Benchmarking verschiedener Listenimplementationen

Ein Beispiel für ein ADT ist die Verkettete Liste. Eine Liste enthält beliebig viele Werte eines Typs T, z.B. Integer-Zahlen. Zudem sind Operationen definiert, die mit der Liste durchgeführt werden können, z.B. anhaengen(val: T). In der objektorientierten Programmierung entspricht das den Methoden.

Die Namen der Operationen und ihre Signatur (also Parameter und Rückgabewert) können in Java durch eine abstrakte Oberklasse oder ein Interface festgelegt werden – dies ist die syntaktische Beschreibung.

Allerdings sagen die Methoden und ihre Signaturen nichts über das Verhalten des ADTs aus, das ist die Semantik. Wir müssen also beschreiben, was die Methode anhaengen(val: T) tut. Prinzipiell könnte die Methode anhaengen einfach einen leeren Rumpf haben – syntaktisch wäre sie damit korrekt, da es sich um eine Methode ohne Rückgabewert handelt.

Ein Programmierer, der die Klasse verwendet, stellt sich aber etwas anderes unter "anhängen" vor. Üblicherweise bedeutet "anhängen", dass das neue Element hinter den vorhandenen Werten angefügt wird. Man könnte sich aber auch vorstellen, dass das neue Element vorne angefügt wird oder nur dann, wenn es noch nicht vorhanden ist oder an der richtigen Stelle im Bezug auf eine Sortierung…1) Die Bedeutung des Begriffs "anhängen" (englisch „to append“) ist relativ klar. Die Java-Klasse ArrayList hat dafür die Methode add („hinzufügen“), die sprachlich offen lässt, wo der neue Wert eingefügt werden soll. Hier muss die Dokumentation konsultiert werden, die klarstellt, dass der neue Wert ans Ende der Liste kommt.

(A1)

Beschreibe das Verhalten der folgenden Methoden im Kontext einer verketteten Liste so eindeutig wie möglich. Was genau sollen diese Methoden machen, was geben Sie zurück, welche Voraussetzungen müssen evtl. erfüllt sein, damit man sie auf die verkettete Liste anwenden kann?

vorneAnfuegen(val: T)

erstesElement(): T

letztesElement(): T

findeErstesVorkommen(val: T): int

Implementationsvarianten

Eine Eigenschaft abstrakter Datentypen (ADTs) ist, dass sie keine Angaben über ihren inneren Aufbau machen, sondern nach außen nur ihre Methoden anbieten und deren Verhalten definieren.

Eine Liste kann man auf verschiedenste Weisen implementieren, wir wollen jetzt testen, ob sich verschiedene Implementationen verschieden verhalten.

Im Repository https://codeberg.org/Info-Unterricht/verkettete-liste-java-benchmark.git findest du verschiedene Implementationen einer verketteten Liste sowie eine Benchmark-Klasse.

Die Benchmark-Klasse führt einige Tests mit den verschiedenen Listenvarianten durch und untersucht, wie viel Speicher und wie viel Zeit die Tests benötigen.

(A2)

Checke das Repo aus und übersetze den Code in beiden Verzeichnissen. Übersetzen auch die Klassen im Unterordner "Liste", sonst können die Tests nicht durchgeführt werden.