Informática III

Colecciones en Java

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 uno 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

emps [0]

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

José

Estela

Nora

Mariano

Javier

Gracia

Arrays

Arrays de referencias a objetos Declarar el array Dimensionarlo LLenar los elemenentos individuales con referencias

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

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

Beneficios del uso del JCF

Reduce esfuerzos de programación Produce un incremento en velocidad y calidad del programa Permite la interoperabilidad entre APIs no relacionadas Reduce los esfuerzos de aprendizaje Reduce los esfuerzos de diseño Fomenta la reutilización de software

Objetivos del proyecto

API pequeña Número de interfaces Número de métodos por interface Bajo “peso conceptual” Construído 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

java.util.Collection

La interface Collection

public interface Collection {// Operaciones basicasint size();boolean isEmpty();boolean contains(Object element);boolean add(Object element); // Opcional(*)boolean remove(Object element);//Opcional (*)Iterator iterator();// 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 ArraysObject[] toArray();Object[] toArray(Object a[]);}(*) retornan true si la colección cambia como resultado de aplicar el método, false en caso contrario

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

Filtrado de elementos que no cumplen una condición static void filter(Collection c) { Iterator it = c.iterator(); while (it.hasNext()) if (!cond(it.next()))//Object it.remove();}/*Código genérico para cualquier colección que admita la eliminación de elementos */

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 prohibir elementos duplicados. Los elementos no están ordenados

Ejemplo: Set

import java.util.*;public class FindDups { public static void main(String args[]) { Set s = new HashSet(); 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]

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.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

private static void swap(List a, int i, int j) {Object tmp = a.get(i);a.set(i, a.get(j));a.set(j, tmp);}public static void shuffle(List list, Random rnd) {for (int i=list.size(); i>1; i--)swap(list, i-1, rnd.nextInt(i));}//which is included in the JDK's Collections classimport java.util.*;public class Shuffle {public static void main(String args[]) {List l = new ArrayList();for (int i=0; i<args.length; i++) l.add(args[i]);Collections.shuffle(l, new Random());System.out.println(l);}}

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 Métodos que permiten ver al mapa como colección: 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 void putAll(Map t):void; void clear():void;

// Vistas como colecciones keySet():Set; values():Collection; entrySet():Set;

Map

Ejemplo: Mapimport java.util.*;public class Frecuencia {private static final Integer UNO = new Integer(1);public static void main(String args[]) {Map m = new HashMap();for (int i=0; i<args.length; i++) {//inicializa tabla de línea de cmdInteger freq = (Integer) m.get(args[i]);m.put(args[i],(freq==null ? UNO : new Integer(freq.intValue() + 1)));}System.out.println(m.size()+" pal. distintas");System.out.println(m);}}% java Freq if it is to be it is up to me to delegate

8 pal. distintas

{to=3, me=1, delegate=1, it=2, is=2, if=1, be=1, up=1}

Ordenamiento de objetos

Puede definirse un “orden natural” para una clase haciendo que implemente la interface Comparable Objetos de las clases que la implementen pueden ordenarse 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 oRetorna:<0 si this precede a o0 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 ordenan 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 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 entradas en orden ascendente los elementos deben implementar Comparable o se debe suministrar un Comparator en el momento de la creación Operaciones: Iterator atraviesa el SortedMap en cualquiera de sus vistas de colección en orden de las claves Operaciones adicionales: vista de rango puntos finales (claves) 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

TreeMapHashMa

pMap

LinkedList

ArrayListList

TreeSetHashSetSet

Interfaces

Linked List

Balanced Tree

Resizeable Array

Hash Table

Implementations

Implementaciones

Collection

Set

SortedSetHashSet

TreeSet

List

ArrayList LinkedList

Vector

Stack

Map

Hashtable HashMap

SortedMap

TreeMap

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 argumentos de cualquier tipo que implemente Map Ej.: Map myMap=new TreeMap(myHashtable); Por tanto, es muy fácil convertir de un tipo de colección a otra

Algoritmos

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

Colecciones y clases abstractas

Collection

Set

List

AbstractCollection

AbstractSet

AbstractList

Map

AbstractMap

Colecciones y clases abstractas

AbstractList

HashMap

ArrayList

AbstractMap

List

Cloneable

Serializable

Map

Implementaciones más viejas

El JCF fue introducido con el JDK 1.2 Versiones más viejas incluían java.util.Vector java.util.Hashtable Estas implementaciones fueron extendidas para implementar las interfaces fundamentales del JCF pero aún tienen todas sus operaciones heredadas (compatibilidad hacia atrás)

Arrays

Los arrays no forman parte del JCF pero no fueron ignorados class Arrays

static void sort(Object[] a)static int binarySearch(Object[] a, Object key)static boolean equals(Object[] a, Object[] a2)static void fill(Object[] a, Object val)static void fill(Object[] a, Object val, int from, int to)

static List asList(Object[] a)