Programmering med interfaces – en stak og en HP-regnemaskine push pop

 Michael E. Caspersen, 2001Introducerende objektorienteret programmeringregnemaskine.2 Den onde class Bad { public static void main(String[] args) { int x = 0; Node h = null; Node p = null; read(x); while ( x!=0 ) { p = new Node(); p.v = x; p.next = h; h = p; read(x); } while ( h!=null ) { p = h; h = p.next; x = p.v; write(x); } } } Hvad gør dette program?

 Michael E. Caspersen, 2001Introducerende objektorienteret programmeringregnemaskine.3 Den gode class Good { public static void main(String[] args) { int x = 0; Stack s = new LinkedStack(); read(x); while ( x!=0 ) { s.push(x); read(x); } while ( !s.isEmpty() ) { x = s.pop(); write(x); } Hvad gør dette program?

 Michael E. Caspersen, 2001Introducerende objektorienteret programmeringregnemaskine.4 Hvorfor er den onde ond og den gode god? class Good { public static void main(String[] a) { int x = 0; Stack s = new LinkedStack(); read(x); while ( x!=0 ) { s.push(x); read(x); } while ( !s.isEmpty() ) { x = s.pop(); write(x); } Kommentarer? class Bad { public static void main(String[] a) { int x = 0; Node h = null; Node p = null; read(x); while ( x!=0 ) { p = new Node(); p.v = x; p.next = h; h = p; read(x); } while ( h!=null ) { p = h; h = p.next; x = p.v; write(x); } } }

 Michael E. Caspersen, 2001Introducerende objektorienteret programmeringregnemaskine.5 Abstraktionsniveauer I de to programmer kan vi identificere (mindst) fire forskellige abstraktionsniveauer. I “den onde” er disse fire niveauer totalt sammenblandet. I “den gode” er disse niveauer klart separeret. Generelt skal vi stræbe efter at designe pro- grammer hvor abstraktionsniveauerne er klart separeret og dermed lette at identificere. Kun herved kan vi håbe på at kunne konstruere vedligeholdelsesvenlige, pålidelige og effektive programmer. application stack linked list “pointers”

 Michael E. Caspersen, 2001Introducerende objektorienteret programmeringregnemaskine.6 Men hvad er en stak? class Good { public static void main (String[] args) { int x = 0; Stack s = new LinkedStack(); read(x); while ( x!=0 ) { s.push(x); read(x); } while ( !s.isEmpty() ) { x = s.pop(); write(x); } interface Stack { /** * post: isEmpty == 'the stack is empty‘ */ public boolean isEmpty(); /** * post: isFull == 'the stack is full‘ */ public boolean isFull(); /** * pre: not isFull * post: e is placed on top of the stack */ public void push(int e); /** * pre: not isEmpty * post: pop == 'the top element' * and the top element is * removed from the stack */ public int pop(); }

 Michael E. Caspersen, 2001Introducerende objektorienteret programmeringregnemaskine.7 En HP-regnemaskine Indtastning Display 11  11 4   3 4  4 5  5 * * 161

 Michael E. Caspersen, 2001Introducerende objektorienteret programmeringregnemaskine.8 Rullestakken inde bag scenen Indtastning Display 11  11 4   3 4  4 5  5 * * display

 Michael E. Caspersen, 2001Introducerende objektorienteret programmeringregnemaskine.9 Regneudtryk Prefix-udtryk Infix-udtryk Postfix-udtryk Eks. 1 Eks. 2 +3*45 * *5 (3+4)*5 345*+ 34+5*

 Michael E. Caspersen, 2001Introducerende objektorienteret programmeringregnemaskine.10 Evaluering af postfixudtryk Infix-udtryk Postfix-udtryk 3+4*5 345*+ Indtastning 3  3 4  4 5  5 *

 Michael E. Caspersen, 2001Introducerende objektorienteret programmeringregnemaskine.11 Hvad sker der bag scenen? push 4push 5push 3pop b pop a push a*b pop b pop a push a+b

 Michael E. Caspersen, 2001Introducerende objektorienteret programmeringregnemaskine.12 Algoritme for regnemaskine for alle tegn t i udtryk { hvis ( t er et tal ) push(t) ellers { int b = pop tal af stakken; int a = pop tal af stakken; vælg ( hvis t er ) { ‘+’: push a+b; ‘-’: push a-b; ‘*’: push a*b; ‘-’: push a/b; } pop b pop a push a+b * +

 Michael E. Caspersen, 2001Introducerende objektorienteret programmeringregnemaskine.13 Regnemaskine i Java public int evaluate (String exp, Stack s) { // pre: exp er et lovligt postfixudtryk for (int i = 0; i<exp.length(); i++) { char ch = exp.charAt(i); if ( Character.isDigit(ch) ) s.push(Character.getNumericValue(ch)); else { int b = s.pop(); int a = s.pop(); switch ( ch ) { case '+': s.push(a+b); break; case '-': s.push(a-b); break; case '*': s.push(a*b); break; case '/': s.push(a/b); break; default: ; }//switch }//else } //for return s.pop(); }//evaluate

 Michael E. Caspersen, 2001Introducerende objektorienteret programmeringregnemaskine.14 A stack implementation class LinkedStack implements Stack { protected Node sp; public LinkedStack() { sp = null; } public boolean isEmpty() { return sp==null; } public boolean isFull() { return false; } public void push(int e) { Node p = new Node(); p.v = e; p.next = sp; sp = p; } public int pop() { int res = sp.v; sp = sp.next; return res; }  sp Stack s = new LinkedStack() s.push(13); s.push(9); s.push(7); Repræsentationsinvariant:

 Michael E. Caspersen, 2001Introducerende objektorienteret programmeringregnemaskine.15 Specifikationen er en kontrakt Kontraktperspektivet –to parter –gensidige fordele –gensidige forpligtigelser Skal opfylde start-betingelse Skal opfylde slut-betingelse Kan antage slut-betingelse Kan antage start-betingelse ForpligtigelserFordele Klient Udbyder Service

 Michael E. Caspersen, 2001Introducerende objektorienteret programmeringregnemaskine.16 Specifikation som brandmur class Calculator { public eval(Stack s) {... b= s.pop(); a= s.pop(); s.push(a+b);... } class LinkedStack implements Stack { protected Node sp; public LinkedStack() { sp= null; } public boolean isEmpty() { return sp==null; } public boolean isFull() { return false; } public void push(int e) { Node p= new Node(); p.v= e; p.next= sp; sp= p; } public int pop() { int res= sp.v; sp= sp.next; return res; } interface Stack { /** * post: isEmpty == the stack is empty */ public boolean isEmpty(); /** * post: isFull == the stack is full */ public boolean isFull(); /** * pre: not isFull * post: e is placed on top of the stack */ public void push(int e); /** * pre: not isEmpty * post: pop == 'the top element' * and the top element is * removed from the stack */ public int pop(); } ApplikationSpecifikationImplementation

 Michael E. Caspersen, 2001Introducerende objektorienteret programmeringregnemaskine.17 Alternativ implementation af stack class ArrayStack implements Stack { // Class constant final private static int MAX = 100; // Instance variables private int items []; private int sp; // Constructor public ArrayStack() { items = new int[MAX]; MISSING CODE } // Methods public boolean isEmpty() { MISSING CODE } public boolean isFull() { MISSING CODE } public void push(int e) { MISSING CODE } public int pop() { MISSING CODE } } sp 0 Max items Repræsentationsinvariant:

 Michael E. Caspersen, 2001Introducerende objektorienteret programmeringregnemaskine.18 Alternativ 2 class CollectionStack implements Stack { // Instance variables private Collection items; // Constructor public CollectionStack() { MISSING CODE } // Methods public boolean isEmpty() { MISSING CODE } public boolean isFull() { MISSING CODE } public void push(int e) { MISSING CODE } public int pop() { MISSING CODE } } 0 items Repræsentationsinvariant: items.size()

 Michael E. Caspersen, 2001Introducerende objektorienteret programmeringregnemaskine.19 Repræsentationsinvarianten konstruktør rep-inv true metode Bemærk: inde i en metode er repræsentationsinvarianten ikke nødvendigvis opfyldt, men før og efter hver metode gælder den.

 Michael E. Caspersen, 2001Introducerende objektorienteret programmeringregnemaskine.20 Polymorfi En variabel er kvalificeret med en type, men variablen kan referere til et objekt af en anden type. Dog skal objektets reelle type være en subtype af den kvalificerende type. Der er to måder at lave subtyper på i Java –implementer et interface –udvid en klasse. Klasseudvidelser (subklasser) skal vi se på i kommende lektioner. class Calculator { public eval(Stack s) {... b = s.pop(); a = s.pop(); s.push(a+b);... } class Engineer { Calculator c = new Calculator(); public calculate() {... c.eval(new LinkedStack()); c.eval(new ArrayStack()); } Qualifier

 Michael E. Caspersen, 2001Introducerende objektorienteret programmeringregnemaskine.21 Afkobling CalculatorStack ArrayStack CollectionStack LinkedStack 1

 Michael E. Caspersen, 2001Introducerende objektorienteret programmeringregnemaskine.22 Plug-and-play push pop ArrayStack Der kan monteres både en LinkedStack og en ArrayStack (og alle mulige andre slags stakke man måtte finde på fremover!), fordi regnemaskinen er programmeret i forhold til det generelle Stack-interface. push pop LinkedStack