Beispielprogramm Matrixmultiplikation

Design:

• Sourcen: Matrix.java , SquareMatrix.java , TestMatrix.java
• Matrizen als ``Speicherblöcke'' statt Ansammlung von Zeilen
  Organisation wie in Fortran (Indizes ab 1, spaltenweise gespeichert)
• ausgiebige Fehlerprüfung
  bei Fehler Exception (s.u.) auslösen
• Ergebnismatrizen werden im aufrufenden Programm initialisiert
  alternativ: neue Matrix erzeugen und als Funktionswert zurückgeben
• interne Größen für abgeleitete Klassen zugänglich (protected)

Schnittstellen:

• Matrix:
     Matrix(int rows, int cols)
     int[] shape()
     void set(int i, int j, double v)
     double get(int i, int j)
     void mult(Matrix b, Matrix result)
      
  
  

• SquareMatrix:
     SquareMatrix(int n)
     void mult(SquareMatrix b, SquareMatrix result)
     double trace()
      
  
  

• TestMatrix:
     TestMatrix(int n)
     void run()
     void check()
     static public void main(String[] args)
      
  
  

Bemerkungen:

• Zugriff auf Objekte:
  • Variable für Klassentypen und Arrays sind Referenzen (``Zeiger'')
  • auf null initialisiert
  • bekommen dynamisch Speicher mit new und Konstruktor
       Matrix  m = new Matrix(42, 28)
          
    
    
  • keine free-Routine, sondern automatisches Aufräumen (``garbage collector'')

• Fehlerbehandlung durch Ausnahmen:
  • vordefinierte Klasse Exception und abgeleitete Klassen
  • Auslösen einer Ausnahme mit
       throw Exception(message) // Programm springt zum Errorhandler
          
    
    
  • Behandeln von Ausnahmen:
       try {
         // etwas, was Fehler auslösen könnte, etwa
         m.get(100, 100);
       } catch {
         // tue etwas, was den Fehler repariert oder beende vernünftig
         // Programm macht ggf. weiter hinter den catch-Blöcken
       }
          
    
    
  • Standard-Verhalten (kein try-catch-Block):
    Ausgabe von message und Stacktrace, dann Abbruch
       java.lang.IndexOutOfBoundsException: Invalid index: (4,2)
               at Matrix.get(Matrix.java:57)
               at TestMatrix.main(TestMatrix.java:44)         
          
    
    

• Implementation von set/get:
  • sorgt für Fortran-artiges Verhalten
  • leicht an andere Modelle anpassbar

• Implementation von mult:
  • benutzt interne Struktur (val[]) statt set/get
  • deutlich schneller (Faktor 4), da keine Indextests nötig

• SquareMatrix:
  • mult(Matrix, Matrix) geht (natürlich) auch für SquareMatrix
  • aber: Ergebnis ist Matrix, nicht SquareMatrix!

• Hauptprogramm main:
  • static Routinen gehören zur Klasse
    können ohne Objekt aufgerufen werden
  • viele Klassen können eine Routine main haben
  • Aufruf:
       java TestMatrix
          
    
    

    startet main in Klasse TestMatrix