implementerar interfacet Iterator kan vara inre klass i den klass som representerar samlingen. En inre klass har tillgång till alla attribut i den omgivande klassen. Inuti klassen ArrayIterator från exemplet på förra bilden kan vi använda attributen thecollection och size. Den kan vara privat, och ha en en privat konstruktor, eftersom det bara är den omgivande klassen som skapar instanser. Ienavövningsuppgifternakandutränapåattimplementeradeninre klassen ArrayIterator. ArrayList<Person> plist = new ArrayList<Person>(); // här sätts Person-objekt in samlingen for (Person p : plist) { // behandla p Ett sätt att enkelt iterera över samlingar. Man slipper att explicit använda en iterator. (Men hasnext() och next() anropas i bakgrunden). for (Person p : plist) kan läsas som för varje p i plist. Kan användas för objekt av klasser som implementerar Iterable och för vektorer. EDAA01 (Föreläsning 1-2) VT 2017 85 / 108 EDAA01 (Föreläsning 1-2) VT 2017 86 / 108 foreach-sats Vektorer foreach-sats Begränsningar Foreach-sats kan inte användas när man explicit behöver tillgång till iteratorn i koden. Kan också användas för att iterera över elementen i en vektor. Ex: En metod som skriver ut namn på personer som lagrats i en vektor av typ Person[]: public void print(person[] a) { for (Person p : a) { System.out.println(p.getName()); Exempel: Tag bort alla personer som matchar x ur en ArrayList<Person> plist: Iterator<Person> itr = plist.iterator(); while (itr.hasnext()) { if (itr.next().equals(x)) { itr.remove(); Här kan iteratorn användas för att ta bort element. Man får inte använda listans egna metoder för att lägga till eller ta bort element under itereringen. (Detta fall kan lösas på ett enklare sätt genom att använda listans metod removeif.) EDAA01 (Föreläsning 1-2) VT 2017 87 / 108 EDAA01 (Föreläsning 1-2) VT 2017 88 / 108

foreach-sats Begränsningar Nästlad foreach-sats Foreach-sats kan inte användas för att iterera parallellt över flera samlingar, motsvarande följande kod: ArrayList<Person> list1, list2; Iterator<Person> itr1 = list1.iterator(); Iterator<Person> itr2 = list2.iterator(); while(itr1.hasnext() && itr2.hasnext()) { System.out.println(itr1.next() + " " + itr2.next()); Däremot går det bra med nästlade loopar. Ex: Skriv ut alla kombinationer av strängar str1 str2 där str1 finns i vektorn first och str2 finns i vektorn second. first och second är av typen String[] : for (String f : first ) { for (String s : second) { System.out.println(f + " " + s); EDAA01 (Föreläsning 1-2) VT 2017 89 / 108 EDAA01 (Föreläsning 1-2) VT 2017 90 / 108 Traversera elementen i en samling Java 8 Fr.o.m. Java 8 finns metoden foreach i interfacet Iterable. Exempel: ArrayList<Integer> list = new ArrayList<Integer>(); list.add(10); list.add(11); list.add(12); list.foreach(e-> System.out.println(e)); // skriver ut alla tal list.foreach(e-> { // skriver ut alla jämna tal if (e % 2 == 0) { System.out.println(e); ); Det som skicka med som argument till metoden foreach är ett lambdauttryck ett block av kod som ska exekveras senare, i det här fallet när metoden foreach anropas. (Lambdauttryck behandlas på föreläsning 7.) EDAA01 (Föreläsning 1-2) VT 2017 91 / 108 Filtrering med metoden removeif Java 8 I interfacet Collection finns metoden removeif som kan användas för att filtrera bort element ur en lista. Exempel 1: Filtrera bort alla personer som matchar x ur lista plist: plist.removeif(p -> p.equals(x)); Exempel 2: Filtrera bort alla udda tal ur listan list: list.removeif(n -> n % 2!= 0); Argumentet är ett lambdauttryck (behandlas på föreläsning 7). EDAA01 (Föreläsning 1-2) VT 2017 92 / 108

Strömmar Java 8 Man kan även använda strömmar för att behandla alla element i en samling eller en vektor. Exempel 1: Skriv ut alla personerna i listan plist: plist.stream().foreach(p -> System.out.println(p)); Exempel 1: Skriv ut alla personer i listan plist som matchar x: plist.stream().filter(p -> p.equals(x)).foreach(p -> System.out.prin Du kan läsa mer om strömmar här: https://docs.oracle.com/javase/tutorial/collections/streams/ Diskutera Söka efter objekt i en lista Följande klass beskriver en person: public class Person { private String name; private int id; public Person (String name, int id) { this.name = name; this.id = id; Vad skrivs ut när följande rader exekveras? Förklara varför? ArrayList<Person> list = new ArrayList<Person>(); list.add(new Person("Fili", 1)); list.add(new Person("Balin", 2)); System.out.println(list.contains(new Person("Balin", 2))); EDAA01 (Föreläsning 1-2) VT 2017 93 / 108 EDAA01 (Föreläsning 1-2) VT 2017 94 / 108 Jämföra likhet Metoden equals Skugga equals Specifikation Inuti ArrayList används metoden equals för att jämföra om två objekt är lika: if (p1.equals(p2)) { Metoden equals finns i superklassen Object. Den returnerar true om och endast om de jämförda objekten är identiska. Om man istället vill att innehållet inuti objekten ska jämföras måste man skugga (omdefiniera) equals. Exempel: Om man vill att två personer ska anses lika när de har samma id-nummer måste man skugga equals i klassen Person. public boolean equals(object obj); Ur equals specifikation: x.equals(x) ska returnera true (reflexivitet). Om x.equals(y) returnerar true så ska y.equals(x) returnera true (symmetri). Om x.equals(y) returnerar true och y.equals(z) returnerar true så ska x.equals(z) returnera true (transitivitet). Upprepade anrop av x.equals(y) ska ge samma resultat (konsistens). x.equals(null) ska returnera false. EDAA01 (Föreläsning 1-2) VT 2017 95 / 108 EDAA01 (Föreläsning 1-2) VT 2017 96 / 108

Skugga equals atttänkapå Omdefiniera equals med instanceof Parametern till equals måste vara av typ Object, annars blir det inte skuggning och den ursprungliga metoden i klassen Object kommer att användas. De attribut som används i jämförelsen inuti equals bör inte gå att ändra. Deklarera dem final: public class Person { private String name; private final int id; Annars kan det bli svårt att hitta objektet när det satts in i en lista eller annan samling. När man skuggar equals bör man också skugga metoden hashcode. Metoderna equals och hashcode används när objekt sätts in i en hashtabell. (Behandlas senare i kursen). public boolean equals(object obj) { if (obj instanceof Person) { return idnbr == ((Person) obj).idnbr; else { return false; Observera att parametern till equals måste vara av typ Object, annars blir det inte skuggning. Därför måste också typomvandling till Person ske när man ska använda obj:s idnbr. Uttrycket obj instanceof Person returnerar true om obj:s typ är Person eller någon subklass till Person. Uttrycket obj instanceof Person returnerar false om obj har värdet null. EDAA01 (Föreläsning 1-2) VT 2017 97 / 108 EDAA01 (Föreläsning 1-2) VT 2017 98 / 108 Skugga (skugga) equals medinstanceof Fördelar och nackdelar Denna lösningen tillåter att subklasser ärver equals-metoden. Man kan därför använda equals i en arvshieariki och jämföra subklassobjekt och superklassobjekt. Kan leda till att equals inte uppfyller kraven i specifikationen om man skuggar equals i subklassen. Därför är det lämpligt att deklarera metoden equals final: public final boolean equals(object obj) { Nu kan inte equals skuggas i någon subklass till Person. Detta undviks om man bara tillåter jämförelser mellan objekt av samma typ. Se nästa bild. Skugga equals medgetclass public boolean equals(object obj) { if (obj == this) { return true; if (obj == null) { return false; if (this.getclass()!= obj.getclass()) { return false; return id == ((Person) obj).id; Metoden getclass returnerar typen för det objekt obj refererar till under exekveringen. Bara metoder av exakt samma klass kan anses vara lika. EDAA01 (Föreläsning 1-2) VT 2017 99 / 108 EDAA01 (Föreläsning 1-2) VT 2017 100 / 108

Skugga equals medextrametodcanequal Ibland blir lösningen på förra bilden för sträng. Det kan man lösa genom att lägga till en extra metod i klassen: public boolean equals(object obj) { if (obj instanceof Person) { Person other = (Person) obj; return other.canequal(this) && this.id == other.id; else { return false; public boolean canequal(object other) { return (other instanceof Person); Diskutera Sortera objekt Klassen Person beskriver en person. Vad händer när följande rader exekveras? Förklara varför? Person[] persons = new Person[4]; persons[0] = new Person("Kili", 1); persons[1] = new Person("Balin", 2); persons[2] = new Person("Dori", 4); persons[3] = new Person("Fili", 3); Arrays.sort(persons); for(person p : persons) { System.out.println(p); Bägge metoderna ska skuggas i subklasser. För detaljer läs mer här: www.artima.com/lejava/articles/equality.html EDAA01 (Föreläsning 1-2) VT 2017 101 / 108 EDAA01 (Föreläsning 1-2) VT 2017 102 / 108 Interfacet Comparable Specifikation I Java finns ett generiskt interface, Comparable<T>: public interface Comparable<T> { /** * Compares this object with the specified object for order. * Returns a negative integer, zero, or a positive integer as * this object is less than, equal to, or greater than the * specified object. */ public int compareto(t x); Objekt av klasser som implementerar detta interface går att jämföra med varandra och kan t.ex. sorteras. Inuti metoden sort används Comparable som typ för de element som ska sorteras. EDAA01 (Föreläsning 1-2) VT 2017 103 / 108 Implementering av interfacet Comparable Exempel public class Person implements Comparable<Person> { private String name; private int id; public int compareto(person x) { return Integer.compare(id, p.id); public boolean equals(object obj) { if (obj instanceof Person) { return compareto((person) obj) == 0; else { return false; EDAA01 (Föreläsning 1-2) VT 2017 104 / 108

Jämföra likhet Metoderna compareto och equals Typparametrar med begränsningar Interfacet Comparable innehåller bara metoden compareto. Men för klasser som implementerar interfacet Comparable finns det två sätt att jämföra avseende likhet: Person p1 = ; Person p2 = ; if (p1.compareto(p2) == 0) { if (p1.equals(p2)) { Båda sätten att jämföra bör ge konsistenta resultat. Därför bör metoden equals skuggas i klasser som implementerar Comparable. Ibland behöver man ange begränsning på typparmetern: public class ASortedCollection<E extends Comparable<E>> <E extends T> betyder: E måste vara subklass till T om T är en klass. Det är också tillåtet att E = T. E måste implementera interfacet T om T är ett interface. IexempletovanangervialltsåattE måste vara en typ som implementerar interfacet Comparable<E>. Vi kan därmed använda metoden compareto på objekt av typen E iimplementeringenav ASortedCollection. EDAA01 (Föreläsning 1-2) VT 2017 105 / 108 EDAA01 (Föreläsning 1-2) VT 2017 106 / 108 Språkkonstruktioner i Java och delar av Javas klassbibliotek Exempel på vad du ska kunna Förklara begreppet interface och deklarera interface i Java Skriva klasser som implementerar interface Skriva programkod för att fånga exception Skriva metoder som genererar exception Förklara begreppen wrapperklass, autoboxing och unboxing Förklara begreppet generik, kunna använda respektive implementera generiska klasser Använda en iterator för att traversera en samling element Implementera iteratorer för enkla datastrukturer som listor och vektorer Implementera interfacet Comparable Formulera testfall och använda JUnit för att testa klasser Förklara begreppen: skuggning, överlagring, polymorfism EDAA01 (Föreläsning 1-2) VT 2017 107 / 108 Datorlaboration 1 generisk klass, testning med junit Implementera en egen generisk klass som beskriver en mängd. Inuti mängdklassen ska du använda ArrayList<E> för att hålla reda på mängdens element. Du har alltså två roller samtidigt: 1 implementatör av mängdklassen 2 användare av ArrayList<E> Några av metoderna blir korta (en rad räcker). Delegera så mycket som möjligt till ArrayList<E>. Innehåll: interface, generisk klass, arv, testning med JUnit (läs PM om junit). EDAA01 (Föreläsning 1-2) VT 2017 108 / 108