Oefeningen

Je vindt een IntelliJ project met de projectstructuur en tests voor alle oefeningen in volgende GitHub repository:

https://github.com/KULeuven-Diepenbeek/ses-deel2-oefeningen-02-records

Klasse of record?

Geef enkele voorbeelden van types die volgens jou best als record gecodeerd worden, en ook enkele types die best als klasse gecodeerd worden.

Kan je, voor een van je voorbeelden, een situatie bedenken waarin je van record naar klasse zou gaan, en omgekeerd?

Sealed interface

Kan je een voorbeeld bedenken van een nuttig gebruik van een sealed interface?

Email

Definieer een Email-record dat een geldig e-mailadres voorstelt. Het mail-adres wordt voorgesteld door een String.

Controleer de geldigheid van de String bij het aanmaken van een Email-object:

• de String mag niet null zijn (anders NullPointerException)
• de String moet exact één @-teken bevatten (anders IllegalArgumentException)
• de String moet eindigen op “.com” of “.be” (anders IllegalArgumentException)

Rechthoek

Schrijf een record die een rechthoek voorstelt. Een rechthoek wordt gedefinieerd door 2 punten (linksboven en rechtsonder). Gebruik een Coordinaat-record om deze hoekpunten voor te stellen. Zorg ervoor dat enkel geldige rechthoeken aangemaakt kunnen worden (dus: het hoekpunt linksboven ligt zowel links als boven het hoekpunt rechtsonder).

Voeg extra methodes toe:

• om de twee andere hoekpunten (linksonder en rechtsboven) op te vragen
• om na te gaan of een gegeven punt zich binnen de rechthoek bevindt
• om na te gaan of een rechthoek overlapt met een andere rechthoek. (Hint: bij twee overlappende rechthoeken ligt minstens één hoekpunt van de ene rechthoek binnen de andere)

Expressie-hierarchie

Maak een set van records om een wiskundige uitdrukking voor te stellen. Alle records moeten een sealed interface Expression implementeren.

De mogelijke expressies zijn:

• een Literal: een constante getal-waarde (een double)
• een Variable: een naam (een String), bijvoorbeeld “x”
• een Sum: bevat twee expressies, een linker en een rechter
• een Product: gelijkaardig aan Som, maar stelt een product voor
• een Power: een expressie tot een constante macht

De veelterm \( 3x^2+5 \) kan dus voorgesteld worden als:

var poly = new Sum(
  new Product(
    new Literal(3),
    new Power(
      new Variable("x"),
      new Literal(2))),
  new Literal(5));

Maak nu een klasse ExpressionUtils met volgende statische methodes (de beschrijving volgt hieronder).

class ExpressionUtils {
  public static double evaluate(Expression expr, Map<Variable, Double> variableValues) { ... }
  public static String prettyPrint(Expression expr) { ... }
  public static Expression simplify(Expression expr) { ... }
  public static Expression differentiate(Expression expr, Variable var) { ... }
}

Gebruik pattern matching (en TDD) voor elk van volgende opdrachten:

1. de methode evaluate moet de gegeven expressie evalueren voor de gegeven waarden van de variabelen. Bijvoorbeeld, \( 3x^2+5 \) evalueren met \( x=7 \) geeft \(152\). De parameter variableValues bevat een mapping van variabelen naar hun toegekende waarde.
2. Schrijf de methode prettyPrint die de gegeven expressie omzet in een String, bijvoorbeeld prettyPrint(poly) geeft (3.0) * ((x)^2.0) + 5.0. Maak je op dit moment nog geen zorgen over onnodige haakjes. Hint: voor het pretty-printen van een som, pretty-print je eerst de linker- en rechterterm afzonderlijk.
3. Zorg er nu voor dat er geen onnodige haakjes verschijnen in het resultaat van prettyPrint, door rekening te houden met de volgorde van de bewerkingen. (Hint: geef elke expressie een numerieke prioriteit)
4. (uitdagend) De methode simplify moet de gegeven expressie te vereenvoudigen door enkele vereenvoudigingsregels toe te passen. Bijvoorbeeld, het vervangen van \(3 + 7\) door \(10\), vervangen van \(x+0\), \(x*1\), en \(x^1\) door \(x\); vervangen van \(x * 0\) door \(0\), …
5. (uitdagend) de methode differentiate moet de afgeleide berekenen van de gegeven expressie in de gegeven variabele (bv. \( \frac{d}{dx} 3x^2+5x = 6x+5 \)). Geef het resultaat zo eenvoudig mogelijk terug (Hint: gebruik simplify).

Extra oefeningen

Money

Maak een Money-record dat een geldbedrag (bijvoorbeeld 20) en een munteenheid (bijvoorbeeld “EUR”) bevat. Voeg ook methodes toe om twee geldbedragen op te tellen. Dit mag enkel wanneer de munteenheid van beiden gelijk is; zoniet moet er een exception gegooid worden.

Interval

Maak een Interval-record dat een periode tussen twee tijdstippen voorstelt, bijvoorbeeld voor een vergadering. Elk tijdstip wordt voorgesteld door een niet-negatieve long-waarde. Het eind-tijdstip mag niet voor het start-tijdstip liggen.

Voeg een methode toe om na te kijken of een interval overlapt met een ander interval. Intervallen worden beschouwd als half-open: twee aansluitende intervallen overlappen niet, bijvoorbeeld [15, 16) en [16, 17).

Programmeertaal

Breid de expressies uit de oefening hierboven uit tot je eigen mini-programmeertaal met interpreter. Voorzie daarvoor een sealed interface Statement met volgende klassen en betekenis:

• Assign(name, expr): evalueer expr en sla het resultaat op in de variabele name
• Print(expr): evalueer expr en print de waarde uit
• If(cond, thenBranch, elseBranch): evalueer expressie cond; indien dit 0 is, voer statement thenBranch uit, anders statement elseBranch
• While(cond, body): voer statement body uit zolang expressie cond naar 0 evalueert
• Sequence(stmts): voer een lijst van statements stmts (een ‘blok’) na elkaar uit

Voeg dan een klasse Interpreter toe met een methode execute(Statement st) die het meegegeven statement (programma) uitvoert. In je Interpreter maak je best gebruik van een klasse die de huidige toestand van het programma bijhoudt, met onderstaande interface:

package program;

public interface ExecutionState {
    default double getCurrentValue(Variable var) {
        return variableValues().get(var);
    }
    void setVariable(Variable var, double newValue);

    Map<Variable, Double> variableValues();

    void print(double value);
}

Een voorbeeld van het gebruik van je interpreter:

/*

x := 5
while x != 0:
  print x
  x := x - 1

*/
var xvar = new Variable("x");
var program = new Sequence(List.of(
        new Assign(xvar, new Literal(5)),
        new While(xvar,
                new Sequence(List.of(
                        new Print(xvar),
                        new Assign(xvar, new Sum(xvar, new Literal(-1)))
                ))
        )
));
new Interpreter().execute(program);
// 5.0
// 4.0
// 3.0
// 2.0
// 1.0