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Inhaltsverzeichnis
Vorwort
1 Java ist auch eine Sprache
2 Sprachbeschreibung
3 Klassen und Objekte
4 Der Umgang mit Zeichenketten
5 Mathematisches
6 Eigene Klassen schreiben
7 Angewandte Objektorientierung
8 Exceptions
9 Die Funktionsbibliothek
10 Threads und nebenläufige Programmierung
11 Raum und Zeit
12 Datenstrukturen und Algorithmen
13 Dateien und Datenströme
14 Die eXtensible Markup Language (XML)
15 Grafische Oberflächen mit Swing
16 Grafikprogrammierung
17 Netzwerkprogrammierung
18 Verteilte Programmierung mit RMI und Web-Services
19 JavaServer Pages und Servlets
20 Applets
21 Midlets und die Java ME
22 Datenbankmanagement mit JDBC
23 Reflection und Annotationen
24 Logging und Monitoring
25 Sicherheitskonzepte
26 Java Native Interface (JNI)
27 Dienstprogramme für die Java-Umgebung
A Die Begleit-DVD
Stichwort
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Java ist auch eine Insel von Christian Ullenboom Programmieren mit der Java Standard Edition Version 6
Java ist auch eine Insel 7., aktualisierte Auflage geb., mit DVD (November 2007) 1.492 S., 49,90 Euro Galileo Computing ISBN 978-3-8362-1146-8 |
| 12 Datenstrukturen und Algorithmen
|  | 12.1 Datenstrukturen und die Collection-API
|  |  | 12.1.1 Designprinzip mit Schnittstellen, abstrakten Klassen, konkreten Klassen
|  |  | 12.1.2 Die Basis-Schnittstellen Collection und Map
|  |  | 12.1.3 Das erste Programm mit Container-Klassen
|  |  | 12.1.4 Die Schnittstelle Collection
|  |  | 12.1.5 Schnittstellen, die Collection erweitern, und Map
|  |  | 12.1.6 Konkrete Container-Klassen
|  |  | 12.1.7 Welche Klasse nehmen?
|  |  | 12.1.8 Generische Datentypen in der Collection-API
|  |  | 12.1.9 Die Schnittstelle Iterable und das erweiterte for
|  | 12.2 Mit einem Iterator durch die Daten wandern
|  |  | 12.2.1 Die Schnittstellen Enumeration und Iterator
|  |  | 12.2.2 Iteratoren von Sammlungen und das erweiterte for
|  |  | 12.2.3 Fail-Fast Iterator und die ConcurrentModificationException
|  | 12.3 Listen
|  |  | 12.3.1 ArrayList oder LinkedList? Speicherung im Feld oder in einer verketteten Liste
|  |  | 12.3.2 Die Schnittstelle List
|  |  | 12.3.3 ArrayList
|  |  | 12.3.4 LinkedList
|  |  | 12.3.5 Der Feld-Adapter Arrays.asList()
|  |  | 12.3.6 toArray() von Collection verstehen – die Gefahr einer Falle erkennen
|  |  | 12.3.7 Primitive Elemente in den Collection-Datenstrukturen
|  | 12.4 Vergleichen von Objekten
|  |  | 12.4.1 Die Schnittstellen Comparator und Comparable
|  |  | 12.4.2 Algorithmen mit Such- und Sortiermöglichkeiten
|  |  | 12.4.3 Den größten und kleinsten Wert einer Collection finden
|  |  | 12.4.4 Sortieren
|  | 12.5 Mengen (Sets)
|  |  | 12.5.1 HashSet
|  |  | 12.5.2 TreeSet – die Menge durch Bäume
|  |  | 12.5.3 LinkedHashSet
|  | 12.6 Stack (Kellerspeicher, Stapel)
|  |  | 12.6.1 Die Methoden von Stack
|  |  | 12.6.2 Ein Stack ist ein Vector – aha!
|  | 12.7 Queues (Schlangen) und Deques
|  |  | 12.7.1 Die Schnittstelle Queue
|  |  | 12.7.2 Blockierende Queues und Prioritätswarteschlangen
|  |  | 12.7.3 Deque-Klassen
|  | 12.8 Assoziative Speicher
|  |  | 12.8.1 Die Klassen HashMap und TreeMap
|  |  | 12.8.2 Einfügen und Abfragen der Datenstruktur
|  |  | 12.8.3 Die Bedeutung von equals(), hashCode() und IdentityHashMap
|  |  | 12.8.4 Elemente im Assoziativspeicher müssen unveränderbar bleiben
|  |  | 12.8.5 Aufzählungen und Sichten auf den Assoziativspeicher
|  |  | 12.8.6 Der Gleichheitstest, Hash-Wert und Klon einer Hash-Tabelle
|  |  | 12.8.7 Die Arbeitsweise einer Hash-Tabelle
|  |  | 12.8.8 Multi-Maps
|  | 12.9 Die Properties-Klasse
|  |  | 12.9.1 Properties setzen und lesen
|  |  | 12.9.2 Properties verketten
|  |  | 12.9.3 Eigenschaften ausgeben
|  |  | 12.9.4 Hierarchische Eigenschaften
|  |  | 12.9.5 Properties speichern
|  |  | 12.9.6 Klassenbeziehungen: Properties und Hashtable
|  | 12.10 Algorithmen in Collections
|  |  | 12.10.1 Listenoperationen: Ersetzen, Kopieren, Füllen, Umdrehen, Rotieren, Durchmischen
|  |  | 12.10.2 Mit der Halbierungssuche nach Elementen fahnden
|  |  | 12.10.3 Nicht-änderbare Datenstrukturen
|  |  | 12.10.4 Häufigkeit eines Elements
|  |  | 12.10.5 nCopies()
|  |  | 12.10.6 Singletons
|  | 12.11 Synchronisation der Datenstrukturen
|  |  | 12.11.1 Lock-Free-Algorithmen aus java.util.concurrent
|  |  | 12.11.2 Wrapper zur Synchronisation
|  |  | 12.11.3 CopyOnWriteArrayList und CopyOnWriteArraySet
|  | 12.12 Die Klasse BitSet für Bitmengen
|  |  | 12.12.1 Ein BitSet anlegen, füllen und erfragen
|  |  | 12.12.2 Mengenorientierte Operationen
|  |  | 12.12.3 Funktionsübersicht
|  |  | 12.12.4 Primzahlen in einem BitSet verwalten
## 12.2 Mit einem Iterator durch die Daten wandern Wenn wir mit einer ArrayList oder LinkedList arbeiten, so haben wir zumindest eine gemeinsame Schnittstelle List, um an die Daten zu kommen. Doch was vereinigt eine Menge (Set) und Liste, sodass sich die Elemente der Sammlungen mit immer der gleichen Technik erfragen lassen? Listen geben als Sequenz den Elementen zwar Positionen, aber in einer Menge hat kein Element eine Position. Hier bieten sich Iteratoren beziehungsweise Enumeratoren an, die unabhängig von der Datenstruktur alle Elemente auslesen – wir sagen dann, dass sie »über die Datenstruktur iterieren«. ### 12.2.1 Die Schnittstellen Enumeration und Iterator Für Iteratoren deklariert die Java-Bibliothek zwei unterschiedliche Schnittstellen. Das hat historische Gründe. Die Schnittstelle Enumeration gibt es seit den ersten Java-Tagen; die Schnittstelle Iterator gibt es seit Java 1.2, seit der Collection-API. Der Typ Iterator ist jedoch deutlich weiter verbreitet. Die Schnittstellen erweitern selbst keine weitere Schnittstelle. [Enumeratoren (und Iteratoren) können nicht serialisiert werden, da sie die Schnittstelle Serializable nicht implementieren. ] Beiden Schnittstellen ist eine Funktion gemeinsam, die das nächste Element erfragt, und eine Funktion, die ermittelt, ob es überhaupt ein nächstes Element gibt. So wandert der Iterator einen Datengeber (in der Regel eine Datenstruktur) Element für Element ab. Die Namen der Operationen unterscheiden sich in den Schnittstellen ein wenig und sind beim Iterator kürzer. Hast du mehr? Gib mir das nächste Iterator hasNext() next() Enumeration hasMoreElements() nextElement() Bei jedem Aufruf von next()/nextElement() erhalten wir ein weiteres Element der Datenstruktur. Übergehen wir ein false von hasNext()/hasMoreElements(), bestraft uns eine NoSuchElementException.
Beispiel Die Aufzählung erfolgt meistens über einen Zweizeiler. Da jede Collection eine Methode iterator() besitzt, lassen sich alle Elemente wie folgt auf dem Bildschirm ausgeben: Listing 12.4 com/tutego/insel/util/IteratorDemo.java, main()
    Collection<String> set = new TreeSet<String>();
    Collections.addAll( set, "Horst", "Schlämmer", "Hape" , "Kerkeling" );
    for ( Iterator<String> iterator = set.iterator(); iterator.hasNext(); )
      System.out.println( iterator.next() );
Das erweiterte for macht das Ablaufen aber noch einfacher und der gleiche Iterator steckt dahinter.
Im Gegensatz zum Index eines Felds können wir ein Objekt nicht noch einmal auslesen, nicht vorlaufen beziehungsweise hin und her springen. Ein Iterator gleicht anschaulich einem Datenstrom; wollten wir ein Element zweimal besuchen, zum Beispiel von rechts nach links noch einmal durchwandern, dann müssen wir wieder ein neues Iterator/Enumeration-Objekt erzeugen oder uns die Elemente zwischendurch merken. Nur bei Listen und sortierten Datenstrukturen ist die Reihenfolge der Elemente vorhersehbar.
Hinweis In Java steht der Iterator nicht auf einem Element, sondern zwischen Elementen.
Hier klicken, um das Bild zu vergrößern
    interface java.util.Enumeration<E>
boolean hasMoreElements() Testet, ob ein weiteres Element aufgezählt werden kann. E nextElement() Liefert das nächste Element der Enumeration zurück. Diese Funktion kann eine NoSuchElementException (eine RuntimeException) auslösen, wenn nextElement() aufgerufen und das Ergebnis false beim Aufruf von hasMoreElements() ignoriert wird. #### Der Iterator kann löschen Die Schnittstelle Iterator bietet eine Möglichkeit, die Enumeration nicht bietet. Das zuletzt aufgezählte Element lässt sich aus dem zugrunde liegenden Container mit remove() entfernen. Vor dem Aufruf muss jedoch next() das zu löschende Element als Ergebnis geliefert haben. Eine Enumeration kann die aufgezählte Datenstruktur grundsätzlich nicht verändern. In der Dokumentation ist die Methode remove() als optional gekennzeichnet. Das heißt, dass ein konkreter Iterator kein remove() können muss – auch eine UnsupportedOperationException ist möglich. Das ist etwa dann der Fall, wenn ein Iterator von einem Feld abgeleitet wird und ein Löschen nicht wirklich möglich ist.
    interface java.util.Iterator<E>
boolean hasNext() Liefert true, falls die Iteration weitere Elemente bietet. E next() Liefert das nächste Element in der Aufzählung oder NoSuchElementException, wenn keine weiteren Elemente mehr vorhanden sind. void remove() Entfernt das Element, das der Iterator zuletzt bei next() geliefert hat. Implementiert ein Iterator diese Funktion nicht, so löst er eine UnsupportedOperationException aus.
Hinweis Warum es die Methode remove() im Iterator gibt, ist eine interessante Frage. Die Erklärung dafür: Der Iterator kennt die Stelle, an der sich die Daten befinden (eine Art Cursor). Darum können die Daten dort auch effizient und direkt gelöscht werden. Das erklärt jedoch nicht unbedingt, warum es keine Einfüge-Methode gibt. Ein allgemeiner Grund mag sein, dass bei vielen Container-Typen das Einfügen an einer bestimmten Stelle keinen Sinn ergibt, etwa bei sortierten NavigableSet oder NavigableMap. Dort ist die Einfügeposition durch die Sortierung vorgegeben oder belanglos (beziehungsweise bei HashSet durch die interne Realisierung bestimmt), also kein Fall für einen Iterator. Dazu wirft das Einfügen weitere Fragen auf: vor oder nach dem zuletzt per next() gelieferten Element? Soll das neue Element mit aufgezählt werden oder nicht? Soll es auch dann nicht aufgezählt werden, wenn es in der Sortierung erst später an die Reihe käme? Eine Löschen-Methode ist problemloser und universell anwendbar.
### 12.2.2 Iteratoren von Sammlungen und das erweiterte for Jede Collection wie ArrayList oder HashSet liefert mit iterator() einen Iterator. Datenstrukturen laufen damit immer nach dem gleichen Muster ab:
    for ( Iterator i = c.iterator(); i.hasNext(); )
    {
      Object o = i.next();
      ...
    }
Steckt in der Datenstruktur ein spezieller Untertyp von Object – wenn eine Liste zum Beispiel Strings enthält –, kann eine explizite Typanpassung helfen. Da der Iterator aber mit Generics-Fähigkeiten deklariert wurde, geht es noch einfacher, wie der nächste Absatz zeigt.
    interface java.util.Collection<E>
    extends Iterable<E>
Iterator<E> iterator() Iterator der Datenstruktur. #### Der typisierte Iterator Von einer typisierten Collection liefert iterator() ebenfalls einen typisierten Iterator. Das heißt, die Datenstruktur überträgt den generischen Typ auf den Iterator. Nehmen wir eine mit String typisierte Sammlung an:
    Collection<String> c = new LinkedList<String>();
Ein Aufruf von c.iterator() liefert nun Iterator<String> und beim Durchlaufen über den Iterator kann die explizite Typanpassung beim next() entfallen:
    for ( Iterator<String> i = c.iterator(); i.hasNext(); )
    {
      String s = i.next();
      ...
    }
#### Iterator und erweitertes for Stößt der Compiler auf ein erweitertes for und erkennt er rechts vom Doppelpunkt den Typ Iterable, so erzeugt er Bytecode für eine Schleife, die den Iterator und seine bekannten Methoden hasNext() und next() nutzt. Nehmen wir eine Funktion totalStringLength(List) an, die ermitteln soll, wie viele Zeichen alle Strings zusammen besitzen. Aus
    static int totalStringLength( List strings )
    {
      int result = 0;

      for ( Object s : strings )
        result += ((String)s).length();

      return result;
    }
erzeugt der Compiler:
    static int totalStringLength( List strings )
    {
      int result = 0;

      for ( Iterator iter = strings.iterator(); iter.hasNext(); )
        result += ((String)iter.next()).length();

      return result;
    }
Mit einer generischen Datenstrukturen und einem damit abgeleiteten generischen Iterator vollzieht sich das Ablaufen noch einfacher.
    static int totalStringLength( List<String> strings )
    {
      int result = 0;

      for ( String s : strings )
        result += s.length();

      return result;
    }
Da die erweiterte Schleife das Ablaufen einer Datenstruktur vereinfacht, wird ein explizit ausprogrammierter Iterator selten benötigt. Doch der Iterator kann ein Element über die remove()-Funktion des Iterators löschen, was über das erweiterte for nicht möglich ist. ### 12.2.3 Fail-Fast Iterator und die ConcurrentModificationException Die Entwickler der Java-Bibliothek haben einen Entwurf gewählt, dass Änderungen über die Sammlung und den Iteratoren auffallen und zu einer ConcurrentModificationException führen: Listing 12.5 com/tutego/insel/util/ConcurrentModificationExceptionDemo.java, main()
    List<String> list = new ArrayList<String>( Arrays.asList( "Stunden", "der" ) );
    Iterator<String> iterator = list.iterator();
    System.out.println( list.get( 0 ) );  // Stunden
    list.add( "Entspannung" );
    iterator.next(); // Exception in thread "main"
                     // java.util.ConcurrentModificationException
Da nach dem Erfragen des Iterators die Datenstruktur für Veränderungen gesperrt ist, führt ein add() auf der Liste zu einer ConcurrentModificationException. ### Ihr Kommentar Wie hat Ihnen das <openbook> gefallen? Wir freuen uns immer über Ihre freundlichen und kritischen Rückmeldungen.
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