CSCI 1112: Lecture 3 Mona Diab RoadMap High level view of Object - - PowerPoint PPT Presentation

CSCI 1112: Lecture 3

Mona Diab

RoadMap

• High level view of Object Oriented

Programming (Classes)

• In class exercise
• Arrays

• OOP is an approach to programming which

supports the creation of new data types and

• perations to manipulate those types.

Object Oriented Programming

What is this Object ?

• There is no real

answer to the question, but we’ll call it a “thinking cap”.

• The plan is to

describe a thinking cap by telling you what actions can be done to it.

Using the Object’s Slots

• You may put a piece of

paper in each of the two slots (green and red), with a sentence written

• n each.
• You may push the green

button and the thinking cap will speak the sentence from the green slot’s paper.

• And same for the red

button.

Example

Example

That ¡test ¡was ¡ ¡a ¡breeze ¡! ¡

Example

I ¡should ¡ study ¡harder ¡! ¡

Thinking Cap Implementation

• We can implement

the thinking cap using a data type called a class.

public ¡class ¡ThinkingCap ¡ ¡ { ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡. ¡. ¡. ¡ ¡ ¡} ¡ ¡ ¡

Thinking Cap Implementation

• The class will have

two components called greenWords and redWords. These components are strings which hold the information that is placed in the two slots.

• Using a class permits

two features . . .

public ¡class ¡ThinkingCap ¡ ¡ { ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡String ¡greenWords; ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡String ¡redWords; ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡. ¡. ¡. ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ } ¡ ¡ ¡

Thinking Cap Implementation

The two components will be private instance

• variables. This

ensures that nobody can directly access this information. The

• nly access is through

methods that we provide for the class.

public ¡class ¡ThinkingCap ¡ ¡ { ¡ ¡ ¡ ¡private ¡String ¡greenWords; ¡ ¡ ¡ ¡private ¡String ¡redWords; ¡ ¡ ¡ ¡ ¡. ¡. ¡. ¡ } ¡ ¡ ¡

Thinking Cap Implementation

In a class, the methods which manipulate the class are also listed.

class ¡ThinkingCap ¡ ¡ { ¡ ¡ ¡ ¡private ¡String ¡greenWords; ¡ ¡ ¡ ¡private ¡String ¡redWords; ¡ ¡ ¡ ¡ ¡. ¡. ¡. ¡ } ¡ ¡ ¡

Implementations of the thinking cap methods go here.

Thinking Cap Implementation

public ¡class ¡ThinkingCap ¡ ¡ { ¡ ¡ ¡ ¡private ¡String ¡greenWords; ¡ ¡ ¡ ¡private ¡String ¡redWords; ¡ ¡ ¡ ¡ ¡public ¡void ¡slots(String ¡newGreen, ¡String ¡newRed)... ¡ ¡ ¡ ¡public ¡void ¡pushGreen( ¡)... ¡ ¡ ¡ ¡public ¡void ¡pushRed( ¡)... ¡ ¡ } ¡

Our thinking cap has at least three methods:

Thinking Cap Implementation

package ¡edu.colorado.simulaCons; ¡ public ¡class ¡ThinkingCap ¡ ¡ { ¡ ¡ ¡ ¡private ¡String ¡greenWords; ¡ ¡ ¡ ¡private ¡String ¡redWords; ¡ ¡ ¡ ¡ ¡public ¡void ¡slots(String ¡newGreen, ¡String ¡newRed)... ¡ ¡ ¡ ¡public ¡void ¡pushGreen( ¡)... ¡ ¡ ¡ ¡public ¡void ¡pushRed( ¡)... ¡ ¡ } ¡

The code for a new class is generally put in a Java package, as shown here:

Using the Thinking Cap

• A program

that wants to use the thinking cap can import the ThinkingCap class.

import ¡ edu.colorado.simulaCons.ThinkingCap; ¡ ¡ ... ¡

Using the Thinking Cap

• Just for fun,

the example program will declare two ThinkingCap variables named student and fan.

import ¡ edu.colorado.simulaCons.ThinkingCap; ¡ ¡ public ¡class ¡Example ¡ { ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡public ¡staCc ¡void ¡main( ¡) ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡{ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ThinkingCap ¡student; ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ThinkingCap ¡fan; ¡

Using the Thinking Cap

• The variables are

examples of reference variables, which means that they have the capability of referring to ThinkingCap

• bjects that we

create with the “new” operator.

import ¡ edu.colorado.simulaCons.ThinkingCap; ¡ ¡ public ¡class ¡Example ¡ { ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡public ¡staCc ¡void ¡main( ¡) ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡{ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ThinkingCap ¡student; ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ThinkingCap ¡fan; ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡student ¡= ¡new ¡ThinkingCap( ¡); ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡fan ¡= ¡new ¡ThinkingCap( ¡); ¡

Using the Thinking Cap

• Once the

ThinkingCap

• bjects are

created, we can activate methods such as slot for the student thinking cap

• bject.

import ¡ edu.colorado.simulaCons.ThinkingCap; ¡ ¡ public ¡class ¡Example ¡ { ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡public ¡staCc ¡void ¡main( ¡) ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡{ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ThinkingCap ¡student; ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ThinkingCap ¡fan; ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡student ¡= ¡new ¡ThinkingCap( ¡); ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡fan ¡= ¡new ¡ThinkingCap( ¡); ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡student.slots( ¡"Hello", ¡ ¡"Bye"); ¡

Using the Thinking Cap

• Once the

ThinkingCaps are created, we can activate methods such as slot for the student thinking cap.

import ¡edu.colorado.simulaCons.ThinkingCap; ¡ ¡ public ¡class ¡Example ¡ { ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡public ¡staCc ¡void ¡main(String[ ¡] ¡args) ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡{ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ThinkingCap ¡student; ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ThinkingCap ¡fan; ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡student ¡= ¡new ¡ThinkingCap( ¡); ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡fan ¡= ¡new ¡ThinkingCap( ¡); ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡student.slots( ¡"Hello", ¡ ¡"Bye"); ¡

Using the Thinking Cap

The method activation consists of four parts, starting with the variable name.

¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡student.slots( ¡"Hello", ¡ ¡"Bye"); ¡

Using the Thinking Cap

The variable name is followed by a period.

¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡student.slots( ¡"Hello", ¡ ¡"Bye"); ¡

Using the Thinking Cap

After the period is the name of the method that you are activating.

¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡student.slots( ¡"Hello", ¡ ¡"Bye"); ¡

Using the Thinking Cap

 Finally, the arguments for the method. In this example the first argument (newGreen) is "Hello" and the second argument (newRed) is "Bye".

¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡student.slots( ¡"Hello", ¡ ¡"Bye"); ¡

A Quiz

How would you activate student's pushGreen method ? What would be the

• utput of student's

pushGreen method at this point in the program ?

¡ ¡ ¡ ¡public ¡staCc ¡void ¡main(String[ ¡] ¡args) ¡ ¡ ¡ ¡ ¡{ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ThinkingCap ¡student; ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ThinkingCap ¡fan; ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡student ¡= ¡new ¡ThinkingCap( ¡); ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡fan ¡= ¡new ¡ThinkingCap( ¡); ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡student.slots( ¡"Hello", ¡ ¡"Bye"); ¡

A Quiz

Notice that the

pushGreen method

has no arguments. At this point, activating

student.pushGreen

will print the string

Hello.

¡ ¡ ¡ ¡public ¡staCc ¡void ¡main(String[ ¡] ¡args) ¡ ¡ ¡ ¡ ¡{ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ThinkingCap ¡student; ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ThinkingCap ¡fan; ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡student ¡= ¡new ¡ThinkingCap( ¡); ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡fan ¡= ¡new ¡ThinkingCap( ¡); ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡student.slots( ¡"Hello", ¡ ¡"Bye"); ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡student.pushGreen( ¡); ¡

A Quiz

Trace through this program, and tell me the complete

• utput.

public ¡staCc ¡void ¡main(String[ ¡] ¡args) ¡ ¡ { ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ThinkingCap ¡student; ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ThinkingCap ¡fan; ¡ ¡ ¡ ¡ ¡student ¡= ¡new ¡ThinkingCap( ¡); ¡ ¡ ¡ ¡ ¡fan ¡= ¡new ¡ThinkingCap( ¡); ¡ ¡ ¡ ¡ ¡student.slots( ¡"Hello", ¡ ¡"Bye"); ¡ ¡ ¡ ¡ ¡fan.slots( ¡"Go ¡Cougars!", ¡"Boo!"); ¡ ¡ ¡ ¡ ¡student.pushGreen( ¡); ¡ ¡ ¡ ¡ ¡fan.pushGreen( ¡); ¡ ¡ ¡ ¡ ¡student.pushRed( ¡); ¡ ¡ ¡ ¡ ¡. ¡. ¡. ¡

A Quiz

Hello Go Cougars! Bye

public ¡staCc ¡void ¡main(String[ ¡] ¡args) ¡ ¡ { ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ThinkingCap ¡student; ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ThinkingCap ¡fan; ¡ ¡ ¡ ¡ ¡student ¡= ¡new ¡ThinkingCap( ¡); ¡ ¡ ¡ ¡ ¡fan ¡= ¡new ¡ThinkingCap( ¡); ¡ ¡ ¡ ¡ ¡student.slots( ¡"Hello", ¡ ¡"Bye"); ¡ ¡ ¡ ¡ ¡fan.slots( ¡"Go ¡Cougars!", ¡"Boo!"); ¡ ¡ ¡ ¡ ¡student.pushGreen( ¡); ¡ ¡ ¡ ¡ ¡fan.pushGreen( ¡); ¡ ¡ ¡ ¡ ¡student.pushRed( ¡); ¡ ¡ ¡ ¡ ¡. ¡. ¡. ¡

What you know about Objects

➼ Class = Data + Methods. ➼ You know how to write a new class type,

and place the new class in a package.

➼ You know how to import the class into a

program that uses class type.

➼ You know how to activate methods.

➻ But you still need to learn how to write the implementations of a class’s methods.

Thinking Cap Implementation

public ¡class ¡ThinkingCap ¡ ¡ { ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡private ¡String ¡greenWords; ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡private ¡String ¡redWords; ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡public ¡void ¡slots(String ¡newGreen, ¡String ¡newRed)... ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡public ¡void ¡pushGreen( ¡)... ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡public ¡void ¡pushRed( ¡)... ¡ ¡ } ¡

We will look at the body of slots, which must copy its two arguments to the two private instance variables.

Thinking Cap Implementation

¡ public ¡void ¡slots(String ¡newGreen, ¡String ¡newRed) ¡

{ ¡

¡ ¡ ¡ ¡ ¡greenWords ¡= ¡newGreen; ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡redWords ¡= ¡newRed; ¡ } ¡ ¡

The method’s implementation occurs after the parameter list

There is one feature about a method’s implementation . . .

Thinking Cap Implementation

¡ public ¡void ¡slots(String ¡newGreen, ¡String ¡newRed) ¡

{ ¡

¡ ¡ ¡ ¡ ¡greenWords ¡= ¡newGreen; ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡redWords ¡= ¡newRed; ¡ } ¡ ¡

Within the body of the method, the class’s instance variables and other methods may all be accessed.

Thinking Cap Implementation

? ¡

Within the body of the method, the class’s instance variables and other methods may all be accessed.

¡ public ¡void ¡slots(String ¡newGreen, ¡String ¡newRed) ¡

{ ¡

¡ ¡ ¡ ¡ ¡greenWords ¡= ¡newGreen; ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡redWords ¡= ¡newRed; ¡ } ¡ ¡ But, ¡whose ¡instance ¡variables ¡are ¡ ¡ these? ¡ ¡Are ¡they ¡ ¡ ¡student.greenWords ¡ ¡ ¡student.redWords ¡ ¡ ¡fan.greenWords ¡ ¡ ¡fan.redWords ¡

Thinking Cap Implementation

Within the body of the method, the class’s instance variables and other methods may all be accessed.

¡ public ¡void ¡slots(String ¡newGreen, ¡String ¡newRed) ¡

{ ¡

¡ ¡ ¡ ¡ ¡greenWords ¡= ¡newGreen; ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡redWords ¡= ¡newRed; ¡ } ¡ ¡ If ¡we ¡ac?vate ¡student.slots: ¡ ¡ ¡student.greenWords ¡ ¡ ¡student.redWords

Thinking Cap Implementation

¡ public ¡void ¡slots(String ¡newGreen, ¡String ¡newRed) ¡

{ ¡

¡ ¡ ¡ ¡ ¡greenWords ¡= ¡newGreen; ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡redWords ¡= ¡newRed; ¡ } ¡ ¡ If ¡we ¡ac?vate ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡fan.slots: ¡ ¡ ¡fan.greenWords ¡ ¡ ¡fan.redWords ¡ ¡

Within the body of the method, the class’s instance variables and other methods may all be accessed.

Thinking Cap Implementation

¡ public ¡void ¡pushGreen( ¡) ¡ { ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡System.out.println(greenWords); ¡ } ¡ ¡

Here is the implementation of the pushGreen method, which prints the green Words:

Thinking Cap Implementation

Here is the implementation of the pushGreen method, which prints the green Words:

Notice how this method implementation uses the greenWords instance variable of the object.

¡ public ¡void ¡pushGreen( ¡) ¡ { ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡System.out.println(greenWords); ¡ } ¡ ¡

A Common Pattern

• Often, one or more methods will place

data in the instance variables...

public ¡class ¡ThinkingCap ¡{ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡private ¡String ¡greenWords; ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡private ¡String ¡redWords; ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡... ¡ } ¡

 ...so that other methods may use that data.

slots ¡

¡ ¡ ¡ ¡pushGreen ¡& ¡pushRed ¡

Members of a class

• Instance Variables
• Methods
• Constructor

Constructors

• Initializes a class
• Can have more than one constructor but

they have to take on different number of parameters

• Same name as the class
• Has no return value (not really a method)

(try writing void – error)

• If you don’t write a constructor in a class,

Java automatically creates one with default initialization values

methods

• Typically control the operations on the

class and manipulation of the instance variables

• Two types in general

– Accessor methods

• Get information about an object without altering

values

• Allows for better testing by knowing what the values

are to avoid errors

• Pattern of private data public methods forbids
• ther programmers from using our instance variables

in unintended ways

– Modification methods

• Change the status of an object

Throttle Example

• A throttle object that simulates a throttle

controlling fuel flow

• Specs

– Instance variables:

• top total number of on positions
• Position the current position of the throttle

– Constructor: initialize with a specified number of on positions – Methods

• Get flow: get the current flow of the throttle, returns flow

rate [0.0-1.0) as a proportion of the max flow

• Is throttle on: checks whether throttle is on, returns true if

flow is above 0 otherwise returns false

• Shift: move throttle position up or down, takes on a

parameter of the amount to move (positive is up and negative is down), can’t exceed top position or go below 0

• Shutoff: turns of the throttle (set position to 0)

• Classes have instance variables and methods.

An object is a variable where the data type is a class.

• You should know how to declare a new class

type, how to implement its methods, how to use the class type.

• Frequently, the methods of a class type place

information in the instance variables, or use information that's already in the instance variables.

Summary

Data Structures: Arrays

• Goals
• Scientific Engineering
• Numerical computations
• Array are very efficient way of organizing

data since accessing array elements requires O(1).

What is an array

A unidimensional array is a vector of data elements A multidimensional array could be a 2D matrix of data elements

Characteristics of an Array

• Arrays is one the main data organization structures in

programming languages

• Arrays group “homogenous” values
• Arrays permit fast access by numeric index
• An Array Base @: Address of the first element of the

array

• Array Type: is the data type it stores

– Basic such as int, char, etc. – Object such as String, your defined class objects, etc,

• Array Size: is typically length of the array (number of

elements * the size of each element)

• Array dimensions (upper bound, lower bound)

– An array of size 5 has a lower bound of 0 and an upper bound

• f 4, i.e. 0 to n-1

Representation of Array

• Internal representation of an array
• Memory cells have to be reserved for the array
• ==> is achieved by declaration statements
• Requires a mapping or accessing function to be decoded

uses the characteristics of the array In Java:

• An array of size n: int [10] myarray;
• the lower bound is 0 and the upper bound is 9

Array Physical Representation

MT[0] ¡ MT[1] ¡ MT[2] ¡ MT[n-­‑1] ¡ A unidimensional array is a vector of data elements MT is an example of a single dimensional array

• Where is the location of MT [i] ?
• Mapping: Let size_of_element be the size of each element (Type of the

array)

• The mapping function is:

MT [0] is at Base MT [2] is at Base+ size_of_element . . . MT [i] is at Base+(I - lower_bound)* size_of_element

• In Java, where the lower_bound is 0

MT[i] = base address + i * size_of_element

2 Dimensional Array Representation

• Referred to as matrices or tables
• Requires two dimensions:

– Rows – Columns

• Two common schemes:

– Row major order: rows are placed one after another in memory. Examples: Java, C, C++, Pascal, etc.

• 10, 20, 42, 71, 9, 6, 8, -2, -34, 1, 9, 28, 29, 12, -3, etc.

– Column major order: columns are placed one after another in memory. Example: Fortran

• 10, 6, 9, 8, 20, 8, 28, 81, 42, -2, 29, 91. etc.

10 ¡ 20 ¡ 42 ¡ 71 ¡ 9 ¡ 6 ¡ 8 ¡

• ­‑2 ¡
• ­‑34 ¡

1 ¡ 9 ¡ 28 ¡ 29 ¡ 12 ¡

• ­‑3 ¡

8 ¡ 81 ¡ 91 ¡ 100 ¡ 1000 ¡ User’s ¡Abstract ¡view ¡