Gdi-u09 4g6mu

Grundlagen der Informatik 1 Sommersemester 2014 Dr. Guido R¨oßling https://moodle.informatik.tu-darmstadt.de/

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1 Mini Quiz Objekte und Klassen Java und die HtDP-TL sind objektorientierte Sprache. Ein Objekt kann in Java Attribute und Methoden enthalten. Ein Objekt ist eine Instanz einer Klasse. Eine Klasse instanziiert f¨ur gew¨ohnlich ein Objekt. Compiler vs. Interpreter Sowohl die HtDP-TL als auch Java sind Maschinensprachen. Java nutzt eine Virtual Machine (VM). Java-Programme sind nur lauff¨ahig auf dem Maschinentyp, auf dem sie kompiliert wurden. Byte-Code Programme sind schneller als Maschinenprogramme. Ein Interpreter f¨uhrt ein Programm einer bestimmten Programmiersprache direkt aus. Packages Packages sollen Klassen b¨undeln, die im Hinblick auf Zust¨andigkeit zusammengeh¨oren. Mit einer Wildcard“ (*) beim Import kann man auf alle Unterklassen eines Packages zugreifen.” Eine Klasse kann in Java mehreren Packages angeh¨oren.

2 Fragen 1. Erkl¨aren Sie die folgenden Begriffe in eigenen Worten: Klasse, Objekt und Instanz. Geben Sie ein Beispiel f¨ur jeden Begriff an. 2. Was ist ein Konstruktor? Wof¨ur wird dieser ben¨otigt? Wie sieht ein minimaler Konstruktor aus? 3. Nennen Sie die wichtigsten Methoden der Assert-Klasse, die man bei einem typischen JUnit Testcase ben¨otigt. ¨ 4. Nennen und beschreiben Sie die vier Phasen der Ubersetzung (Kompilierung) eines Programms.

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3 Modellierung und Test eines virtuellen Autos 1. Schreiben Sie eine Klasse Car zur Repr¨asentation von Autos, die folgende Anforderungen erf¨ullen soll: • Ein Auto hat einen Namen vom Typ String und einen Kilometerstand (mileage) vom Typ double. Beide Attribute sollen private, nicht public, sein. • Der Konstruktor soll einen String als Parameter erhalten, der den Namen des Autos angibt. Der Konstruktor soll den Namen des Autos setzen und den Kilometerstand auf 0.0 setzen. • Schreiben Sie die Getter-Methoden public double getMileage() und public String getName(), um auf die Attribute der Klasse Car zugreifen zu k¨onnen. • Schreiben Sie die Methode void drive(double distance), die eine Distanz in Kilometern als Argument erh¨alt und den Kilometerstand entsprechend aktualisiert. • Vergessen Sie nicht die Verwendung von JavaDoc-Kommentaren f¨ur alle Elemente, die nach außen sichtbar sind! Hinweis: Eclipse kann Ihnen viel von der Arbeit abnehmen, wenn Sie die Men¨ueintr¨age im Men¨u Source“ etwas erkunden. Allerdings sollten Sie auch in der Lage sein, diese Aufgabe ” ohne Eclipse zu bearbeiten (Stichwort: Programmierung auf Papier in der Klausur)! 2. Schreiben Sie nun einen minimalen JUnit-Testcase, der die beiden folgenden Tests abdecken soll: • Anlegen mindestens eines Test-Autos“ in einer mit @Before annotierten Methode. Die ” direkt auf diesem Auto arbeiten. Denken Sie daran, dass anderen Tests k¨onnen dann diese Methode vor jeder Testmethode aufgerufen wird. • Nun testen Sie bitte den Konstruktor (f¨ur die Erzeugung des Objekts) und die Methode String getName(). Dazu soll nach dem Anlegen des Objektes dessen Name einmal mit dem tats¨achlichen und einem mit einem falschen Namen u¨berpr¨uft werden sowie gepr¨uft werden, ob der Anfangskilometerstand 0.0 betr¨agt. Benutzen Sie hier bitte sowohl assertFalse(String message, boolean condition) als auch assertEquals(String expected, String actual) und u¨bergeben Sie f¨ur assertFalse einen enden String als (m¨ogliche) Fehlermeldung. • Testen Sie die Methoden void drive(double distance) und double getMileage(). Dazu soll das Auto erst 74.3 km fahren“, der Kilometerstand u¨berpr¨uft werden, dann soll das Auto ” weitere 26.8 km fahren“ und der Kilometerstand erneut u¨berpr¨uft werden. ”

4 Objekte und deren Analyse Bitte lesen Sie zun¨achst die gegebene Java-Klasse und beantworten Sie anschließend die einzelnen Fragen. 1

public class P {

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private Long method1(Long x, Long y) { if (y == 1) return x; return x + method1(x, y − 1); }

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private Long method2(Long x, Long y, Long z) { z = y − 1; if (y == 1) return x;

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return method1(x, method2(x, y − 1, z));

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}

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}

1. Wieviele primitive Datentypen werden in der Klasse P verwendet? 2. Was w¨urde folgender Aufruf innerhalb der (in der Klasse P nicht angegebenen) main-Methode als Ergebnis liefern? 1 2 3 4 5 6

/∗∗ ∗ Run the program using method2... ∗ @param args command−line arguments (ignored). ∗/ public static void main(String[] args) { P p = new P();

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Long a = new Long(2), b = new Long(5), c = new Long(a − b);

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System.out.print(”Result: ” + p.method2(a, b ,c));

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}

3. Berechnen Sie auch das Ergebnis f¨ur a=4, b=3 und c=2. 4. Was f¨ur einen Zweck erf¨ullt der Algorithmus, der sich aus method1(..) und method2(..) zusammensetzt? Beachten Sie die verschachtelte Rekursion! Hinweis: Die Klasse Math, die Sie kennen sollten, enth¨alt diesen Algorithmus (wenn auch in einer leicht abgewandelter Form). 5. In der oberen Klasse gibt es eine u¨berfl¨ussige Variable. Ermitteln Sie diese und erkl¨aren Sie, warum diese nicht ben¨otigt wird.

5 Mehr JUnit. . . In dieser Aufgabe wollen wir ein paar fortgeschrittene Techniken zum Testen mit JUnit betrachen. 1. Gegeben sei folgende Klasse RandomDemo mit (bewusst) unvollst¨andiger Kommentierung: 1

import java.util.Random;

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/∗∗ ∗ Random class for GdI / ICS exercise sheet 9. ∗ ∗ @author Oren Avni / Guido Roessling ∗ @version 1.0 ∗/ public class RandomDemo {

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/∗∗ ∗ ∗ ∗ @param m ∗ @param s ∗ @return an int array that does something... ∗/ public int[] doSomething(int m, int s) { int i = 0; int[] arr = new int[s]; Random r = new Random();

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while (i < arr.length) { arr[i] = r.nextInt(m + 1); i++; }

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return arr;

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}

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}

a) Was macht die Methode doSomething ? Hinweis: Die Methode int nextInt(int n) der Klasse java.util.Random liefert eine ganzzahlige Zufallszahl x ∈ [0, n) zur¨uck. b) Schreiben Sie eine JUnit-Testklasse, die ein privates Attribut vom Typ RandomDemo anlegt und anschließend f¨ur die Ergebnisse des Aufrufes doSomething(50, 100) pr¨uft, ob die einzelnen Werte des Arrays die gew¨unschten Eigenschaften haben. Verwenden Sie f¨ur den Test assertTrue(String messageOnFail, boolean condition). c) Schreiben Sie nun einen JUnit-Testcase, der genau wie der vorherige Test arbeitet, nur f¨ur den Aufruf doSomething(100, 2000000). Bitte beachten Sie, dass der Test scheitern soll, falls die Ausf¨uhrung l¨anger als 10 Millisekunden dauert. Wenn Ihr Rechner nicht sehr schnell ist, sollte dieser Test scheitern! 2. Wir betrachten nun die folgende Klasse Strange sowie den entsprechenden JUnit-Testcase: 1 2 3

public class Strange { public int getAvg(int[] array) { int temp = 0;

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for (int i = 0; i <= array.length; i++) { temp += array[i]; }

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return (temp / array.length);

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}

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} import static org.junit.Assert.assertEquals; import org.junit.Test;

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public class StrangeTest { @Test public void testStrange() { // create Strange instance Strange strange = new Strange(); // check value assertEquals(5, strange.getAvg(new int[] { 1, 3, 5, 7, 9 })); } }

a) Was iert, wenn Sie den Test ausf¨uhren? Was m¨ussen Sie an der Klasse Strange ¨andern, damit der Testcase durchl¨auft und keine Fehlermeldungen ausgibt? ¨ Hinweis: Es reicht eine einzige Anderung. b) Die Methode getAvg(int[] array) besitzt noch einen Intentionsfehler. Finden Sie ihn? Wieso l¨auft der Testcase trotzdem fehlerfrei, nachdem Sie die erste Teilaufgabe gemeistert haben?

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Hausu ¨bung Die Vorlagen f¨ ur die Bearbeitung werden im Lernportal Informatik bereitgestellt. Kommentieren Sie Ihren selbst erstellten Code. Die Haus¨ ubung muss bis zum Abgabedatum im Lernportal Informatik abgegeben werden. Der Fachbereich Informatik misst der Einhaltung der Grundregeln der wissenschaftlichen Ethik großen Wert bei. Zu diesen geh¨ ort auch die strikte Verfolgung von Plagiarismus, siehe https: // www. informatik. tu-darmstadt. de/ de/ sonstiges/ plagiarismus/ . Mit der Abgabe Ihrer Haus¨ ubung best¨ atigen Sie, dass Sie bzw. Ihre Gruppe alleiniger Autor des gesamten Materials sind. Falls Ihnen die Verwendung von Fremdmaterial gestattet war, so m¨ ussen Sie dessen Quellen deutlich zitieren. Falls Sie die Haus¨ ubung in einer Lerngruppe bearbeitet haben, geben Sie dies bitte deutlich bei der Abgabe an. Alle anderen Mitglieder der Lerngruppe m¨ ussen als Abgabe einen Verweis auf die gemeinsame Bearbeitung einreichen, damit die Abgabe im Lernportal Informatik auch f¨ ur sie bewertet werden kann. Beachten Sie dazu die Hinweise bei der Aufgabenabgabe im Lernportal Informatik!

Abgabedatum: Freitag, 27. 06. 2014, 16:00 Uhr Denken Sie bitte daran, Ihren Code hinreichend gem¨aß den Vorgaben zu kommentieren (HtDP-TL: Vertrag, Beschreibung und Beispiel sowie zwei Testf¨alle pro Funktion; Vertrag, Beschreibung und Beispiel f¨ur jede local definierte Funktion; Vertrag (ohne Namen) und kurze Beschreibung f¨ur jeden lambda-Ausdruck; Java: JavaDoc). Zerlegen Sie Ihren Code sinnvoll und versuchen Sie, wo es m¨ oglich ist, bestehende Funktionen wiederzuverwenden. W¨ahlen Sie sinnvolle Namen f¨ur Hilfsfunktionen und Parameter.

6 Klassensystem (10 Punkte) F¨ur ein neues Rollenspiel soll ein Klassensystem entwickelt und verwaltet werden. Hierbei sollen Sie bei der Implementierung helfen. Insgesamt sind in den folgenden Teilaufgaben verschiedene Klassen zur Repr¨asentierung dieses Klassensystems zu implementieren: eine abstrakte Klasse Entity mit insgesamt sechs Unterklassen, eine Klasse Party und eine Testklasse sowie gegebenenfalls ende, von Ihnen bestimmte Zwischenklassen. Zu beachten: Alle Klassen der Aufgabe sollen zu dem Package (siehe Folie T12.54-66) classSystem geh¨oren.

6.1 Implementierung der abstrakten Oberklasse Entity (1,5 Punkte) Als erstes sollten Sie die abstrakte Klasse Entity implementieren. Ihre Klasse muss die folgenden Schnittstellen erf¨ullen. Welche Methoden dabei abstract sind und welche sie konkret implementieren k¨onnen, m¨ussen Sie sich selbst u¨berlegen. • Jede Entity verf¨ugt u¨ber genau die folgenden Attribute: String name der Name der Entity, int id die eindeutige ID der Entity, int hp die Lebenspunkte (engl. hit points) der Entity, Point position die aktuelle Position der Entity1 . F¨ur alle Attribute soll es jeweils Getter, aber keine Setter geben. • Der Konstruktor hat die Form public Entity(String name, int id, int hitPoints, Point pos) und soll die Attribute setzen. ¨ • Uber die Methode public String toString() kann eine Beschreibung der Entity abgefragt werden. Siehe dazu die folgende Teilaufgabe f¨ur die Untertypen der Klasse Entity.

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dazu ist die Klasse java.awt.Point zu importieren.

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• Die Methode public boolean attack(String, Entity) erm¨oglicht den Angriff auf eine andere Entity. Diese Methode soll true liefern, wenn der Angriff erfolgreich war. Ansonsten soll false zur¨uckgegeben werden. F¨ur die im n¨achsten Teil genauer erkl¨arten Klassen Troll und Warrior soll der String immer ”Melee”2 lauten, f¨ur Wizards hingegen ist hier der konkrete Name eines Zauberspruchs anzugeben. Entities des Typs Priest d¨urfen nicht angreifen.

6.2 Implementierung konkreter Entity (5 Punkte) Definieren Sie nun die folgenden Unterklassen von Entity: Warrior (K¨ampfer), Wizard (Zauberer), (Priester) und Troll. Alle Unterklassen außer Trollen stehen dem Spieler bei der Erstellung einer Spielgruppe (“Party”) zur Auswahl. Die Trolle dienen in diesem Rollenspiel als nicht vom Spieler steuerbare Gegner. Zus¨atzlich sollen die Unterklassen u¨ber die folgenden zus¨atzlichen privaten Attribute verf¨ugen: Priest

• Priest, Warrior und Wizard: int xp - Experience Points (Erfahrungspunkte, XP), die angeben, wie erfahren der Charakter ist: je mehr, desto besser. ¨ • Priest: int healing: Heilk¨unste, die eine feste Anzahl Lebenspunkte wiederherstellen. Uberlegen Sie sich dazu, wie Sie den “Heileffekt” am besten umsetzen. • Troll, Warrior: int strength - die Angriffsst¨arke, die den bei einem Angriff verursachten (immer gleichen) Schaden angibt. • Wizard: Spell[] spells - die dem Wizard bekannten Zauberspr¨uche, sowie int mana - das Mana3 . Bitte beachten Sie, dass Trolle hier keine Experience Points erhalten! Finden Sie eine geeignete Implementierung mit ender Abstraktion, um m¨oglichst gut Redundanzen im Code zu vermeiden, aber nicht gegen die Vererbungsregeln zu verstoßen (siehe Foliensatz T13.6-7)! Zu den eben beschrieben Attributen m¨ussen wie bereits in Aufgabe 6.1 immer Getter, jedoch keine Setter bereitgestellt werden. Zus¨atzlich sind folgende Methoden zu implementieren: • Priest: Eine Methode public boolean heal(Entity), die die Lebenspunkte einer u¨bergebenen En¨ tity um den Wert der Heilk¨unste des Priesters erh¨oht. Uberlegen Sie sich dazu, wie Sie den “Heileffekt” f¨ur die andere Entity am besten umsetzen, da der Priest nicht “von Außen” ein Attribut einer anderen Entity ¨andern soll. Achten Sie darauf, dass der Priester nur heilen und nicht angreifen darf. • Wizard: Dem Zauberer wird durch den u¨bergebenen String in attack(String, Entity mitgeteilt, welcher Zauberspruch angewandt werden soll. Dabei ist zu beachten, dass der Zauber nur dann gewirkt werden kann, wenn der Zauberer noch u¨ber gen¨ugend Mana verf¨ugt. Zus¨atzlich k¨onnen nur dem Wizard bekannte Zauberspr¨uche genutzt werden. Implementieren Sie dazu eine Klasse Spell zur Repr¨asentation von Zauberspr¨uchen. Jeder Zauberspruch besteht aus drei Komponenten: dem Namen des Zaubers als String, dem Verbrauch an Mana (int) sowie den durch den Zauber verursachten Schaden (int). • Alle vom Spieler steuerbaren Charaktere (Priest, Warrior, Wizard) erhalten nach einer erfolgreichen Aktion Experience Points. Ein Angriff gilt als erfolgreich, wenn dem Gegner Lebenspunkte abgezogen wurden oder der Gegner get¨otet wurde. Eine Heilung gilt immer als erfolgreich4 . F¨ur jede erfolgreiche Aktion erh¨alt der Charakter 10 Experience Points (XP), f¨ur das T¨oten des Gegners bei einem Angriff insgesamt 20 XP. Dies soll u¨ber die Methode public void earnXP(int) erfolgen. 2

Nahkampf-Angriff Die magische Energie, von der jeder get¨atigte Zauberspruch eine gewisse Menge verbraucht 4 Wir verzichten zur Vereinfachung auf die Unterscheidung zwischen “maximalen Hit Points” und “aktuellen Hit Points”. Daher erh¨ oht jede Heilung die Hit Points eines Charakters und ist somit immer “erfolgreich”.

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Das Format f¨ur die in der vorherigen Teilaufgabe bereits erw¨ahnte Methode public String toString() soll wie folgt sein, wobei name, id, xpos, ypos, experience, hitPoints, strength, healPower und spells jeweils Platzhalter f¨ur die konkreten Werte sind und f¨ur exakt ein Leerzeichen steht: • Priest: name (id): position x: xpos, y: ypos, hitPoints HP, experience XP, healPower healing power • Warrior: name (id): position x: xpos, y: ypos, hitPoints HP, experience XP, strength attack power • Wizard: name (id): position x: xpos, y: ypos, hitPoints HP, experience XP, spells • Troll: name (id): position x: xpos, y: ypos, hitPoints HP, strength attack power • Die Zauberspr¨uche des Wizard sollen als Aufz¨ahlung aller Spr¨uche getrennt durch Semikolon— ohne Semikolon nach dem letzten Zauberspruch—ausgegeben werden. Jeder Zauberspruch wird dabei durch folgenden String-Aufbau repr¨asentiert), wobei name, mana und dmg wiederum Platzhalter sind: name: mana casting cost, dmg damage caused

Hier sehen Sie zwei Beispielausgaben f¨ur den Priester Aeli mit ID 5 und den Wizard Irith mit ID 1. Der Pfeil in der Ausgabe des Wizard deutet an, dass die Zeile hier (ohne Zeilenumbruch!) weitergeht: 1 2

Aeli (5): position x: 20, y: 20, 120 HP, 0 XP, 45 healing power Irith (1): position x: 0, y: 0, 150 HP, 0 XP, Fiery: 25 casting cost, 10 damage caused; Icy: 50 →casting cost, 30 damage caused

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Zu beachten: Nutzen Sie zum Zusammenbau der Beschreibung die Java-Klasse StringBuilder (siehe Foliensatz T11.57-58). Einzelne Teilzeichenketten k¨onnen an den StringBuilder mit Hilfe der Methode append(...) angef¨ ugt werden. Die so zusammengesetzte Zeichenkette kann dann mit Hilfe der Methode public String toString() aus dem StringBuilder ausgelesen werden.

6.3 Modellierung einer Gruppe aus Charakteren (1,5 Punkte) Die einzelnen ausw¨ahlbaren Charaktere sollen nun in einer Gruppe (“Party”) zusammenarbeiten k¨onnen. Erstellen Sie daf¨ur eine Klasse Party, die die folgenden Methoden bieten soll: • Ein Konstruktor public Party(int). Der Parameter ist die maximale Anzahl an Mitgliedern in der Gruppe. ¨ • Uber die Methode boolean (Entity) wird die u¨bergebene Entity der Gruppe hinzugef¨ugt. Trolle k¨onnen dabei keiner Gruppe hinzugef¨ugt werden. Beachten Sie, dass eine Entity immer nur einmalig zu einer Gruppe hinzugef¨ugt werden kann. Außerdem k¨onnen keine Mitglieder hinzugef¨ugt werden, wenn die Gruppe bereits voll besetzt ist. Die Methode soll true zur¨uckliefern, wenn die Entity erfolgreich hinzugef¨ugt wurde, andernfalls soll false zur¨uckgegeben werden. • Die Methode boolean dismiss(Entity) entfernt die u¨bergebene Entity aus der Gruppe. Sollte die Entity nicht in der Gruppe vorhanden sein, soll false zur¨uckgegeben werden. War das Entfernen erfolgreich, soll true zur¨uckgegeben werden. • Die Methode int getSize() liefert die aktuelle Anzahl an Gruppenmitgliedern. • Zuletzt soll es eine M¨oglichkeit geben, alle Member der Gruppe als Array zu erhalten.

6.4 JUnit-Test (2 Punkte) Schreiben Sie nun noch eine JUnit-Testklasse, die Ihre Quellen ausf¨uhrlich testet—auch mit komplexeren Ausdr¨ucken als dem oben stehenden und mit sich gegenseitig angreifenden Figuren. Zu beachten: Bitte denken Sie daran, Ihre L¨osung gem¨aß unseren Vorgaben zu dokumentieren und auch im korrekten Format (als Eclipse-Projekt) abzugeben!

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