EDAA01 Programmeringsteknik - fördjupningskurs

EDAA01 Programmeringsteknik - fördjupningskurs Läsperiod lp 1+2 (Ges även lp 3) 7.5 hp anna.axelsson@cs.lth.se http://cs.lth.se/edaa01ht 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 EDAA01 (Föreläsning 1-2) HT 2016 1 / 107

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 interfacen Iterator och Iterable och foreach-sats Jämföra element metoden equals, interfacet Comparable EDAA01 (Föreläsning 1-2) HT 2016 2 / 107

Språkkonstruktioner i Java och delar av Javas klassbibliotek Undervisningsmoment: föreläsning 1-2 övningsuppgifter 1-3 laboration 1 Avsnitt i läroboken: 1, 2.1, Appendix A6, A11, A12 I gamla upplagan: 1.1-1.3, 2.1-2.4, 4.1 EDAA01 (Föreläsning 1-2) HT 2016 3 / 107

Detta kan du... Förkunskaper 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) HT 2016 4 / 107

Detta ska du lära dig... Kursens mål 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 EDAA01 (Föreläsning 1-2) HT 2016 5 / 107

Mål Förklaring av termer 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) HT 2016 6 / 107

Varför är detta viktigt att kunna? 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 EDAA01 (Föreläsning 1-2) HT 2016 7 / 107

Exempel 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) HT 2016 8 / 107

Från problem till program Specifikation av problemet Design Val av lösningsmetoder (algoritmer, datastrukturer) för delproblem Implementering (programskrivning) Testning Underhåll (korrigeringar och uppdateringar) 2 Behandlas i EDA061/F10, OMD Behandlas i denna kurs Parallellt: dokumentation EDAA01 (Föreläsning 1-2) HT 2016 9 / 107

Kursens struktur 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 EDAA01 (Föreläsning 1-2) HT 2016 10 / 107

Kursmoment Laborationer 6 st lp 1 läsvecka 3, 5, 7 och lp 2 läsvecka 2, 4, 6, obligatoriska Kräver förberedelser. Ska lösas i grupper om två. Anmälan till önskad labbgrupp görs på kursens hemsida senast ons 31/8. Inlämningsuppgift andra halvan av kursen obligatorisk Ska lösas i grupper om två. Finns på hemsidan. Det finns två alternativ att välja mellan. Redovisas i läsvecka 7 i lp 2. Övningsuppgifter Viktigt komplement till laborationerna. Löses på egen hand. Uppgifter och lösningsförslag finns på kursens hemsida. Ev. frågestunder, tid och sal på kursens hemsida. Föreläsningar 13 st, lp 1 läsvecka 1-7 och lp 2 läsvecka 1-3, 5-7 Föreläsningsbilderna innehåller det viktigaste av kursmaterialet och ger en sammanfattning av kursinnehållet. Bara en delmängd av dem visas under föreläsningarna. EDAA01 (Föreläsning 1-2) HT 2016 11 / 107

Examination Skriftlig tentamen Kursen inrapporteras i Ladok i två delar Obligatoriska moment (laborationer + inlämningsuppgift) 3 hp Tentamen 4.5 hp EDAA01 (Föreläsning 1-2) HT 2016 12 / 107

Lärobok E. Koffman och A. T. Wolfgang: Data Structures: Abstraction and Design Using Java, Second Edition. Den gamla upplagan heter: Objects, Abstraction, Data Structures and Design Using Java Version 5.0. Det går bra att använda både den nya och den gamla upplagan Litteraturanvisningar i kursmaterialet ges för båda upplagorna. Ny upplaga har kommit. Överväg denna ifall du köper ny bok. EDAA01 (Föreläsning 1-2) HT 2016 13 / 107

Relation till andra kurser För C och D ingår kursen i kurskedjor. Det är viktigt att känns till förkunskapskraven i kedjan. Finns på hemsidan. I övrigt gäller att nästan alla valfria kurser i datavetenskap kräver godkänt i EDAA01. EDAA01 (Föreläsning 1-2) HT 2016 14 / 107

CEQ-synpunkter Överlag nöjda studenter Några synpunkter från senaste två kursomgångararna: 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. Laborationsförberedelserna tar tid Ja så är det. Labbarna kräver förberedelser. Tillfällen att fråga om övningsuppgifterna efterfrågades Det fanns, men de var ej så välbesökta. Stressigt i slutet av läsperiod 2 med labb och inlämningsuppgift Det beror på hur man planerar sitt arbete. Labbarna kan förberedas veckan innan. Inlämningsuppgiften kan påbörjas i slutet av lp 1. Uppvärmningsuppgift för de som inte programmerat på ett tag önskas fixat, finns på hemsidan. EDAA01 (Föreläsning 1-2) HT 2016 15 / 107

Nytt sedan förra kursomgången: Senaste versionen av Java, Java 8, innehåller en del nyheter med anknytning till kursen. I kursboken och i det mesta av kursmaterialet används Java 7. Vissa föreläsningsbilder med Java 8 kommer dock att smygas in. Tentorna påverkas ej av detta. Extentorna är alltså fortfarande aktuella. Labb 6 (grafiska användargränsnitt) är omarbetad. Det finns en uppvärmningsuppgift (med ArrayList, arv mm) på kurshemsidan. Lös den ifall du känner dig ringrostig och/eller vill repetera. EDAA01 (Föreläsning 1-2) HT 2016 16 / 107

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. EDAA01 (Föreläsning 1-2) HT 2016 17 / 107

Arv repetition Exempel 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) Square side Square(int, int, int) Circle radius Circle(int, int, int) EDAA01 (Föreläsning 1-2) HT 2016 18 / 107

Arv Superklassen Shape 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; public abstract void draw(simplewindow w); EDAA01 (Föreläsning 1-2) HT 2016 19 / 107

Arv Subklassen Square 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); EDAA01 (Föreläsning 1-2) HT 2016 20 / 107

Arv Exempel 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) HT 2016 21 / 107

Diskutera Klassen Shape har den abstrakta metoden draw. Vad är en abstrakt metod? Varför finns den abstrakta metoden draw i klassen Shape? EDAA01 (Föreläsning 1-2) HT 2016 22 / 107

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! Lösning: Skriv ett interface Measurable med en abstrakt metod för att beräkna arean. Låt klasserna Square och Circle implementera interfacet. 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) HT 2016 23 / 107

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; public double getside() { return side; public double area() { return side * side; EDAA01 (Föreläsning 1-2) HT 2016 24 / 107

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); int sum = 0; for (int i = 0; i < theshapes.length; i++) { sum += theshapes[i].area(); System.out.println(sum); EDAA01 (Föreläsning 1-2) HT 2016 25 / 107

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(); EDAA01 (Föreläsning 1-2) HT 2016 26 / 107

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) HT 2016 27 / 107

Interface Implementera flera interface 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 EDAA01 (Föreläsning 1-2) HT 2016 28 / 107

Interface Typ Interface kan användas som typer (precis som klasser) 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) HT 2016 29 / 107

Interface som typnamn Genom att använda interfacenamnet som typnamn kan man skjuta upp valet av implementering lätt byta en implementerande klass mot en annan Exempel: eller 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. EDAA01 (Föreläsning 1-2) HT 2016 30 / 107

Exempel: Komplexa tal Interfacet ComplexNumber 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) HT 2016 31 / 107

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) HT 2016 32 / 107

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) HT 2016 33 / 107

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); EDAA01 (Föreläsning 1-2) HT 2016 34 / 107

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) HT 2016 35 / 107

Pre- och postvillkor (eng. pre- och postconditions) Kontrakt på metodnivå I en metods dokumentationskommentar kan man ange pre- och postvillkor. 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. EDAA01 (Föreläsning 1-2) HT 2016 36 / 107

Pre- och postvillkor Exempel public class BankAccount { private int balance;... /** * 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) HT 2016 37 / 107

Problem att lösa Fel värde på parameter /** * 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; Vad ska hända om man försöker sätta in ett negativt belopp? EDAA01 (Föreläsning 1-2) HT 2016 38 / 107

Fel i program ( buggar ) Olika slags fel 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. EDAA01 (Föreläsning 1-2) HT 2016 39 / 107

Exekveringsfel 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. EDAA01 (Föreläsning 1-2) HT 2016 40 / 107

Exception 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) HT 2016 41 / 107

Exception Olika typer av fel beskrivs av olika subklasser till klassen Exception. Exception RuntimeException IOException... ArrayIndexOutOfBoundException FileNotFoundException NullPointerException... NoSuchElementException... EDAA01 (Föreläsning 1-2) HT 2016 42 / 107

Exceptions Unchecked och checked Det finns två slag av Exceptions: Unchecked Exceptions Subklass till RuntimeException. Behöver inte fångas. Exempel: ArrayIndexOutOfBoundException, NullPointerException Checked Exceptions Måste fångas någonstans i anropskedjan, annars kompileringsfel. Exempel: FileNotFoundException EDAA01 (Föreläsning 1-2) HT 2016 43 / 107

Exceptions Unchecked och checked, forts 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 EDAA01 (Föreläsning 1-2) HT 2016 44 / 107

Generera exception Exempel: throw new IllegalArgumentException("amount to deposit < 0"); 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) HT 2016 45 / 107

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; EDAA01 (Föreläsning 1-2) HT 2016 46 / 107

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) HT 2016 47 / 107

Fånga exception Mönster 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 EDAA01 (Föreläsning 1-2) HT 2016 48 / 107

Fånga exceptions Exempel 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) HT 2016 49 / 107

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... EDAA01 (Föreläsning 1-2) HT 2016 50 / 107

Ignorera checked exceptions Man kan ignorera en checked Exception och kasta det vidare till den anropande metoden. I så fall måste man ange det i metodrubriken i den metod där 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) HT 2016 51 / 107

Hantera unchecked exceptions 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. EDAA01 (Föreläsning 1-2) HT 2016 52 / 107

Generik 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 hemsida: 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) HT 2016 53 / 107

Generik Bakgrund 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); EDAA01 (Föreläsning 1-2) HT 2016 54 / 107

Generik Bakgrund forts 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) HT 2016 55 / 107

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>(); EDAA01 (Föreläsning 1-2) HT 2016 56 / 107

Generik i Java 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) HT 2016 57 / 107

Exempel på en generisk klass java.util.arraylist 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. EDAA01 (Föreläsning 1-2) HT 2016 58 / 107

Exempel på en generisk klass java.util.arraylist, forts 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) HT 2016 59 / 107

Användning av en generisk klass java.util.arraylist Exempel: ArrayList<String> list = new ArrayList<String>(); list.add("kili"); list.add("balin");... String s = list.get(0); System.out.println(s);... EDAA01 (Föreläsning 1-2) HT 2016 60 / 107

Diskutera Antag att vi lagrar heltal i en lista: 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) HT 2016 61 / 107

Primitiva datatyper - wrapperklasser Primitiva typer i Java: boolean short int long char byte float double Motsvarande wrapperklasser: Boolean Short Integer Long Character Byte Float Double EDAA01 (Föreläsning 1-2) HT 2016 62 / 107

Primitiva datatyper - wrapperklasser Exempel 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) HT 2016 63 / 107

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. I tidiga versioner av Java var man tvungen att skriva i = new Integer(i.intValue() + 1); EDAA01 (Föreläsning 1-2) HT 2016 64 / 107

Autoboxing unboxing i samband med generiska klasser 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. EDAA01 (Föreläsning 1-2) HT 2016 65 / 107

Implementering av generisk klass Java 1.4 public class Container { private Object item; public Container(Object x) { item = x; public Object get() { return item; Fr o m Java 5.0 generisk klass public class Container<E> { private E item; public Container(E x) { item = x; public E getitem() { return item; public void set(object x) { item = x; public void setitem(e x) { item = x; EDAA01 (Föreläsning 1-2) HT 2016 66 / 107

Generisk klass med flera typparametrar Implementering public class Pair<K, V> { private K key; private V value; 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) HT 2016 67 / 107

Generisk klass med flera typparametrar Användning Exempel: Pair<String, Integer> pair = new Pair<String, Integer>("June", 30); int nbrdays = pair.getvalue(); EDAA01 (Föreläsning 1-2) HT 2016 68 / 107

Generiska interface Även interface kan vara generiska. Ex: public interface Set<E> { boolean add(e x); int size(); boolean contains(object x);... EDAA01 (Föreläsning 1-2) HT 2016 69 / 107

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!... EDAA01 (Föreläsning 1-2) HT 2016 70 / 107

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 hemsida (länk finns på kursens hemsida) finns dokumentation av Javas standardklasser. Där finns även tuturials, bl.a. om Javas Collection-klasser. EDAA01 (Föreläsning 1-2) HT 2016 71 / 107

JCF Java Collections Framework 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: interface Collection<E> { boolean add(e x); boolean contains(object x); boolean remove(object x); boolean isempty(); int size();... EDAA01 (Föreläsning 1-2) HT 2016 72 / 107

JCF interface hierarki <<Interface>> Collection <<Interface>> Map <<Interface>> Queue <<Interface>> List <<Interface>> Set <<Interface>> SortedMap <<Interface>> Deque <<Interface>> SortedSet EDAA01 (Föreläsning 1-2) HT 2016 73 / 107

JCF interface hierarki 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 EDAA01 (Föreläsning 1-2) HT 2016 74 / 107

JCF några klasser Interface Queue Deque List Set SortedSet Map SortedMap Klass ArrayDeque, LinkedList, PriorityQueue ArrayDeque, LinkedList ArrayList, LinkedList HashSet TreeSet HashMap TreeMap EDAA01 (Föreläsning 1-2) HT 2016 75 / 107

Diskutera 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 Hur ska vi göra för iterera genom listan och behandla alla personerna (t.ex. skriva ut alla personernas namn)? EDAA01 (Föreläsning 1-2) HT 2016 76 / 107

Iteratorer För att iterera genom (traversera) listor eller andra samlingar kan man använda ett iteratorobjekt. Ett iteratorobjekt håller reda på en position i listan: EDAA01 (Föreläsning 1-2) HT 2016 77 / 107

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(); /** Removes from the underlying collection the last element returned by the iterator (optional). */ void remove();... EDAA01 (Föreläsning 1-2) HT 2016 78 / 107

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(); plist itr... 0 EDAA01 (Föreläsning 1-2) HT 2016 79 / 107

Användning av iterator Exempel 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. EDAA01 (Föreläsning 1-2) HT 2016 80 / 107

Interfacet Iterable<E> I Java finns också följande interface: 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) HT 2016 81 / 107

JCF interface hierarki med Iterable<E> och Iterator<E> <<Interface>> Iterable iterator() <<Interface>> Collection <<Interface>> Iterator <<Interface>> Map <<Interface>> Queue <<Interface>> List <<Interface>> Set hasnext() next() remove() <<Interface>> SortedMap <<Interface>> Deque <<Interface>> SortedSet EDAA01 (Föreläsning 1-2) HT 2016 82 / 107

Metoden iterator() Exempel på collection-klass med metoden iterator public class ArrayCollection<E> implements Collection<E> { private E[] thecollection; private int size;... 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) HT 2016 83 / 107

Implementering av interfacet Iterator<E> Inre klass 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. I en av övningsuppgifterna kan du träna på att implementera den inre klassen ArrayIterator. EDAA01 (Föreläsning 1-2) HT 2016 84 / 107

foreach-sats i Java Exempel 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) HT 2016 85 / 107

foreach-sats Vektorer 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()); EDAA01 (Föreläsning 1-2) HT 2016 86 / 107

foreach-sats Begränsningar Foreach-sats kan inte användas när man explicit behöver tillgång till iteratorn i koden. 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) HT 2016 87 / 107

foreach-sats Begränsningar 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()); EDAA01 (Föreläsning 1-2) HT 2016 88 / 107

Nästlad foreach-sats 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) HT 2016 89 / 107

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) HT 2016 90 / 107

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) HT 2016 91 / 107

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/ EDAA01 (Föreläsning 1-2) HT 2016 92 / 107

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) HT 2016 93 / 107

Jämföra likhet Metoden equals 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. EDAA01 (Föreläsning 1-2) HT 2016 94 / 107

Skugga equals Specifikation 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) HT 2016 95 / 107

Skugga equals att tänka på 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). EDAA01 (Föreläsning 1-2) HT 2016 96 / 107

Omdefiniera equals med instanceof 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) HT 2016 97 / 107

Skugga (skugga) equals med instanceof 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. EDAA01 (Föreläsning 1-2) HT 2016 98 / 107

Skugga equals med getclass 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) HT 2016 99 / 107

Skugga equals med extra metod canequal 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); Bägge metoderna ska skuggas i subklasser. För detaljer läs mer här: www.artima.com/lejava/articles/equality.html EDAA01 (Föreläsning 1-2) HT 2016 100 / 107

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); EDAA01 (Föreläsning 1-2) HT 2016 101 / 107

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) HT 2016 102 / 107

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) HT 2016 103 / 107

Jämföra likhet Metoderna compareto och equals 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. EDAA01 (Föreläsning 1-2) HT 2016 104 / 107

Typparametrar med begränsningar 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. I exemplet ovan anger vi alltså att E måste vara en typ som implementerar interfacet Comparable<E>. Vi kan därmed använda metoden compareto på objekt av typen E i implementeringen av ASortedCollection. EDAA01 (Föreläsning 1-2) HT 2016 105 / 107

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) HT 2016 106 / 107

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) HT 2016 107 / 107