Programmierung und Software-Entwicklung: Arrays, Skripte von Softwareentwicklung

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Kapitel 8

Arrays

Ziele

2  Die Datenstruktur der Arrays kennenlernen  Grundlegende Algorithmen auf Arrays in Java implementieren können  Mit Arrays von Objekten arbeiten können

Arrays: Einführung (1)

In vielen Anwendungen werden Tupel (Reihungen/Folgen von Elementen) verschiedener Länge benutzt. Beispiel: Vektoren  [1.0, 1.0]  [0.2, 1.2, 7.0] Beispiel: Zeichenfolgen  ['L', 'M', 'U']  ['C', 'A', 'M', 'P', 'U', 'S'] Solche Tupel können durch Arrays dargestellt werden. 4

Arrays: Einführung (2)

 Ein Array ist ein Tupel von Elementen gleichen Typs.  Auf die einzelnen Elemente (Komponenten) kann über einen Index direkt zugegriffen werden.  Mathematisch kann ein Array mit n Komponenten eines Typs T als eine Abbildung vom Indexbereich {0,…,n-1} in den Wertebereich von T aufgefasst werden. Beispiel: a: ['C', 'A', 'M', 'P', 'U', 'S'] Index: 0 1 2 3 4 5 5

Speicherdarstellung von Array-Objekten

7 Heap length = 3 [0] = 7 [1] = 230 [2] = 17 :int[] length = 6 [0] = 'C' [1] = 'A' [2] = 'M' [3] = 'P' [4] = 'U' [5] = 'S' :char[]

Arraytypen und deren Werte

 Die Werte eines Arraytyps T [] sind Referenzen auf Array-Objekte des Typs T [] sowie (wie bei Klassentypen) die leere Referenz null.  Dementsprechend speichern lokale Variablen eines Arraytyps Referenzen auf ein Array oder den Wert null.  Array-Referenzen können mit den Operationen == und != auf Gleichheit bzw. Ungleichheit getestet werden (nicht empfehlenswert, da die Referenzen und nicht die einzelnen Komponenten der Arrays verglichen werden). 8

Grammatik für Ausdrücke mit Arrays

Expression = Variable | Value | Expression BinOp Expression |

UnOp Expression | "(" Expression ")" |

MethodInvocation | InstanceCreation

Variable = NamedVariable | FieldAccess |

ArrayAccess (<-neu)

NamedVariable = Identifier

FieldAccess = Expression "." Identifier

ArrayAccess = Expression "[" Expression "]" (<-neu)

Value = IntegerValue | FloatingPointValue | CharacterValue | BooleanValue | "null"

Grammatik für Methodenaufruf, Objekt- und Arrayerzeugung

MethodInvocation =

Expression "." Identifier "(" [ ActualParameters] ") "

ActualParameters = Expression {"," Expression}

InstanceCreation = ClassInstanceCreation | ArrayCreation (<-neu)

ClassInstanceCreation =

"new" ClassType "(" [ ActualParameters] ") "

ArrayCreation = "new" Type DimExprs {"[ ]"} (<-neu)

DimExprs = "[" Expression "]" {"[" Expression "]" }

Arrayzugriff: Typkorrektheit

ArrayAccess = Expression "[" Expression "]"

 Der erste Expression-Ausdruck (Array-Referenzausdruck) muss einen

Arraytyp T [] haben und der zweite Expression-Ausdruck (Indexausdruck)

muss den Typ int (oder einen kleineren Typ) haben.

 ArrayAccess hat dann den Typ T der Arrayelemente.

Beispiel: Seien char[] a; int[] b; double[][] c; int i,j; lokale Variable. a[3], a[i], a[-8+2*i], a[a.length-1], a[b[i]-3], a[b[i-3]] haben den Typ char. b[0], b[a.length], b[b[i]+7] haben den Typ int. c[i] hat den Typ double[], c[i][j] hat den Typ double.

Arrayzugriff: Auswertung

Sei e[a] ein Arrayzugriffs-Ausdruck. Sei e ein Ausdruck mit Arraytyp T[].

1. Der Referenzausdruck e wird im aktuellen Zustand (s,h) ausgewertet. Falls der Wert null ist, erfolgt ein Laufzeitfehler (NullPointerException), andernfalls wird die erhaltene Arrayreferenz p gemerkt.
2. Der Wert v des Indexausdrucks a wird berechnet. Falls v negativ ist oder größer gleich der Länge des mit p referenzierten Arrays ist, erfolgt ein Laufzeitfehler (IndexOutOfBoundsException). Ansonsten wird der die mit v indizierte Komponente des mit p referenzierten Arrays geliefert. Beachte: Falls bei der Auswertung von e keine Exception ausgelöst wird:  e[0] liefert das erste Elemet des Arrays und e[e.length-1] das letzte.  e[e.length] führt zu einer IndexOutOfBoundsException.

Arrayerzeugung: Typkorrektheit

ArrayCreation = "new" Type DimExprs {"[ ]"}

DimExprs = "[" Expression "]" {"[" Expression "]" }

 Für jede Dimension muss der Expression-Ausdruck den Typ int (oder einen

kleineren Typ) haben.

 ArrayCreation hat dann den Typ Type []…[] mit so vielen Klammerpaaren,

wie Dimensionen angegeben wurden. Beispiel: new char[6], new char[22] haben den Typ char[]. new int[3] hat den Typ int[], new String[8] hat den Typ String[]. new double[4][7], new double[4][] haben den Typ double[][].

Arrayerzeugung: Auswertung

Sei new T[d 1 ]…[dn][]…[] ein Arrayerzeugungs-Ausdruck.

1. Die Werte der Dimensionsausdrücke d 1 ,…,dn werden ausgehend vom aktuellen Zustand von links nach rechts berechnet. Falls ein Wert negativ ist, erfolgt ein Laufzeitfehler (NegativeArraySizeException) und die Auswertung bricht ab.
2. Ein neues Array-Objekt für den Typ T[]…[][]…[] wird erzeugt, dessen Länge der Wert von d 1 ist, und auf den Heap gelegt.
3. Die Komponenten des Array-Objekts werden mit Default-Werten initialisiert. ( 0 bei int, false bei boolean, '\0' bei char, null bei Klassen- und Arraytypen).
4. Solange n noch nicht erreicht ist, wird dieser Vorgang für die einzelnen Komponenten des gerade angelegten Arrays wiederholt. (Z.B. wird bei n = 2 für jede Komponente a[i] (i = 0,.., d 1 - 1) des zuletzt erzeugten Arrays a ein Array der Länge d 2 angelegt.)

Intialisierung von Arrays

19 Durch Einzelzuweisungen an die Komponenten: type[] var = new type[n]; var[0] = v 0 ; . . . var[n-1] = v n- 1 ; Durch sofortige Initialisierung des gesamten Arrays: type[] var = { v 0 , ..., v n- 1 }; Die Syntax von Variablendeklarationen wird in Java dementsprechend auf „Arrayinitialisierer“ erweitert.

Initialisierung von Arrays: Beispiel

20  Einzelzuweisungen an die Komponenten: char[] a = new char[6]; a[0] = 'C'; a[1] = 'A'; a[2] = 'M'; a[3] = 'P'; a[4] = 'U'; a[5] = 'S';  Sofortige Initialisierung des gesamten Arrays: char[] a = {'C', 'A', 'M', 'P', 'U', 'S'}; Der Typ von a ist char[], d.h. der Typ eines eindimensionalen Arrays mit Elementen aus char.