Βιβλιοθήκες συλλογών (κιβωτίων)

Transcript

1 Βιβλιοθήκες συλλογών (κιβωτίων) Collection classes

2 2 ΑΠΟΘΗΚΕΥΣΗ ΑΝΤΙΚΕΙΜΕΝΩΝ Κατά την εκτέλεση ενός προγράμματος Java, δημιουργούνται συνήθως πολλά αντικείμενα, ο αριθμός των οποίων καθορίζεται κατά τον χρόνο εκτέλεσης. Επομένως είναι πρακτικά αδύνατο να βασιζόμαστε σε δηλωμένα χειριστήρια για να έχουμε πρόσβαση στα αντικείμενα αυτά, αφού ο αριθμός των δηλωμένων χειριστηρίων είναι περιορισμένος και αμετάβλητος στον χρόνο εκτέλεσης. Για την αποθήκευση και πρόσβαση στα αντικείμενά της, η Java εισάγει και χρησιμοποιεί δομές και κλάσεις όπως οι πίνακες (array) και οι βιβλιοθήκες-συλλογές/κιβώτια (collection or container classes).

3 Κιβώτια (Containers) Μ. Δικαιάκος Μια συλλογή ή κιβώτιο (container) είναι ένα αντικείμενο που συγκεντρώνει πολλά στοιχεία-αντικείμενα σε μια μονάδα. Οι συλλογές χρησιμοποιούνται για αποθήκευση, ανάκτηση και διαχείριση δεδομένων, και για αποστολή δεδομένων μεταξύ μεθόδων. Τυπικά παραδείγματα συλλογών από παλαιότερες εκδόσεις της Java, είναι οι κλάσεις Vector, Hashtable, κα. Πιο πρόσφατες εκδόσεις της Java περιλαμβάνουν ένα πλαίσιο κιβωτίων (container framework), δηλαδή μια ενοποιημένη αρχιτεκτονική για την αναπαράσταση και τη διαχείριση κιβωτίων. Το πλαίσιο κιβωτίων περιλαμβάνει τα ακόλουθα: Interfaces: αφαιρετικές δ/δ που αντιστοιχούν σε κιβώτια. Οι διαπροσωπείες επιτρέπουν τη διαχείριση κιβωτίων ανεξαρτήτως από την αναπαράστασή τους. Implementations: υλοποιήσεις των διαπροσωπειών (reusable data structures). Αλγόριθµοι: χρήσιμες μέθοδοι (ταξινόμηση, αναζήτηση) στα αντικείμενα που υλοποιούν μια συλλογή. Οι αλγόριθμοι αυτοί είναι πολυμορφικοί, αφού η ίδια μέθοδος χρησιμοποιείται σε πολλές διαφορετικές υλοποιήσεις (reusable functionality) 3

4 Πλεονεκτήματα Κιβωτίων Μ. Δικαιάκος Μείωση προγραµµατιστικού φόρτου: με την παροχή χρήσιμων δομών δεδομένων και αλγορίθμων, ο προγραμματιστής απελευθερώνεται από τον προγραμματισμό χαμηλού επιπέδου. Αύξηση ταχύτητας και ποιότητας κώδικα: με την παροχή έτοιμου κώδικα υψηλής επίδοσης που υλοποιεί χρήσιμες δ/δ και αλγορίθμους. Με την παροχή της ίδιας διαπροσωπείας προς διαφορετικές συλλογές, γίνεται πιο εύκολη η αλλαγή δ/δ αποθήκευσης αντικειμένων, χωρίς αλλαγές στον υπόλοιπο κώδικα. Διαλειτουργικότητα ανάµεσα σε άσχετα µεταξύ τους API: οι διαπροσωπείες των συλλογών καθίστανται η κοινή γλώσσα με την οποία API ανταλλάσσουν συλλογές αναμεταξύ τους. Περιορίζεται η προσπάθεια που απαιτείται για την εκµάθηση πολλών API, με την υιοθέτηση κοινής διαπροσωπείας για όλες τις συλλογές. Επιπλέον, δεν χρειάζεται ο σχεδιασμός νέων API για καινούργιες συλλογές αυτές μπορούν να υλοποιήσουν απλά την κοινή διαπροσωπεία. Προωθείται η επαναχρησιµοποίηση κώδικα: νέες δ/δ που ακολουθούν την προδιαγραφή των διαπροσωπειών συλλογών, είναι εκ φύσεως επαναχρησιμοποιήσιμες. Το ίδιο ισχύει και με αλγορίθμους πάνω σε αυτές τις συλλογές. 4

5 5 Βασικές έννοιες Οι βιβλιοθήκες κιβωτίων της JAVA ασχολούνται με την ιδέα της αποθήκευσης και διαχείρισης αντικειμένων σε δομές δεδομένων διαθέσιμες στα προγράμματά μας. Η ιδέα αυτή υλοποιείται με δύο εναλλακτικές προσεγγίσεις: Collection (συλλογές): σειρά από αντικείμενα, η οποία συνοδεύεται από κάποιους διαχειριστικούς κανόνες: List: τα αντικείμενα τοποθετούνται με τη σειρά με την οποία εισάγονται στο κιβώτιο. Set: το κιβώτιο δεν μπορεί να περιλαμβάνει το ίδιο αντικείμενο δύο φορές. Queue: παρέχει αντικείμενα σύμφωνα με την ακολουθία της συγκεκριμένης ουράς (συνήθως FIFO).

6 6 Βασικές έννοιες Map: σύνολο ζευγών κλειδιού-τιμής (key-value pairs), που επιτρέπει την αναζήτηση μιας τιμής με βάση κάποιο κλειδί. ArrayList: επιτρέπει να κάνουμε αναζήτηση αντικειμένων χρησιμοποιώντας ως κλειδιά αριθμούς. Map: επιτρέπει να κάνουμε αναζήτηση αντικειμένων χρησιμοποιώντας ως κλειδιά άλλα αντικείμενα. Γνωστό και ως Associative Array ή Dictionary. Συνήθως, στον κώδικα που γράφουμε χρησιμοποιώντας βιβλιοθήκες κιβωτίων χρησιμοποιούμε διαπροσωπείες κάνοντας upcasting σε αυτές. Π.χ.: List apples = new ArrayList();

7 7 Μειονεκτήματα Κιβωτίων Όταν εντάσσουμε το χειριστήριο ενός αντικειμένου σε ένα κιβώτιο, χάνεται η πληροφορία σχετικά με τον τύπο του αντικειμένου. Έτσι, σε κιβώτιο που διατηρούμε για αντικείμενα Cat μπορεί χωρίς δυσκολία να τοποθετηθεί ένα αντικείμενο τύπου Dog. Αφού χάνουμε την πληροφορία σχετικά με τους τύπους των αντικειμένων που κρατάμε στο κιβώτιο, η συλλογή γνωρίζει απλά και μόνο ότι έχει χειριστήρια τύπου Object. Έτσι, πριν την χρήση ενός αντικειμένου μιας συλλογής, θα πρέπει να κάνουμε τον κατάλληλο επαναπροσδιορισμό (casting) στον σωστό αρχικό του τύπο. Αν ο επαναπροσδιορισμός γίνει λάθος, τότε θα πάρουμε μύνημα σφάλματος κατά την εκτέλεση του προγράμματος.

8 8 Ασφάλεια τύπων (type safety) & κιβώτια import java.util.*; class Apple { private static long counter; private final long id = counter++; public long id() { return id; class Orange {

9 Ασφάλεια τύπων (type safety) & κιβώτια public class ApplesAndOrangesWithoutGenerics public static void main(string[] args) { ArrayList apples = new ArrayList(); for(int i = 0; i < 3; i++) apples.add(new Apple()); // Not prevented from adding an Orange to apples: apples.add(new Orange()); for(int i = 0; i < apples.size(); i++) ((Apple)apples.get(i)).id(); // Orange is detected only at run time Μ. Δικαιάκος 9

10 Χρήση generics (Java 1.5) import java.util.*; public class ApplesAndOrangesWithGenerics { Μ. Δικαιάκος public static void main(string[] args) { ArrayList<Apple> apples = new ArrayList<Apple>(); for(int i = 0; i < 3; i++) apples.add(new Apple()); // Compile-time error: // apples.add(new Orange()); αντικείμενα Apple for(int i = 0; i < apples.size(); i++) System.out.println(apples.get(i).id()); // Using foreach: for(apple c : apples) System.out.println(c.id()); Με αυτό τον τρόπο δηλώνουμε ένα ArrayList το οποίο δέχεται μόνο No cast necessary 10

11 11 Πυρηνικές Διαπροσωπείες Κιβωτίων Οι πυρηνικές διαπροσωπείες κιβωτίων (core collection interfaces) είναι οι διαπροσωπείες εκείνες που χρησιμοποιούνται για τη διαχείριση συλλογών ανεξάρτητα από την αναπαράσταση τους. Οι πυρηνικές διαπροσωπείες σχηματίζουν μια ιεραρχία: το Set είναι ειδική περίπτωση Collection, το SortedSet ειδική περίπτωση Set, κλπ. Η ιεραρχία αποτελείται από δύο δένδρα με ρίζες αντίστοιχα την Map και την Collection.

12 12

13 13 Διαπροσωπεία Collection Αποτελεί τη ρίζα της ιεραρχίας και τον ελάχιστο κοινό παρονομαστή των κλάσεων που υλοποιούν τη διαπροσωπεία. Αναπαριστά μια ομάδα αντικειμένων, τα οποία αποκαλούνται στοιχεία (elements). Διάφορες υλοποιήσεις της διαπροσωπείας Collection, επιτρέπουν: Την αποθήκευση διπλών στοιχείων. Την αποθήκευση στοιχείων σε διάταξη ή όχι. Το JDK δεν παρέχει κατευθείαν υλοποιήσεις της Collection, αλλά υλοποιήσεις πιό εξειδικευμένων διαπροσωπειών των: Set και List.

14 Διαπροσωπεία Collection Μ. Δικαιάκος Η Collection χρησιμοποιείται για την ανταλλαγή συλλογών και την διαχείρισή τους μέσα σε γενικό κώδικα. Για παράδειγμα: όλες οι υλοποιήσεις της Collection (μέσω υλοποιήσεων διαπροσωπειών όπως η Set ή η List) έχουν ένα κατασκευαστή ο οποίος δέχεται παράμετρο τύπου Collection. Ο κατασκευαστής αυτός αρχικοποιεί μια νέα συλλογή, η οποία περιλαμβάνει όλα τα στοιχεία της συλλογής που περνιέται σαν παράμετρος, επιτρέποντάς μας έτσι να µετατρέψουµε τον τύπο της συλλογής. Π.χ. αν έχετε ένα Collection<String> c, μπορούμε εύκολα να το μετατρέψουμε σε άλλη κατηγορία Collection (τύπου ArrayList): List<String> list = new ArrayList<String>(c); 14

15 Διαπροσωπεία Collection public interface Collection<E> extends Iterable<E> { // Basic Operations int size(); boolean isempty(); boolean contains(object element); boolean add(e element); // Optional boolean remove(object element); // Optional Iterator<E> iterator(); // Bulk Operations boolean containsall(collection<?> c); boolean addall(collection<? Extends E> c); // Optional boolean removeall(collection<?> c); // Optional boolean retainall(collection<?> c); // Optional void clear(); // Optional // Array Operations Object[] toarray(); <T> T[] toarray(t[] a); Μ. Δικαιάκος 15

16 16 Δυνατότητες Collection size, isempty: σχετικά με τον αριθμό των στοιχείων στη συλλογή. add: γενικός ορισμός, ο οποίος καλύπτει τις περιπτώσεις που επιτρέπονται ή δεν επιτρέπονται διπλότυπα στοιχεία στη συλλογή. Εξασφαλίζει ότι μετά την κλήση της η Collection θα περιλαμβάνει το στοιχείο που περνιέται σαν κατηγόρημα. Επιστρέφει true άν το Collection αλλάξει ως αποτέλεσμα της κλήσης. remove: designed to remove a single instance of the specified element from the Collection, assuming that it contains the element to start with, and to return true if the Collection was modified as a result. Τι συμβαίνει με τις προαιρετικές (optional) μεθόδους; Στις διαπροσωπείες συλλογών, προαιρετικές θεωρούνται οι μέθοδοι που τροποποιούν το περιεχόμενο μιας συλλογής. Αν η συλλογή δεν υποστηρίζει μια προαιρετική μέθοδο, η οποία καλείται πάνω της, τότε εγείρει μια εξαίρεση UnsupportedOperation Exception.

17 17 Διασχίζοντας συλλογές Δύο εναλλακτικοί τρόποι: Με χρήση έκφρασης for-each Με χρήση Iterators. for-each Construct: for (Object o : collection) System.out.println(o);

18 Collection interface import java.util.*; public class SimpleCollection { public static void main(string[] args) { Collection<Integer> c = new ArrayList<Integer>(); for(int i = 0; i < 10; i++) c.add(i); // Autoboxing for(integer i : c) System.out.print(i + ", "); Μ. Δικαιάκος 18

19 19 Επαναλήπτες (iterators) Οι επαναλήπτες (iterators) είναι αντικείμενα, τα οποία μας επιτρέπουν να "κινούμαστε" μέσα σε μια συλλογή αντικειμένων και να επιλέγουμε το κάθε αντικείμενο με τη σειρά του, χωρίς να γνωρίζουµε ή να µας ενδιαφέρει η δομή τής συγκεκριμένης συλλογής. Οι επαναλήπτες θεωρούνται ελαφριά αντικείµενα, δηλαδή αντικείμενα των οποίων η δημιουργία δεν έχει μεγάλο κόστος. Παράδειγμα επαναλήπτη στην Java είναι ο Iterator, ο οποίος επιτρέπει τα ακόλουθα: Να ζητήσουμε από μια συλλογή να μας επιστρέψει έναν Iterator, μέσω κλήσης στη μέθοδο iterator(). Την ανάκτηση του επόμενου στοιχείου της συλλογής μέσω της μεθόδου next(). Την ανακάλυψη αν δεν υπάρχει επόµενο στοιχείο μέσω της μεθόδου hasnext(). Την αφαίρεση του τελευταίου στοιχείου που επέστρεψε ο Iterator μέσω της remove().

20 Iterators Μ. Δικαιάκος Η μέθοδος iterator μιας συλλογής επιστρέφει ένα αντικείμενο τύπου Iterator, πάνω στη συλλογή αυτή. Η διαπροσωπεία του Iterator ακολουθεί: public interface Iterator { boolean hasnext(); Object next(); void remove(); // Optional Η μέθοδος remove αφαιρεί το τελευταίο στοιχείο της συλλογής του Iterator που επιστράφηκε από τη next. Η remove μπορεί να κληθεί µόνο µια φορά για κάθε κλήση της next, και εγείρει εξαίρεση αν παραβιάσουμε αυτή τη συνθήκη. Eίναι η μόνη ασφαλής μέθοδος για την τροποποίηση μιας συλλογής κατά τη διάρκεια της επανάληψης με τον Iterator. Τυχόν χρήση άλλης μεθόδου για τροποποίηση μιας συλλογής, ενώ διαρκεί η επαναληπτική σάρωση της συλλογής, έχει μη προκαθορισμένα αποτελέσματα. 20

21 21 Παράδειγμα χρήσης Iterator static void filter(collection<?> c) { for (Iterator<?> it = c.iterator(); it.hasnext();) if (!cond(it.next())) it.remove(); Ο παραπάνω κώδικας: Χρησιμοποιεί Iterator για να φιλτράρει μια οποιαδήποτε Collection Είναι πολυµορφικός: εφαρμόζεται σε οποιαδήποτε συλλογή, η οποία υποστηρίζει αφαίρεση στοιχείων ανεξαρτήτως της υλοποίησής της.

22 Παράδειγμα Iterator Μ. Δικαιάκος import java.util.*; class Cat2 { private int catnumber; Cat2(int i) { catnumber = i; void print() { System.out.println("Cat#"+ catnumber); class Dog2 { private int dognumber; Dog2(int i) { dognumber = i; void print() { System.out.println("Dog#"+ dognumber); 22

23 23 Παράδειγμα Iterator public class CatsAndDogs2 { public static void main(string[] args) { ArrayList cats = new ArrayList(); for(int i = 0; i < 7; i++) cats.add(new Cat2(i)); cats.add(new Dog2(7)); Iterator e = cats.iterator(); while(e.hasnext()) ((Cat2)e.next()).print(); // Dog detected at run-time

24 Παράδειγμα Iterator Μ. Δικαιάκος import java.util.*; class Hamster { private int hamsternumber; Hamster(int i) { hamsternumber = i; public String tostring() { return "This is Hamster #" +hamsternumber; class Printer { static void printall(iterator e) { while(e.hasnext()) System.out.println(e.next()); 24

25 Παράδειγμα Iterator public class HamsterMaze { public static void main (String[] args) { ArrayList v = new ArrayList(); for(int i = 0; i < 3; i++) v.add(new Hamster(i)); Printer.printAll(v.iterator()); Μ. Δικαιάκος 25

26 26 Iterators vs for-each Χρησιμοποιούμε επαναλήπτες αντί της for-each όταν: Θέλουμε να διαγράψουμε κάποιο στοιχείο της συλλογής. Η for-each αποκρύπτει τον επαναλήπτη κι έτσι δεν μπορούμε να διαγράψουμε στοιχεία. Θέλουμε να διασχίσουμε πολλές συλλογές παράλληλα

27 27 Μαζικές Λειτουργίες Συλλογών (bulk methods) Οι μαζικές λειτουργίες εκτελούν μονομιάς κάποια λειτουργία σε ολόκληρη της συλλογή. containsall: επιστρέφει true αν η συλλογή στην οποία εκτελείται περιέχει όλα τα στοιχεία της συλλογής την οποία δέχεται ως παράμετρο. addall: προσθέτει στη συλλογή-στόχο όλα τα στοιχεία της συλλογής-παραμέτρου. removeall: διαγράφει από τη συλλογή-στόχο εκείνα τα στοιχεία τα οποία συμπεριλαμβάνονται στη συλλογή-παράμετρο. retainall: διαγράφει από τη συλλογή-στόχο εκείνα τα στοιχεία τα οποία δεν συμπεριλαμβάνονται και στη συλλογή-παράμετρο clear: Removes all elements from the Collection. Οι addall, removeall, και retainall επιστρέφουν true αν η συλλογή-στόχος τροποποιηθεί ως αποτέλεσμα αυτών των μεθόδων.

28 Μητροειδείς Μέθοδοι Συλλογών (array methods) Μ. Δικαιάκος H μέθοδος toarray παρέχει μια γέφυρα μεταξύ συλλογών και παλαιότερων API που αναμένουν πίνακες στην είσοδό τους, επιτρέποντας την μετατροπή των περιεχομένων μιας συλλογής σε πίνακα από Object. Π.χ.: Object[] a = c.toarray(); Suppose that c is known to contain only strings (perhaps because c is of type Collection<String>). The following snippet dumps the contents of c into a newly allocated array of String whose length is identical to the number of elements in c.string[]: a = c.toarray(new String[0]); <T> T[] toarray(t[] a); Returns an array containing all of the elements in this collection; the runtime type of the returned array is that of the specified array. 28

29 29 Η Διαπροσωπεία Set Η διαπροσωπεία Set είναι μια Collection, η οποία δεν μπορεί να περιέχει διπλά στοιχεία. Δεν περιέχει μεθόδους άλλες από αυτές που καθορίζονται στην Collection. To JDK περιέχει τρεις γενικής χρήσεως υλοποιήσεις της Set: HashSet: Αποθηκεύει στοιχεία σε ένα πίνακα κατακερματισμού και έχει την καλύτερη επίδοση Δεν μας δίνει εγγυήσεις για τη σειρά αποθήκευσης των στοιχείων της TreeSet: Χρησιμοποιεί red-black δένδρο για την οργάνωση των στοιχείων της. Διατηρεί τα στοιχεία της ταξινομημένα με βάση την τιμή τους. Σημαντικά αργότερη από την HashSet LinkedHashSet: Υλοποιείται σαν πίνακας κατακερματισμού σε συνδυασμό με συνδεδεμένη λίστα. Διατηρεί τα στοιχεία της ταξινομημένα με βάση την σειρά εισαγωγής τους.

30 30 Διαπροσωπεία της Set public interface Set<E> extends Collection<E> { // Basic operations int size(); boolean isempty(); boolean contains(object element); boolean add(e element); //optional boolean remove(object element); //optional Iterator<E> iterator(); // Bulk operations boolean containsall(collection<?> c); boolean addall(collection<? extends E> c); //optional boolean removeall(collection<?> c); //optional boolean retainall(collection<?> c); //optional void clear(); /optional // Array Operations Object[] toarray(); <T> T[] toarray(t[] a);

31 31 Λειτουργίες της Διαπροσωπείας Set size: επιστρέφει τον αριθμό στοιχείων μέσα στη Set (its cardinality). isempty: ελέγχει αν η συλλογή είναι άδεια add: προσθέτει το αντικείμενο που περνάει σαν παράμετρο, στη Set, εφόσον αυτό δεν βρίσκεται εκεί ήδη. Επιστρέφει boolean που δείχνει αν το στοιχείο προστέθηκε ή όχι. remove: αφαιρεί το αντικείμενο της παραμέτρου από το Set, εφόσον αυτό το αντικείμενο υπάρχει στη Set, και επιστρέφει τιμή boolean ανάλογα με το αν το στοιχείο υπήρχε στη Set. s1.containsall(s2): Returns true if s2 is a subset of s1. s1.addall(s2): Transforms s1 into the union of s1 and s2. s1.retainall(s2): Transforms s1 into the intersection of s1 and s2. s1.removeall(s2): Transforms s1 into the (asymmetric) set difference of s1 and s2.

32 32 Παράδειγμα χρήσης Set Suppose you have a Collection, c, and you want to create another Collection containing the same elements but with all duplicates eliminated. Collection<Type> nodups = new HashSet<Type>(c); Same functionality but preserves the order of the original collection while removing duplicate elements. Collection<Type> nodups = new LinkedHashSet<Type>(c); The following is a generic method that encapsulates the preceding idiom, returning a Set of the same generic type as the one passed. public static <E> Set<E> removedups(collection<e> c) { return new LinkedHashSet<E>(c);

33 33 Παράδειγμα Set Ανίχνευση διπλών λέξεων που εμφανίζονται σαν κατηγορήματα του προγράμματός σας. Παρατηρείστε την πρόσβαση προς το HashSet μέσω χειριστηρίου τύπου Set. import java.util.*; public class FindDups { public static void main(string args[]) { Set s = new HashSet(); for (int i=0; i<args.length; i++) if (!s.add(args[i])) System.out.println("Duplicate detected: "+args[i]); System.out.println(s.size()+" distinct words detected: "+s);

34 34 Μαζικές Λειτουργίες Set To calculate the union, intersection, or set difference of two sets nondestructively (without modifying either set), the caller must copy one set before calling the appropriate bulk operation. Set<Type> union = new HashSet<Type>(s1); union.addall(s2); Set<Type> intersection = new HashSet<Type>(s1); intersection.retainall(s2); Set<Type> difference = new HashSet<Type>(s1); difference.removeall(s2);

35 35 Μαζικές Λειτουργίες Set import java.util.*; public class FindDups2 { public static void main(string[] args) { Set<String> uniques = new HashSet<String>(); Set<String> dups = new HashSet<String>(); for (String a : args) if (!uniques.add(a)) dups.add(a); // Destructive set-difference uniques.removeall(dups); System.out.println("Unique words: " + uniques); System.out.println("Duplicate words: " + dups);

36 36 Παράδειγμα Set import java.util.*; class MyType implements Comparable { private int i; public MyType(int n) { i = n; public boolean equals(object o) { return (o instanceof MyType) (i == ((MyType)o).i); public int hashcode() { return i; public String tostring() { return i + " "; public int compareto(object o) { int i2 = ((MyType)o).i; return (i2 < i? -1 : (i2 == i? 0 : 1)); Απαραίτητο να έχει δηλωθεί αν η συγκεκριμένη κλάση τοποθετηθεί σε συλλογή HashSet (γιατί;) &&

37 37

38 38

39 Παράδειγμα Set (συνέχεια) public class Set2 { public static Set fill(set a, int size) { for(int i = 0; i < size; i++) a.add(new MyType(i)); return a; public static void test(set a) { fill(a, 10); fill(a, 10); // Try to add duplicates fill(a, 10); a.addall(fill(new TreeSet(), 10)); System.out.println(a); public static void main(string[] args) { test(new HashSet()); test(new TreeSet()); 39

40 40

41 41 H Διαπροσωπεία List H List είναι ταξινομημένη Collection (ακολουθία από αντικείμενα). Επιτρέπει διπλά στοιχεία και επεκτείνει τη διαπροσωπεία των συλλογών με λειτουργίες για: Πρόσβαση με βάση τη θέση, δηλ. τη σειρά ενός στοιχείου στη λίστα. Αναζήτηση για συγκεκριμένο αντικείμενο στη λίστα και επιστροφή της αριθμητικής του θέσης. Επανάληψη πάνω στη λίστα, με επέκταση της σημασιολογίας του Iterator για αξιοποίηση της σειριακής της οργάνωσης. Εκτέλεση λειτουργιών σε συγκεκριμένο εύρος στοιχείων της λίστας. To JDK περιλαμβάνει δύο γενικής-χρήσης υλοποιήσεις της List: Tην ArrayList, η οποία είναι κλάση με την υψηλότερη απόδοση την LinkedList, η οποία έχει καλή απόδοση κάτω από ορισμένες προϋποθέσεις. Επίσης, υπάρχει και η Vector από προηγούμενες εκδόσεις της Java.

42 Η Διαπροσωπεία List public interface List<E> extends Collection<E> { // Positional access Μ. Δικαιάκος E get(int index); E set(int index, E element); //optional boolean add(e element); //optional void add(int index, E element); //optional E remove(int index); //optional boolean addall(int index, Collection<? extends E> c); //optional // Search int indexof(object o); int lastindexof(object o); // Iteration ListIterator<E> listiterator(); ListIterator<E> listiterator(int index); // Range-view List<E> sublist(int from, int to); 42

43 43 Λειτουργίες Collection της List The remove operation always removes the first occurrence of the specified element from the list. The add and addall operations always append the new element(s) to the end of the list. Thus, the following idiom concatenates one list to another: list1.addall(list2); Here's a nondestructive form of this idiom, which produces a third List consisting of the second list appended to the first. List<Type> list3 = new ArrayList<Type>(list1); list3.addall(list2); Note that the idiom, in its nondestructive form, takes advantage of ArrayList's standard conversion constructor. List strengthens the requirements on the equals and hashcode methods so that two List objects can be compared for logical equality without regard to their implementation classes. Two List objects are equal if they contain the same elements in the same order.

44 Παράδειγμα χρήσης List: ανακάτεμα λέξεων Πρόγραμμα εκτύπωσης των λέξεων που περνιούνται στον κατάλογο κατηγορημάτων του προγράμματός μας (argument list) σε τυχαία σειρά. //Swap two elements of a list public static <E> void swap(list<e> a, int i,int j) { E tmp = a.get(i); a.set(i, a.get(j)); a.set(j, tmp); //Randomly shuffle all elements of a List public static void shuffle(list<?> list, Random rnd) { for (int i = list.size(); i > 1; i--) swap(list, i - 1, rnd.nextint(i)); Μ. Δικαιάκος 44

45 45 Παράδειγμα χρήσης List: ανακάτεμα λέξεων import java.util.*; public class Shuffle { public static void main(string[] args) { List<String> list = new ArrayList<String>(); for (String a : args) list.add(a); Collections.shuffle(list, new Random()); System.out.println(list);

46 46 Παράδειγμα χρήσης List: ανακάτεμα λέξεων The Arrays class has a static factory method called aslist, which allows an array to be viewed as a List. This method does not copy the array. Changes in the List write through to the array and vice versa. The resulting List is not a general-purpose List implementation, because it doesn't implement the (optional) add and remove operations: Arrays are not resizable. The following programʼs behavior is identical to the previous program. import java.util.*; public class Shuffle { public static void main(string[] args) { List<String> list = Arrays.asList(args); Collections.shuffle(list); System.out.println(list);

47 47

48 48 List Iterators - Επαναλήπτες Λιστών Τhe Iterator returned by List's iterator operation returns the elements of the list in proper sequence. List also provides a richer iterator, called a ListIterator, which allows you to traverse the list in either direction, modify the list during iteration, and obtain the current position of the iterator. The List interface has two forms of the listiterator method: The form with no arguments returns a ListIterator positioned at the beginning of the list; The form with an int argument returns a ListIterator positioned at the specified index. The index refers to the element that would be returned by an initial call to next.

49 Διαπροσωπεία ListIterator public interface ListIterator<E> extends Iterator<E> { boolean hasnext(); E next(); boolean hasprevious(); E previous(); int nextindex(); int previousindex(); void remove(); //optional void set(e e); //optional void add(e e); //optional Μ. Δικαιάκος 49

50 50 Παραδείγματα χρήσης ListIterator for (ListIterator<Type> it = list.listiterator(list.size()); it.hasprevious(); ) { Type t = it.previous(); Υλοποίηση του list.indexof: public int indexof(e e) { for (ListIterator<E> it = listiterator(); it.hasnext(); ) if (e==null?it.next()==null:e.equals(it.next())) return it.previousindex(); return -1; // Element not found

51 Αλγόριθμοι για Listʼs Μ. Δικαιάκος Η JAVA παρέχει βιβλιοθήκες οι οποίες υλοποιούν χρήσιμους αλγόριθμους για Συλλογές και Λίστες. Πιο συγκεκριμένα, υπάρχουν αλγόριθμοι για: sort: sorts a List using a merge sort algorithm, which provides a fast, stable sort. (A stable sort is one that does not reorder equal elements. shuffle: randomly permutes the elements in a List reverse: reverses the order of the elements in a List. rotate: rotates all the elements in a List by a specified distance. swap: swaps the elements at specified positions in a List. replaceall: replaces all occurrences of one specified value with another. fill: overwrites every element in a List with the specified value. copy: copies the source List into the destination List. binarysearch: searches for an element in an ordered List using the binary search algorithm. indexofsublist: returns the index of the first sublist of one List that is equal to another. lastindexofsublist: returns the index of the last sublist of one List that is equal to another. 51

52 Διαπροσωπεία Queue A Queue is a collection for holding elements prior to processing. Besides basic Collection operations, queues provide additional insertion, removal, and inspection operations. Each Queue method exists in two forms: one throws an exception if the operation fails the other returns a special value if the operation fails (either null or false, depending on the operation) The Queue interface follows. public interface Queue<E> extends Collection<E> { E element(); //examine (throws exception) Μ. Δικαιάκος boolean add(e); // insert (throws exception) boolean offer(e e); // insert (return special value) E peek(); // examine E poll(); // remove (return special value) E remove(); // throws exception 52

53 53 Λειτουργικότητα Map Η διαπροσωπεία Map μας επιτρέπει να αποθηκεύουμε στοιχεία σε έναν πίνακα, όπως η ArrayList, με διαφορά ότι η αναζήτηση των στοιχείων δεν γίνεται με χρήση ακεραίου αριθμού ως ενδείκτη, αλλά ενός άλλου αντικειµένου. Map or Dictionary or Associative Array. Μέθοδοι: put(object key, Object value) get(object key) containskey(key) containsvalue(value) Κλάσεις που υλοποιούν την διαπροσωπεία Map: HashMap, TreeMap, LinkedHashMap. Διαφέρουν στην επίδοση. Η HashMap χρησιμοποιεί μια ειδική τιμή κατακερματισμού (hash value) για την αναζήτηση κάποιου κλειδιού. Προς τούτο, χρησιμοποιεί την μέθοδο hashcode() της κλάσης Object.

54 54 Διαπροσωπεία Map public interface Map<K,V> { // Basic operations V put(k key, V value); V get(object key); V remove(object key); boolean containskey(object key); boolean containsvalue(object value); int size(); boolean isempty(); // Bulk operations void putall(map<? extends K,? extends V> m); void clear();

55 55 Διαπροσωπεία Map // Collection Views public Set<K> keyset(); public Collection<V> values(); public Set<Map.Entry<K,V>> entryset(); // Interface for entryset elements public interface Entry { K getkey(); V getvalue(); V setvalue(v value);

56 55 Διαπροσωπεία Map // Collection Views public Set<K> keyset(); public Collection<V> values(); public Set<Map.Entry<K,V>> entryset(); // Interface for entryset elements public interface Entry { K getkey(); V getvalue(); V setvalue(v value);

57 56 Παράδειγμα χρήσης Map The following program generates a frequency table of the words found in its argument list. The frequency table maps each word to the number of times it occurs in the argument list. import java.util.*; public class Freq { public static void main(string[] args) { Map<String,Integer> m = new HashMap<String,Integer>(); // Initialize frequency table from command line for (String a : args) { Integer freq = m.get(a); m.put(a, (freq == null)? 1 : freq + 1); System.out.println(m.size() + " distinct words:"); System.out.println(m);

58 Collection views της διαπροσωπείας Map The Collection view methods (keyset, values, entryset) allow a Map to be viewed as a Collection in these three ways: keyset: the Set of keys contained in the Map. values: The Collection of values contained in the Map. This Collection is not a Set, because multiple keys can map to the same value. entryset: the Set of key-value pairs contained in the Map. The Map interface provides a small nested interface called Map.Entry. This interface represents the type of the elements in this Set. Μ. Δικαιάκος Collection views provide the only means to iterate over a Map. 57

59 58 Επαναλήψεις πάνω σε Map for (KeyType key : m.keyset()) System.out.println(key); // Filter a map based on some property of its keys. for (Iterator<Type> it = m.keyset().iterator(); it.hasnext();) if (it.next().isbogus()) it.remove(); // iterating over key-value pairs for (Map.Entry<KeyType, ValType> e : m.entryset()) System.out.println(e.getKey() + ": " + e.getvalue());