Informática III

Colecciones en Java

Lectura adicional:http://www.javaworld.com/javaworld/jw-09-2001/jw-0921-interface.html

Qué son las colecciones?

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

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

Arrays

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 1Paso 2

Paso 3

La clase Arrays

Clase de utilidad (java.util). Sólo métodos static class Arrays

static void sort(Object[ ] a)//orden naturalstatic 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*/

Repaso de interfaces Cuánto más abstracción se añade se obtiene mayor flexibilidad. El

polimorfismo ayuda a construir programas más flexibles. Las 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( ).

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 )}

Repaso de interfaces

Supongo que ahora necesito realizar búsquedas más rápidas y queLinkedList no resuelve este problema y necesito reemplazarla por

HashSet.En el código anterior los cambios no están localizados sino que necesitocambiar 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 )}

Repaso de interfacesOtro ejemplo relacionado: f(){ Collection c = new HashSet(); //... g( c );}//paso como argumento una coleccióng( 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 iteradorg2( 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

Repaso de interfacesUse 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.

Use 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.

Java Frameworks

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

Qué es el JCF? (JDK 1.2)

Arquitectura unificada para representar y manipular colecciones 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

Objetivos del proyecto

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

Las interfaces fundamentales

La interface Collection

Representa un grupo de objetos

(elementos)

El JDK no provee ninguna implementación

directa de esta interface

Es usada para pasar colecciones como

argumentos de métodos o constructores

cuando se desee tener máxima generalidad

La interface Collectionpublic interface Collection {// Operaciones basicasint size();//de queryboolean isEmpty();boolean contains(Object element);Iterator iterator();//de modificación o destructivosboolean add(Object element); // Opcional(*)boolean remove(Object element);//Opcional (*)// Operaciones completasboolean containsAll(Collection c);boolean addAll(Collection c); // Opcional (*)boolean removeAll(Collection c); // Opcional (*)boolean retainAll(Collection c); // Opcional (*)void clear(); // Opcional (*)

La interface Collection

// Operaciones con arrays//puente de y hacia arraysObject[ ] 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.

Interface Iterator

Provee un mecanismo “genérico” para iterar sobre cada uno de los elementos de una colección 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()} UNICA forma segura de modificar una colección durante la iteración

Interface Iterator

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

hasNext() false

hasNext() true

next()

iterator

Un ejemplo de Iterator

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 */

La interface Set

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

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 leftduplicado: iduplicado: i4 palabras detectadas: [came, left, saw, i]

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: iduplicado: i4 palabras detectadas: [came, i, left, saw]

La interface List

Colección ordenada, también llamada secuencia Pueden contener elementos duplicados 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

La interface Listpublic interface List extends Collection {// Acceso PosicionalObject 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.// Busquedaint indexOf(Object o);int lastIndexOf(Object o);// IteracionListIterator listIterator();ListIterator listIterator(int index);List subList(int from, int to); // Vista de rango

Ejemplo: List

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

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

Ejemplo 1: Map Generar números al azar y contar cuántas veces sale cada uno. 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);}}

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 20Integer 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);}}

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); } }}

Ejemplo 3: Salida resultante

{Alabama=Montgomery, Georgia=Atlanta, Tennesee=Nashville}

Iterando...

Alabama=Montgomery

Georgia=Atlanta

Tennesee=Nashville

Ordenamiento de objetos

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

signed numericalDouble

signed numericalInteger lexicographicString

chronologicalDate

Ordenamiento de objetos Interface Comparable

public interface Comparable {public int compareTo(Object o);

} Compara el objeto con el que se invoca el método compareTo con o Retorna: <0 si this precede a o 0 si this y o es igual a (equals()) >0 si o precede a this Un orden natural no siempre es suficiente Es necesario otro orden distinto al “natural” Los objetos a ordenar no implementan Comparable

Ordenamiento de objetos

Interface Comparator

public interface Comparator { public int compare(Object o1, Object o2); }

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;

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)); }}

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]

Interface SortedSet

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

Interface SortedSet

Operaciones: Iterator atraviesa SortedSet en

orden

Operaciones adicionales:

de vista de rango

se puede retornar el primer o el último

elemento

acceso al Comparator

Interface SortedMap

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

Interface SortedMap Operaciones

Iterator atraviesa el SortedMap en

cualquiera de sus vistas de colección en

orden ascendente de las claves

Operaciones adicionales:

vista de rango

recuperar valores extremos

acceso al Comparator

Implementaciones

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

Implementaciones de propósito general

Interface Implementación Histórico

Set HashSet TreeSet

List ArrayList LinkedList VectorStack

Map HashMap TreeMap HashTable

Implementaciones

Collection

Set

SortedSetHashSet

TreeSet

List

ArrayList LinkedList

Vector

Stack

Map

Hashtable HashMap

SortedMap

TreeMap

Colecciones y clases abstractas

Collection

Set

List

AbstractCollection

AbstractSet

AbstractList

Map

AbstractMap

Colecciones y clases abstractas

AbstractList

HashMap

ArrayList

AbstractMap

List

Cloneable

Serializable

Map

Constructores

Cada clase que implementa Collection tiene un constructor con un argumento de cualquier tipo que implemente Collection Ej.: List myVector = new Vector(myTreeSet); 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); Por tanto, es muy fácil cambiar un tipo de colección por otro

Algoritmos

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

Elegir una colección depende de...

Si es de tamaño fijo o no Si los elementos tienen un orden natural o no Si se desea insertar/borrar elementos en

cualquier posición o sólo al principio/final Si será necesario hacer búsquedas en una colección con gran cantidad de datos, en forma rápida Si el acceso a los elementos es aleatorio o secuencial