Informática III Colecciones en Java Lectura adicional: interface.html.

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1 Informática III Colecciones en Java Lectura adicional: http://www.javaworld.com/javaworld/jw-09-2001/jw-0921- interface.html

2 Qué son las colecciones? z La mayoría de los programas usan colecciones (contenedores) de datos  Un conjunto de usuarios  Palabras de un diccionario  Una lista de números  Una lista de personas y sus direcciones de email  Colecciones de mayor orden: Listas de conjuntos o conjuntos de listas

3 Arrays z Tamaño fijo, definido en la declaración. Una vez establecido no puede modificarse z Todos los elementos del array deben ser del mismo tipo o de algún subtipo z Se accede a cada elemento mediante un índice entero z Cada array tiene un atributo length que almacena su dimensión z Acceder a un elemento con índice negativo o mayor a length lanza una ArrayIndexOutOfBoundsException z Acceder a un elemento antes de almacenarlo lanza una NullPointerException

4 Arrays z Arrays de referencias a objetos  Declarar el array  Dimensionarlo  Llenar los elementos individuales con objetos Empleado [] emps = new Empleado[6]; for (int j = 0; j < emps.length; j++) { emps[j] = new Empleado();} emps[0].setName(“José”);... Paso 1 Paso 2 Paso 3

5 La clase Arrays z Clase de utilidad (java.util). Sólo métodos static z class Arrays static void sort(Object[ ] a)//orden natural static int binarySearch(Object[ ] a, Object key) static boolean equals(Object[ ] a, Object[ ] a2) static void fill(Object[ ] a, Object val) static List asList(Object[ ] a) /* también versiones de los métodos para cada tipo de datos primitivos*/

6 Repaso de interfaces zCuánto más abstracción se añade se obtiene mayor flexibilidad. El polimorfismo ayuda a construir programas más flexibles. zLas interfaces brindan más polimorfismo que el que puede obtenerse usando familias de clases con relación de herencia. Ejemplo: interface Talkative { void talk();} abstract class Animal implements Talkative { abstract public void talk();} class Dog extends Animal { public void talk() { System.out.println("Woof!"); }} class Cat extends Animal { public void talk() { System.out.println("Meow."); }} class Interrogator { static void makeItTalk(Talkative subject) { subject.talk(); }} //se puede aún añadir una clase nueva de una familia // completamente distinta y seguir pasando como argumentos instancias de esta // nueva clase a makeItTalk( ).

7 Repaso de interfaces class Clock {//….} class CuckooClock extends Clock implements Talkative { public void talk() { System.out.println("Cuckoo, cuckoo!"); }} class Example4 { public static void main(String[] args) { CuckooClock cc = new CuckooClock(); Interrogator.makeItTalk(cc); }} //la interface me permite usar polimorfismo en familias de clases sin relación // de herencia. Otro ejemplo: f(){ LinkedList list = new LinkedList(); //... g( list );} g( LinkedList list ){ list.add(... ); g2( list )}

8 Repaso de interfaces Supongo que ahora necesito realizar búsquedas más rápidas y que LinkedList no resuelve este problema y necesito reemplazarla por HashSet. En el código anterior los cambios no están localizados sino que necesito cambiar f(), g() y todos los sitios donde se invoque a g(), puesto que g() modifica su signatura. Reescribiendo: f(){ Collection list = new LinkedList();//este código sí haría posible // reemplazarLinkedList por HashSet y no tener que hacer ningún cambio //más. //... g( list );} g( Collection list ){ list.add(... ); g2( list )}

9 Repaso de interfaces Otro ejemplo relacionado: f() { Collection c = new HashSet(); //... g( c );}//paso como argumento una colección g( Collection c ) { for( Iterator i = c.iterator(); i.hasNext() ;)//itera en la colección y hace algo do_something_with( i.next() );} Comparada con esta otro código: f2() { Collection c = new HashSet(); //... g2( c.iterator() );}//paso como argumento un iterador g2( Iterator i )//Puede iterar en colecciones o Mapas o en lugar de esto { while( i.hasNext() )//usar iteradores que generen datos, por ej. que do_something_with( i.next() );}//alimenten al programa con datos de un //archivo=>tengo más flexibilidad

10 Repaso de interfaces zUse interfaces para representar abstracciones que puedan tener múltiples implementaciones. Mientras no cambie la interface se pueden hacer toda clase de cambios a las clases que la implementan o añadir nuevas implementaciones, sin que esto tenga ningún impacto en el código que depende sólo de la interface. zUse interfaces para modelizar todo lo que es probable que cambie a menudo. El polimorfismo permite cambiar libremente de una implementación a otra. El uso de clases concreta ata al programador a implementaciones específicas y hace los cambios innecesariamente difíciles.

11 Java Frameworks z Conjunto de clases (interfaces, clases abstractas y clases concretas) que permiten implementaciones reusables de conceptos que suelen encontrarse en programación z Ejemplos de Java Frameworks:  Java Collection Framework (JCF)  Interface gráfica de usuario(GUI)  Input/Output

12 Qué es el JCF? (JDK 1.2) z Arquitectura unificada para representar y manipular colecciones z JCF consta de:  Interfaces (ADTs)  Implementaciones concretas (estructuras de datos reusables)  Algoritmos (funcionalidad reusable) C++’s Standard Template Library es también un framework de colecciones

13 Objetivos del proyecto z API pequeña (java.util)  Número de interfaces  Número de métodos por interface  Bajo “peso conceptual” z Construido sobre colecciones Java ya existentes (Vector, Hashtable) z Conversión de y a arrays

14 Las interfaces fundamentales

15 La interface Collection z Representa un grupo de objetos (elementos) z El JDK no provee ninguna implementación directa de esta interface z Es usada para pasar colecciones como argumentos de métodos o constructores cuando se desee tener máxima generalidad

16 La interface Collection public interface Collection { // Operaciones basicas int size();//de query boolean isEmpty(); boolean contains(Object element); Iterator iterator();// de modificación o destructivos boolean add(Object element); // Opcional(*) boolean remove(Object element);//Opcional (*) // Operaciones completas boolean containsAll(Collection c); boolean addAll(Collection c); // Opcional (*) boolean removeAll(Collection c); // Opcional (*) boolean retainAll(Collection c); // Opcional (*) void clear(); // Opcional (*)

17 La interface Collection // Operaciones con arrays //puente de y hacia arrays Object[ ] toArray(); Object[ ] toArray(Object a[ ]); } (*) retornan (salvo clear) true si la colección cambia como resultado de aplicar el método, false en caso contrario. Lanzan UnsupportedOperationException si la colección concreta no soporta esta operación.

18 Interface Iterator z Provee un mecanismo “genérico” para iterar sobre cada uno de los elementos de una colección z Creado por Collection.iterator()  public interface Iterator {//en java.util boolean hasNext(); //retorna true si se //puede invocar a next() Object next();//retorna el próximo //elemento en la iteración void remove(); // Opcional; elimina el //elemento actual de la colección, sólo //puede llamarse si antes invoco next()} z UNICA forma segura de modificar una colección durante la iteración

19 Interface Iterator z Se puede pensar a Iterator como un cursor ubicado entre los elementos de la colección Permite iterar sólo hacia delante

20 Un ejemplo de Iterator z Cálculo del gasto total en sueldos de un depto. public double gasto(Collection c) { double gasto=0; Iterator it = c.iterator(); while (it.hasNext()) gasto += ((Empleado)it.next()).getsueldo(); } return gasto; } /*Sencillo algoritmo polimórfico aplicable a cualquier colección que implemente Collection */

21 La interface Set z Colección que no puede contener elementos duplicados. Abstracción del concepto de matemático de conjunto z Contiene los métodos heredados de Collection. Sólo añade restricciones para impedir añadir elementos duplicados. z Los elementos no están ordenados

22 Ejemplo 1: Set import java.util.*; public class FindDups { public static void main(String args[]) { Set s = new HashSet();// referencia a la interface, no al tipo implementado for (int i=0; i<args.length; i++) if (!s.add(args[i])) System.out.println(" duplicado: "+args[i]); System.out.println(s.size()+" palabras detectadas: "+s); }} java FindDups i came i saw i left duplicado: i 4 palabras detectadas: [came, left, saw, i]

23 Ejemplo 2: Set import java.util.*; public class FindDups { public static void main(String args[]) { Set s = new TreeSet();// cambio el tipo de implementación for (int i=0; i<args.length; i++) if (!s.add(args[i])) System.out.println(" duplicado: "+args[i]); System.out.println(s.size()+" palabras detectadas: "+s); }} java FindDups i came i saw i left duplicado: i 4 palabras detectadas: [came, i, left, saw]

24 La interface List z Colección ordenada, también llamada secuencia z Pueden contener elementos duplicados z Nuevas operaciones:  Acceso posicional. “Arrays dinámicos” que utilizan para el acceso un índice a partir de 0  Búsqueda  Iteración. Con ListIterator se puede iterar hacia atrás o hacia adelante  Vista de rango

25 La interface List public interface List extends Collection { // Acceso Posicional Object get(int index); Object set(int index, Object element); // Opt. (reemplazo) void add(int index, Object element); // Opt. Object remove(int index); // Opt. abstract boolean addAll(int index, Collection c);// Opt. // Busqueda int indexOf(Object o); int lastIndexOf(Object o); // Iteracion ListIterator listIterator(); ListIterator listIterator(int index); List subList(int from, int to); // Vista de rango

26 Ejemplo: List

27 La interface Map z Colección de pares clave/valor (tabla-diccionario)  No puede contener claves duplicadas  Una clave puede mapear a lo sumo un valor z Todo objeto puede ser usado como un clave de hash  public int Object.hashcode()  Objetos iguales (equals()) deben producir el mismo hashcode z Distintas vistas como colecciones:  keySet- Set de claves del mapa  values- Collection de valores del mapa  entrySet- Set de pares claves/valor del mapa

28 La interface Map // Operaciones básicas put(Object, Object):Object; get(Object):Object; remove(Object):Object; containsKey(Object):boolean; containsValue(Object):boolean; size():int; isEmpty():boolean; // Operaciones completas putAll(Map t):void; clear():void; // Vistas como colecciones keySet():Set; values():Collection; entrySet():Set; Map

29 Ejemplo 1: Map z Generar números al azar y contar cuántas veces sale cada uno. z Clave=nro. Aleatorio generado (int), Valor= frec. class Estadistico { private static final Integer UNO = new Integer(1); public static void main( String args[] ) { Map tabla = new HashMap(); for(int i=0; i < 10000; i++) {// Generar un número entre 0 y 20 Integer num = new Integer((int)(Math.random()*20)); Integer freq = (Integer) tabla.get(num); m.put(num, (freq==null ? UNO : new Integer(freq.intValue( ) + 1)));} System.out.println(tabla);}}

30 Ejemplo 1: Map class Estadistico { private static final Integer UNO = new Integer(1); public static void main( String args[] ) { Map tabla = new HashMap(); for(int i=0; i < 10000; i++) { // Generar un número entre 0 y 20 Integer num = new Integer((int)(Math.random()*20)); Integer freq = (Integer) tabla.get(num); tabla.put(num, (freq==null ? UNO : new Integer(freq.intValue( ) + 1)));} System.out.println(tabla); }}

31 Ejemplo 2: Iterar en un mapa import java.util.*; public class Mapa { public static void main(String[] args) { HashMap m = new HashMap(); m.put("Alabama", "Montgomery"); m.put("Tennesee", "Nashville"); m.put("Georgia", "Savannah"); // El siguiente valor reemplaza "Savannah": m.put("Georgia", "Atlanta"); System.out.println(m); iterate(m); } public static void iterate(Map m) { System.out.println("Iterando..."); Set s = m.entrySet(); Iterator i = s.iterator(); while (i.hasNext()){//ref.a Map.Entry sólo con un iterador Map.Entry e = (Map.Entry)(i.next());//par clave-valor System.out.println(e); } }}

32 Ejemplo 3: Salida resultante {Alabama=Montgomery, Georgia=Atlanta, Tennesee=Nashville} Iterando... Alabama=Montgomery Georgia=Atlanta Tennesee=Nashville

33 Ordenamiento de objetos z Puede definirse un “orden natural” para una clase haciendo que implemente la interface Comparable z Objetos de las clases que la implementen se pueden ordenar automáticamente z Muchas clases del JDK la implementan:

34 Ordenamiento de objetos z Interface Comparable public interface Comparable { public int compareTo(Object o); } Compara el objeto con el que se invoca el método compareTo con o Retorna: <0si this precede a o 0 si this y o es igual a (equals()) >0 si o precede a this z Un orden natural no siempre es suficiente  Es necesario otro orden distinto al “natural”  Los objetos a ordenar no implementan Comparable

35 Ordenamiento de objetos z Interface Comparator public interface Comparator { public int compare(Object o1, Object o2); }

36 Ejemplo: Comparable import java.util.*; public class Name implements Comparable { private String firstName, lastName; public Name(String firstName, String lastName) { if (firstName==null || lastName==null) throw new NullPointerException(); this.firstName = firstName; this.lastName = lastName; } public String firstName() {return firstName;} public String lastName() {return lastName;} public boolean equals(Object o) { if (!(o instanceof Name)) return false; Name n = (Name)o;

37 Ejemplo: Comparable return n.firstName.equals(firstName) && n.lastName.equals(lastName); } public int hashCode() { return 31*firstName.hashCode() + lastName.hashCode(); } public String toString() {return firstName + " " + lastName;} public int compareTo(Object o) { Name n = (Name)o; int lastCmp = lastName.compareTo(n.lastName); return (lastCmp!=0 ? lastCmp : firstName.compareTo(n.firstName)); }}

38 Ejemplo: Comparable class NameSort { public static void main(String args[]) { Name n[] = { new Name("John", "Lennon"),new Name("Karl", "Marx"), new Name("Groucho", "Marx"), new Name("Oscar", "Grouch")}; List l = Arrays.asList(n); Collections.sort(l); System.out.println(l);}} [Oscar Grouch, John Lennon, Groucho Marx, Karl Marx]

39 Interface SortedSet z Conjunto que mantiene los elementos ordenados en forma ascendente  los elementos deben implementar Comparable o,  se debe suministrar un Comparator en el momento de la creación  los elementos deben ser mutuamente comparables  el ordenamiento debe ser consistente con equals

40 Interface SortedSet z Operaciones: Iterator atraviesa SortedSet en orden z Operaciones adicionales:  de vista de rango  se puede retornar el primer o el último elemento  acceso al Comparator

41 Interface SortedMap z Mapa que mantiene sus claves en orden ascendente  las claves deben implementar Comparable  o, se debe suministrar un Comparator en el momento de la creación  las claves deben ser mutuamente comparables  el ordenamiento debe ser consistente con equals

42 Interface SortedMap z Operaciones  Iterator atraviesa el SortedMap en cualquiera de sus vistas de colección en orden ascendente de las claves z Operaciones adicionales:  vista de rango  recuperar valores extremos  acceso al Comparator

43 Implementaciones z Son los objetos reales usados para almacenar los elementos  Implementan las interfaces fundamentales del JCF z Hay tres clases de implementaciones  de propósito general  envolturas  de conveniencia z Clases abstractas

44 Implementaciones de propósito general InterfaceImplementaciónHistórico SetHashSetTreeSet ListArrayListLinkedListVector Stack MapHashMapTreeMapHashTable

45 Implementaciones Collection Set SortedSetHashSet TreeSet List ArrayListLinkedList Vector Stack Map HashtableHashMap SortedMap TreeMap

46 Colecciones y clases abstractas Collection Set List Abstract Collection Abstract Set Abstract List Map Abstract Map

47 Colecciones y clases abstractas AbstractList HashMap ArrayList AbstractMap List Cloneable Serializable Map

48 Constructores z Cada clase que implementa Collection tiene un constructor con un argumento de cualquier tipo que implemente Collection Ej.: List myVector = new Vector(myTreeSet); z En forma similar, casi todas las clases que implementan Map tienen un constructor con un argumento de cualquier tipo que implemente Map Ej.: Map myMap=new TreeMap(myHashtable); z Por tanto, es muy fácil cambiar un tipo de colección por otro

49 Algoritmos z Algoritmos polimórficos proveen funcionalidad reusable  definidos como métodos static en la clase Collections z Algoritmos provistos (casi todos para List)  ordenamiento  barajado (shuffling)  manipulación de datos  inversión, llenado, copia  búsqueda y valores extremos (min/max)

50 Elegir una colección depende de... z Si es de tamaño fijo o no z Si los elementos tienen un orden natural o no z Si se desea insertar/borrar elementos en cualquier posición o sólo al principio/final z Si será necesario hacer búsquedas en una colección con gran cantidad de datos, en forma rápida z Si el acceso a los elementos es aleatorio o secuencial