ARCHIV

Programování v jazyku Java (9) - Pole II

Toto je první článek seriálu o programování v Javě, který navazuje na původní seriál Petra Hatiny, přerušený loni v září. Budeme se zabývat funkcemi, které nám usnadňují manipulace s poli a vykonávají za nás nepříjemnou "černou" práci.

25.2.2005 15:00 | Lukáš Jelínek | Články autora | přečteno 57520×

Využití třídy System

Kopírování prvků polí

Třída java.lang.System obsahuje metodu arraycopy(), která umí zkopírovat prvky z jednoho pole do jiného. Lze kopírovat libovolný počet prvků pole, nesmíme však samozřejmě "vyběhnout" mimo meze některého z polí. Kopírovat lze i v rámci téhož pole, zdrojový a cílový úsek se mohou překrývat (vnitřně to funguje tak, že se kopíruje do dočasného pole a pak zpět do toho původního). Prvky pole mohou být jak primitivní, tak referenční (objektové) typy (kopírují se samozřejmě jen odkazy, instance zůstavají stejné).

Následující příklad ukazuje zkopírování části pole čísel typu double do jiného takového pole (kopíruje se 5 prvků od indexu 3 ve zdrojovém poli na cílové prvky od indexu 0):

double src[] = new double[10];
double dest[] = new double[5];
... // zde se přiřazují prvky
System.arraycopy(src, 3, dest, 0, 5);

Prvky primitivních typů se nesmí typově lišit. U referenčních typů je povolena jen taková odlišnost, kdy lze cílovému prvku ten zdrojový přiřadit (konkrétní typ se přitom může lišit). Porušení tohoto pravidla má za následek vyhození výjimky ArrayStoreException. V níže uvedeném příkladu je ukázka kopírování prvků referenčního typu v rámci téhož pole (ve čtyřprvkovém poli se první dva prvky zkopírují na zbývající místa):

Thread ta[] = new Thread[4];
ta[0] = new Thread();
ta[1] = new Thread();
System.arraycopy(ta, 0, ta, 2, 2);

Používání arraycopy() namísto klasického cyklu s postupným přiřazováním je (kromě usnadnění práce) výhodné také z hlediska rychlosti. Metoda má totiž obvykle nativní implementaci, takže je rychlejší než kód přímo v Javě.

Mechanismy poskytované třídou Arrays

S pouhým kopírováním polí se určitě nespokojíme, v praxi bývá potřeba mnohem více operací. Právě pro tyto účely je určena třída java.util.Arrays, poskytující množství statických metod pro práci s poli. Pro pole primitivních typů je chování těchto metod předem dáno, u polí referenčních typů velice záleží na vlastnostech a chování prvků. Tak se do toho pusťme...

Převod na řetězec

Toto není metoda příliš typická pro pole (také byla přidána až ve verzi 1.5), uvádím ji však jako první, protože se hodí pro ladění a testování programů. Její smysl je podobný jako u stejnojmenné metody třídy Object. Funguje tak, že vytvoří řetězec, kde jsou v hranatých závorkách textové hodnoty jednotlivých prvků. Zde jsou dva příklady:

int ia[] = new int[3];
...	// zde se přiřazují prvky
System.out.println(Arrays.toString(ia));

Object oa[] = new Object[10];
...	// zde se přiřazují prvky
System.out.println(Arrays.toString(oa));

Pokud je některý z prvků sám polem, nepřevedou se na text jeho prvky, nýbrž se mu zavolá metoda toString() z třídy Object.

Plnění polí

Často potřebujeme naplnit pole nebo jeho část nějakou konkrétní hodnotou. K tomu slouží metoda fill(), které na jediné zavolání pole takto naplní. Máme dvě varianty této metody - jedna naplní celé pole, u druhé určujeme počáteční a koncový index v poli (plní se počínaje počátečním indexem až ke koncovému, ten už není naplněn). Nejlépe vše ukáže příklad (první plní najednou celé pole, druhý postupně dvě části pole).

int ia[] = new int[100];
Arrays.fill(la, 0);

String sa[] = new String[5];
Arrays.fill(sa, 0, 2, "text1");
Arrays.fill(sa, 2, 5, "text2");

Netřeba snad připomínat, že při plnění pole prvků referenčního typu se odkazuje ve všech prvcích na tentýž objekt.

Porovnávání polí

Máme dvě pole a potřebujeme zjistit, zda jsou shodná. To dokáže metoda equals(), porovnávající dvě pole z hlediska počtu prvků a jejich hodnot. Dvě pole jsou shodná právě tehdy, když mají stejný počet prvků a odpovídající prvky mají stejnou hodnotu; shodné jsou i dvě prázdné (null) reference na pole. Porovnávat lze pole prvků stejného primitivního typu (pak se porovnávají hodnoty prvků), nebo pole prvků referenčního typu (v tom případě jsou prvky shodné tehdy, prohlásí-li je za shodné metoda equals() dané třídy nebo jsou obě reference prázdné).

byte ba1[] = new byte[10];
byte ba2[] = new byte[8];
boolean b = Arrays.equals(ba1, ba2); // vrátí false - různá délka

int ia1[] = new int[5];
int ia2[] = new int[5];
Arrays.fill(ia1, 0);
Arrays.fill(ia2, 0);
boolean b = Arrays.equals(ia1, ia2); // vrátí true - shodná pole
ia2[3] = 5;
b = Arrays.equals(ia1, ia2); // vrátí false - různé hodnoty 1 prvku

Seřazení pole

Řazení prvků pole patří mezi složitější úlohy, proto je dobře, že je k dispozici mechanismus, který to za nás vykoná. Příslušná statická metoda se jmenuje sort() a opět může pracovat jak na celém poli, tak na jeho části. Řadit můžeme pole primitivních prvků i (s určitým omezením - viz dále) prvků referencí na objekty. Prvky primitivních typů jsou řazeny optimalizovaným algoritmem quicksort, řadícím v čase n*log(n).

long la[] = new long[1000];
...	// zde se přiřazují prvky
Arrays.sort(la);

Prvky referenčních typů můžeme řadit pouze tehdy, implementuje-li jejich třída rozhraní java.lang.Comparable (ještě o něm bude řeč někdy později) a jsou navíc vzájemně porovnatelné (jejich metoda compareTo() musí akceptovat typ, s nímž se prvek srovnává). Na to je třeba dát pozor a skutečně srovávat jen to, co srovnávat lze. Pro řazení objektů se používá algoritmus mergesort, řazení je stabilní (předem seřazené posloupnosti již nejsou měněny).

Object oa[] = new Object[3];
oa[0] = "abc";
oa[1] = "123";
oa[2] = "%%%%%";
Arrays.sort(oa); // toto lze
oa[1] = new Double(1);
Arrays.sort(oa); // nelze, způsobí výjimku ClassCastException

Vyhledávání v poli

Poslední z věcí, na kterou se dnes podíváme, je vyhledávání prvku v poli. To je zde implementováno jako hledání binárním dělením - proto je nutné, aby pole bylo předem seřazeno metodou sort(). Pokud se neseřadí, není chování algoritmu definováno. Metoda binarySearch() vrací hledaného index prvku, nebo zápornou hodnotu v případě nenalezení. Pro referenční typy platí stejná pravidla jako u metody sort() - protože tuto metodu musíme stejně předtím zavolat, není již co řešit.

float fa[] = new float[200];
...	          // zde se přiřazují prvky
Arrays.sort(oa);  // seřazení pole
int i = Arrays.binarySearch(0.4); // vrátí index hledaného prvku

Pohodlnější práce s hromadnými daty

Pole jsou jednoduchou formou uchovávání většího množství dat. Na jejich omezení ale narazíme již v okamžiku, kdy potřebujeme měnit počet prvků nebo dělat nějaké složitější operace. Proto existují tzv. kontejnery (o nichž bude řeč příště), což jsou objekty, ve kterých máme uložena svá data a s jejichž pomocí můžeme provádět různé operace.

Verze pro tisk