Visualisierung von Referenzen auf Felder
int[] a = { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 };
int[] b = a;
michael.eichberg@dhbw.de, Raum 149B
1.2.1
https://delors.github.io/prog-java-arrays/folien.de.rst.html
https://delors.github.io/prog-java-arrays/folien.de.rst.html.pdf
Eindimensionale Felder sind Datentypen, die es ermöglichen eine Liste mit einer fixen Anzahl von Werten gleichen Datentyps zu verwalten
Die Tage der verschiedenen Monate können als ein Feld mit der Größe 12 abgelegt werden
Monat (Index): |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Tage: |
31 |
29 |
31 |
30 |
31 |
30 |
31 |
31 |
30 |
31 |
30 |
31 |
Variablen mit einem Feld-Datentyp werden durch den Datentyp der einzelnen Elemente gefolgt von eckigen Klammern deklariert.
<Typ>[] <Bezeichner> oder <Typ> <Bezeichner>[]
Deklaration eines Feldes
int[] daysPerMonth;Alternativ möglich, aber unüblich geworden:
int daysPerMonth[];Initialisierung eines leeren Arrays:
daysPerMonth = new int[12];
// daysPerMonth ==> int[12] { 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0 }<Bezeichner> = new <Typ>[<Größe>]
Initialisierung eines Arrays mit konkreten Werten:
daysPerMonth =
new int[]{31, 29, 31, 30, 31, 30, 31, 31, 30, 31, 30, 31};bzw. ohne Verwendung von new:
int [] daysPerMonth =
{31, 29, 31, 30, 31, 30, 31, 31, 30, 31, 30, 31};
// ⚠️ Diese Art der Initialisierung eines Arrays direkt über
// "= {...}" kann nur bei der Deklaration erfolgen.<Bezeichner> = {<Ausdruck> (, <Ausdruck>)* }
Nach der Initialisierung lässt sich die Größe eines Feldes nicht mehr ändern.
Die Länge eines Arrays kann mittels length abgefragt werden:
int numberOfMonths = daysPerMonth.length;
// numberOfMonths ==> 12Wird ein Feld nur deklariert und nicht initialisiert, dann hat die Variable den speziellen Wert null.
Auf einzelne Elemente eines Feldes kann mittels eines Indexes und dem Feldzugriff-Operator [] lesend oder schreibend zugegriffen werden, z.B. mit a[1].
Wertzuweisung eines Feldelementes: Verwendung des Feldzugriffoperators auf der linken Seite einer Zuweisung, z.B. a[1] = 1;
Auslesen eines Feldelementes: „jegliche andere Verwendung des Feldzugriffoperators“.
Verwendung eines ungültigen Indexes führt zu einer Ausnahme/einem Laufzeitfehler (ArrayIndexOutOfBoundsException).
daysPerMonth[13]
==> Exception java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException:
Index 13 out of bounds for length 12Beispiel: Lesender Zugriff auf ein Element eines Feldes
int daysInFebruary = daysPerMonth[1]; // Index "1" => 2. Element
// daysInFebruary ==> 29<Bezeichner>[<Index>]
Beispiel: Schreibende und lesende Zugriffe
int daysPerMonth[] = new int[12]; // Deklaration
daysPerMonth[0] = 31;
daysPerMonth[1] = 29;
//…
daysPerMonth[10] = 30;
daysPerMonth[11] = 31;
System.out.println("daysPerMonth[1] = " + daysPerMonth[1]);Häufig greift man auf Arrays mittels einer Schleife zu:
for (int i = 0; i < daysPerMonth.length; i++) {
println("daysPerMonth[" + i + "] = " + daysPerMonth[i]);
}Bzw. mit einer for-each-Schleife, wenn der Index nicht benötigt wird:
for (int days : daysPerMonth) {
println("days = " + days);
}In Java und vielen anderen moderne(re)n Programmiersprachen ist es nicht möglich auf ein Element eines Feldes zuzugreifen, das außerhalb des definierten Bereichs liegt, da früh erkannt wurde, dass dies insbesondere in älteren Programmiersprachen (z. B. C) ein häufiger Fehler ist, der dann zu Speicherlecks führt. Dies hat dazu geführt, dass das „Weisse Hause“ die Empfehlung ausgesprochen hat, solche alten Sprachen nicht mehr zu verwenden.
Wochentagsberechnung mit Feld
Nehmen Sie Ihr Programm zur Berechnung des Wochentags und ersetzen Sie die Logik zur Bestimmung des Namens eines Wochentags durch ein Feld mit den Namen der Wochentage:
String[] dayInWeekName = ...Eine Variable mit einem Feld-Datentyp speichert eine (virtuelle) Speicheradresse zu den Feld-Inhalten (Werten).
int[] a = {1, 2, 3};
int[] b = a; // "b" referenziert das gleiche Feld wie "a".
// "b" ist nur eine Kopie des Zeigers auf das Feld.
// "b" ist keine Kopie des Feldes "a".
b[0] = 4;
println(a[0]);
// ==> 4int[] a = { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 };
int[] b = a;finalDer final-Modifizierer verhindert nur, dass die Referenz auf ein Feld geändert werden kann.
Der Inhalt des Feldes kann jedoch geändert werden.
D. h. der Nutzen von final ist im Zusammenhang mit Referenzdatentypen im Allgemeinen begrenzt.
1void main() {2final int[] a = {1, 2, 3};3println(a[0] = -1);4println(Arrays.toString(a));5// a = new int[]{}; // IllegalAccess.java:6// error: cannot assign a value to final variable a7}
Der Vergleich zweier Feldvariablen mit dem == bzw. != Operator vergleicht nicht den Inhalt der Felder, sondern die virtuelle Speicheradresse (ähnlich bei Strings).
Der Vergleich der Inhalte muss über den Vergleich der einzelnen Feldelemente erfolgen bzw. über Hilfsmethoden wie z.B. Arrays.equals(...).
int[] a = {1, 2, 3};
int[] b = {1, 2, 3};
int[] c = a;
println(a == b); // ==> false
println(a == c); // ==> true
println(Arrays.equals(a, b)); // ==> trueKonzeptionell führt Arrays.equals(...) eine Schleife über die Elemente der beiden Arrays aus und vergleicht die Werte der Elemente. Der Vergleich der Referenzen erfolgt über den Operator ==.
Eine Kopie der Inhalte muss über das Erzeugen eines neuen Feldes und Kopie der einzelnen Feldelemente erfolgen bzw. über Hilfsmethoden wie z. B. System.arraycopy(...) oder Arrays.copyOf(...) oder <Array>.clone().
Beispiel mit <Array>.clone():
jshell> final var clone = daysPerMonth.clone();
// clone ==> int[12] { 31, 29, 31, 30, 31, 30, 31, 31, 30, 31, 30, 31 }
jshell> clone[0] = 35;
jshell> daysPerMonth[0]
// ==> 31Dokumentation: java.util.Arrays (Java 23)
Die Parameter und der Rückgabewert einer Methode können vom Typ eines Feldes sein.
Bei der Übergabe eines Feldes an eine Methode bzw. der Rückgabe eines Feldes wird eine Kopie der Referenz auf das Feld erzeugt. Es wird keine Kopie der Arrays als solches erzeugt.
Änderungen an den Feldelementen innerhalb der Methode wirken sich auf das ursprüngliche Feld aus.
Der Rückgabewert kann direkt zur Initialisierung eines Feldes verwendet werden.
void incrementAll(int[] a) {
for (int i = 0; i < a.length; i++) { a[i]++; }
}
int[] getLengths(String[] strings) {
int[] lengths = new int[strings.length];
for (int i = 0; i < strings.length; i++) {
lengths[i] = strings[i].length();
}
return lengths;
}
getLengths(new String[]{"a","ab","abc"})
// ==> int[3] { 1, 2, 3 }Arrays vergleichen
Schreiben Sie eine Methode, die prüft ob ein Array von int Werten, mit dem Beginn eines anderen Arrays von int-Werten übereinstimmt. Vergleichen Sie die Elemente der beiden Arrays mit Hilfe des == bzw. != Operators.
D. h. die Methode soll true zurückgeben, wenn alle Elemente des ersten Arrays (a) mit den ersten Elementen des zweiten Arrays b übereinstimmen. Das Array b kann mehr Elemente enthalten als das Array a.
Die Methode soll die folgende Signatur haben und auch alle Sonderfälle abdecken!
boolean startsWith(int[] a, int[] b);Skalarprodukt
Schreiben Sie eine Methode, die zwei gleich lange Arrays von int Werten entgegennimmt und das Skalarprodukt der beiden Arrays berechnet.
Kommandozeilenparameter
Die main Methode eines Java Programms bekommt - wenn der erste Parameter entsprechend spezifiziert ist - ein Feld von Strings übergeben. Dieser Parameter wird üblicherweise args genannt (void main(String[] args)).
Nehmen Sie Ihr Programm zur Berechnung des BMIs und verwenden Sie Kommandozeilenargumente als Parameter für Ihre bmi Funktion.
Prüfen Sie ob die Anzahl der Parameter korrekt ist und geben Sie eine Fehlermeldung aus, wenn dies nicht der Fall ist.
Faktorisieren Sie (ggf.) die Funktionalität zur Berechnung des BMI in zwei Methoden:
Eine Methode, die Strings entgegennimmt und eine die double Werte entgegennimmt.
Beispielinteraktion:
Bisher:
$ java --enable-preview BMIBerechnen.java
Bitte geben Sie Ihr Gewicht in Kilogramm und Ihre Größe in Mete an.Neu:
$ java --enable-preview BMI.java 83.1 1.89
Ihr BMI beträgt: 23.26362643822961 - NormalgewichtD. h. der Nutzer übergibt direkt die Werte für das Gewicht und die Größe und wird nicht aufgefordert diese Werte einzugeben.
Mehrdimensionale Felder sind Datentypen, die es ermöglichen ein Feld von Feldern (gleichen Datentyps) zu verwalten.
Beispiel: Matrix für Umsätze pro Jahr (1. Dim.) und Monat (2. Dim.) bei 10 Jahren.
int[][] sales = new int[10][12];Jahr |
Jan |
Feb |
Mär |
Apr |
Mai |
Jun |
Jul |
Aug |
Sep |
Okt |
Nov |
Dez |
||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
|
[ |
1000€ |
2000€ |
3000€ |
4000€ |
3000€ |
2500€ |
700€ |
8000€ |
2000€ |
1000€ |
1100€ |
1250€ |
] |
|
[ |
1200€ |
3200€ |
3200€ |
4500€ |
2000€ |
3000€ |
900€ |
8000€ |
2900€ |
1060€ |
100€ |
1300€ |
] |
... |
||||||||||||||
|
[ |
1000€ |
2000€ |
3000€ |
350€ |
300€ |
500€ |
600€ |
600€ |
900€ |
1900€ |
1000€ |
2000€ |
] |
Jahr |
Jan |
... |
Dez |
|---|---|---|---|
|
|
... |
|
... |
... |
... |
... |
|
|
... |
|
Mehrdimensionale Felder werden durch den Datentyp gefolgt von mehreren Paaren von eckigen Klammern deklariert (ein Paar pro Dimension)
<Typ> ([])+ <Bezeichner>
oder
<Typ> <Bezeichner> ([])+ (unüblich)
direkte Initialisierung eines mehrdimensionalen Feldes:
int [][] a = {{1,2,3},{4,5,6,7}};
// a ==> a ==> int[2][] { int[3] { 1, 2, 3 }, int[3] { 4, 5, 6, 7 } }Initialisierung mittels new-Operator:
(Die Größe der einzelnen Dimensionen muss angegeben werden, kann unterschiedlich sein und kann auch Schritt-für-Schritt erfolgen.)
int [][] a = new int[2][];
a[0] = new int[3];
a[1] = new int[5];
// a ==> int[2][] { int[3] { 0, 0, 0 }, int[5] { 0, 0, 0, 0, 0 } }Auf die einzelnen Dimensionen eines mehrdimensionalen Feldes kann mittels einer Folge von Feldzugriff-Operatoren [] mit Indizes zugegriffen werden.
Der erste Feldzugriff-Operator liefert das Element der 1. Dimension, der zweite Feldzugriff-Operator liefert das Element der 2. Dimension, usw.
int [][][] a = {{{1,2,3},{4,5,6,7}},{{8,9,10},{11,12,13,14}}};var x = a[0] // ==> int[2][] { int[3] { 1, 2, 3 }, int[4] { 4, 5, 6, 7 } }
var y = a[1][1]] // ==> int[4] { 11, 12, 13, 14 }
Matrixmultiplikation
Schreiben Sie eine Methode multiply, die zwei 2-dimensionale Matrizen von int Werten entgegennimmt und die Matrixmultiplikation der beiden Matrizen berechnet.[1]
Dokumentieren Sie die Anforderungen an die Parameter und dokumentieren Sie den Rückgabewert. Überprüfen Sie die Anforderungen an die übergebenen Argumente mit assert-Anweisungen.
<TYP> multiply(<TYP> a, <TYP> b)
Lesen Sie die Matrizen mit Hilfe von readln Anweisungen schrittweise ein. Implementieren Sie die Funktionalität in einer Methode initMatrix. Schreiben Sie weiterhin eine Methode printToConsole, die eine Matrix auf der Konsole ausgibt.
Beispiel für die main Methode:
void main() {
final int[][] a = {
{1, 2, 3},
{4, 5, 6},
{7, 8, 9},
{10, 11, 12}
};
final int[][] b = {
{9, 8, 7},
{6, 5, 4},
{3, 2, 7}
};
final var c = multiply(a, b);
printToConsole(c);
}Sattelpunkte
Schreiben Sie eine Methode printSaddlePoints (void printSaddlePoints(int [][] m)), die die Sattelpunkte einer \(n \times m\) Matrix von int Werten berechnet und auf der Konsole ausgibt.
Die Sattelpunkte einer Matrix sind die Elemente der Matrix (n x m), die in Ihrer Zeile am kleinsten sind und in der Spalte am größten.
Beispiel:
Die rechte Matrize hat zwei Sattelpunkte bei \((0,1)\) und \((0,2)\) jeweils mit dem Wert \(0\).
Verwenden Sie Methoden aus der vorherigen Übung wieder (zum Beispiel zum Einlesen einer Matrize bzw. zur Ausgabe.)
java.util.Arrays
Lesen Sie ein Array von der Kommandozeile ein und sortieren Sie es numerisch. D. h. wandeln Sie die Zahlen in echte Zahlen um und sortieren Sie danach. Danach geben Sie das sortierte Array aus. Schreiben Sie ein Java Script.
Beispielinteraktion:
$ ./sort 3 2 1 4 5 6 7 8 9 10
[1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 ]Studieren Sie die verfügbaren Methoden der Klasse Arrays (https://docs.oracle.com/en/java/javase/23/docs/api/java.base/java/util/Arrays.html). Suchen Sie nach einer Methode zum sortieren von Arrays mit dem Datentyp int. Suchen Sie weiterhin nach einer Methode, um das Array „vernünftig“ auszugeben.
varargs)Beispiel
void printAll(String separator, String... strings) {
for (int i = 0; i < strings.length; i++) {
print(strings[i]);
if (i < strings.length - 1) {
print(separator);
}
}
}
printAll(" + ", "2", "2", "3")
// ==> 2 + 2 + 3Pro Methode kann es nur einen varargs Parameter geben und dies muss der letzte Parameter sein.
<Typ>... <Bezeichner>
Der Compiler erzeugt ein Array, das die übergebenen Parameter enthält.
Best Practice: das varargs-Array sollte die Methode nicht verlassen.
Die Methode verhält sich wie eine Methode mit einem Array als Parameter.
⇒ D. h. die Methoden können auch mit einem Array aufgerufen werden und sind bezüglich der Signatur nicht unterscheidbar. Demzufolge ist es auch nicht möglich zwei entsprechende Methoden zu definieren:
double sum(double... values) { ... }double sum(double[] values) { ... } // nicht möglich
⇒ Die Methode kann mit null als Wert aufgerufen werden. In diesem Fall wird kein Array erzeugt sondern null übergeben.
println(sum(null)); // ==> ???varargs
Schreiben Sie eine Methode join, die eine beliebige Anzahl von int Arrays (int[]) entgegennimmt und daraus ein Array erzeugt.
Dokumentieren Sie die Methode ausführlich. Achten sie darauf alle Sonderfälle abzudecken.
Beispielinteraktion:
jshell> var r = join(new int[]{1,2}, new int[]{3,4})
r ==> int[4] { 1, 2, 3, 4 }
jshell> var r = join(
new int[]{1,2},
new int[]{3,4},
new int[]{5,6,7,8,9})
r ==> int[9] { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 }