Tema 1 - Introducción al Java Collections Framework

Estructuras de Datos Ingeniera Informtica en Sistemas de Informacin

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TEMA 1: Introduccin al Java Collections FrameworkCONTENIDO1 INTRODUCCIN.............................................................................................................................................................2 1.1. ELEMENTOS DEL JCF..................................................................................................................................................2 2 INTERFAZ COLLECTION............................................................................................................................................3 3 ITERADORES...................................................................................................................................................................7 3.1. INTERFAZ ITERATOR...................................................................................................................................................7 3.2. INTERFAZ LISTITERATOR..........................................................................................................................................10 4 INTERFACES COMPARABLE Y COMPARATOR.................................................................................................16 4.1. INTERFAZ COMPARABLE...........................................................................................................................................16 4.2. INTERFAZ COMPARATOR..........................................................................................................................................19 4.3. CUNDO USAR COMPARABLE Y COMPARATOR?....................................................................................................23 5 UTILIDADES PARA OBJETOS CONTENEDORES: CLASE JAVA.UTIL.COLLECTIONS...........................23 5.1. 5.2. 5.3. 5.4. 5.5. 5.6. 5.7. ORDENACIN............................................................................................................................................................24 INVERSIN DEL ORDEN.............................................................................................................................................25 BSQUEDA................................................................................................................................................................25 COPIAR LISTA...........................................................................................................................................................25 RELLENAR UNA LISTA..............................................................................................................................................26 MXIMOS Y MNIMOS...............................................................................................................................................27 CONSTANTES.............................................................................................................................................................27

6 CLASE ARRAYS (AMPLIACIN)..............................................................................................................................28 6.1. TRATAR MATRIZ COMO LISTA..................................................................................................................................28 6.2. MTODOS SIMILARES A LOS DE COLLECTIONS.........................................................................................................28 7 CLASE JAVA.LANG.MATH........................................................................................................................................28 8 BIBLIOGRAFA.............................................................................................................................................................30

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Tema 1: Introduccin al JCF

1 IntroduccinEn la versin 1.2 del JDK se introdujo el Java Collections Framework o estructura de colecciones de Java (en adelante JCF). Se trata de un conjunto de clases e interfaces que mejoran notablemente las capacidades del lenguaje respecto a estructuras de datos. Adems, constituyen un excelente ejemplo de aplicacin de los conceptos propios de la programacin orientada a objetos.

1.1. Elementos del JCF

Jerarqua de Interfaces del JCF Interfaces de la JCF: Constituyen el elemento central de la JCF. Collection: define mtodos para tratar una coleccin genrica de elementos Set: coleccin que no admite elementos repetidos SortedSet: set cuyos elementos se mantienen ordenados segn el criterio establecido List: admite elementos repetidos y mantiene un orden inicial Map: conjunto de pares clave/valor, sin repeticin de claves SortedMap: map cuyos elementos se mantienen ordenados segn el criterio establecido Interfaces de soporte: Iterator: sustituye a la interfaz Enumeration. Dispone de mtodos para recorrer una coleccin y para borrar elementos. ListIterator: deriva de Iterator y permite recorrer lists en ambos sentidos. Comparable: declara el mtodo compareTo() que permite ordenar las distintas colecciones segn un orden natural (String, Date, Integer, Double, ). Comparator: declara el mtodo compare() y se utiliza en lugar de Comparable cuando se desea ordenar objetos no estndar o sustituir a dicha interfaz. Clases de propsito general: Son las implementaciones de las interfaces de la JFC. HashSet: Interfaz Set implementada mediante una hash table. TreeSet: Interfaz SortedSet implementada mediante un rbol binario ordenado. ArrayList: Interfaz List implementada mediante un array. LinkedList: Interfaz List implementada mediante una lista vinculada. HashMap: Interfaz Map implementada mediante una hash table.Estructuras de Datos Pgina 2 de 24

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TreeMap: Interfaz SortedMap implementada mediante un rbol binario

Clases histricas: Son las clases Vector y Hashtable presentes desde las primeras versiones de Java. En las versiones actuales, implementan respectivamente las interfaces List y Map, aunque conservan tambin los mtodos anteriores. Algoritmos: La clase Collections dispone de mtodos static para ordenar, desordenar, invertir orden, realizar bsquedas, llenar, copiar, hallar el mnimo y hallar el mximo. Clase Arrays: Es una clase de utilidad introducida en el JDK 1.2 que contiene mtodos static para ordenar, llenar, realizar bsquedas y comparar los arrays clsicos del lenguaje. Permite tambin ver los arrays como lists.

2 Interfaz CollectionLa interfaz Collection es implementada por los conjuntos (sets) y las listas (lists). Esta interfaz, declarada en el paquete java.util, declara una serie de mtodos generales utilizables con Set y List.public interfaz java.util.Collection { public boolean add(Object); // opcional public boolean addAll(Collection); // opcional public void clear(); // opcional public boolean contains(Object); public boolean containsAll(Collection); public boolean equals(Object); public int hashCode(); public boolean isEmpty(); public Iterator iterator(); public boolean remove(Object); // opcional public boolean removeAll(Collection); // opcional public boolean retainAll(Collection); // opcional public int size(); public Object[] toArray(); public Object[] toArray(Object[]); }

Los mtodos indicados como // opcional pueden no estar disponibles en algunas implementaciones, como por ejemplo en las clases que no permiten modificar sus objetos. Por supuesto dichos mtodos deben ser definidos, pero lo que hacen al ser llamados es lanzar una UnsupportedOperationException. Mtodos para agregar y eliminar elementos boolean add(Object element). Aade un elemento a la coleccin, devolviendo true si fue posible aadirlo y false en caso contrario (por ejemplo, un set que ya contenga el elemento). boolean remove(Object element). Elimina un nico elemento (si lo encuentra), y devuelve true si la coleccin ha sido modificada. Mtodos para realizar consultas int size(). Devuelve el nmero de elementos disponibles. boolean isEmpty(). Devuelve true si la coleccin es vaca.


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boolean contains(Object element). Devuelve true si el elemento pertenece a la coleccin.

Mtodos para recorrer todos los elementos Iterator iterator(). Devuelve una referencia Iterator que permite recorrer una coleccin con los mtodos next() y hasNext(). Permite tambin borrar el elemento actual con remove(). Mtodos para realizar varias operaciones simultneamente boolean containsAll(Collection collection). Igual que contains(), pero con un conjunto de elementos. boolean addAll(Collection collection). Igual a add(), pero aade un conjunto de datos si es posible. void clear(). Elimina todos los elementos. void removeAll(Collection collection). Igual que remove(), pero elimina el conjunto de elementos que se pasa como parmetro. void retainAll(Collection collection). Elimina todos los elementos menos los especificados por la coleccin pasada como parmetro. Otros Mtodos boolean equals(Object). Implementa la igualdad o equivalencia. Retorna true si el objeto que llama al mtodo es equivalente al que se pasa como parmetro. Devuelve false si el argumento es nulo. int hashCode(). A la hora de acceder, aadir, o eliminar un objeto contenido en un hashtable, la implementacin de dicha estructura invocar este mtodo sobre el objeto para obtener un int que pueda ser utilizado en la elaboracin del ndice en el hashtable. Durante la ejecucin de un programa este mtodo ha de retornar el mismo int siempre que sea invocado sobre el mismo objeto. Siempre y cuando sea factible ha de ser nico para cada objeto. Por ello, aunque esta implementacin no es requerida, el mtodo devuelve la direccin fsica del objeto en memoria. Object[] toArray(). Permiten convertir una coleccin en un array. Un aspecto importante es que las colecciones slo pueden contener objetos. Por ello, en versiones anteriores, Java no permita que a una coleccin se pudieran aadir elementos que no fueran objetos, es decir, de tipos bsicos o primitivos, es decir, que una instruccin como c.add(20) era incorrecta, y se tena que sustituir por c.add(new Integer(20)), en la que se usa la envoltura Integer. A partir de la versin Java 5 fueron integrados los mecanismos de autoboxing y auto-unboxing para permitir la conversin de valores primitivos hacia sus respectivos objetos (envolturas) de manera directa y sin mayores complicaciones. Es decir, que ya s se permiten instrucciones del tipo c.add(20). Ejemplo:import java.util.*; // Para usar los elementos del JCF public class Ppal { public static void main(String[] args) { int i; // Coleccin c1 Collection c1 = new ArrayList(); c1.add(10); // Es equivalente a c1.add(new Integer(10)); c1.add(20); c1.add(30); Estructuras de Datos Pgina 4 de 24

ED - Enseanza Bsica c1.add(40); c1.add(50); c1.add(60); // Coleccin c2 como una lista List c2 = new ArrayList(); for (i=1; i 0 implican compare(x z) > 0. compare(x,y)==0 implica signo(compare(x,z)==sgn(compare(y,z)) para todo z. Este mtodo lanzar la excepcin ClassCastException si el tipo de los argumentos impide la comparacin por este Comparator.

Es muy importante que compare() sea compatible con el mtodo equals() de los objetos que hay que mantener ordenados. Su implementacin debe cumplir unas condiciones similares a las de compareTo(). Los objetos que implementa la interfaz Comparator pueden ser utilizados en las siguientes situaciones (especificando un orden distinto al natural): Como argumento a un constructor TreeSet o TreeMap (con la idea de que las mantengan ordenadas de acuerdo con dicho comparador). En los mtodos de ordenacin Collections.sort(List, Comparator) y Arrays.sort(Object[], Comparator). En los mtodos de bsqueda Collections.binarySearch(List, Object, Comparator) y Arrays.binarySearch(List, Object, Comparator).

Ejemplo (Ordenacin de una lista usando Comparator). Este ejemplo es similar al anterior. De hecho, usa la interfaz Empleado definida en el ejemplo anterior. Se aaden dos comparadores para hacer diferentes ordenaciones, en concreto: ComparadorIgnoraMayMin, cuyo mtodo compare() compara dos Personas con el mismo criterio que compareTo() del ejemplo anterior, slo que en este caso no se distinguen maysculas y minsculas; el otro comparador es ComparadorEdad, que usa la edad como criterio de comparacin entre personas (si son de la misma edad, compara por apellidos y nombre).

//ComparadorIgnoraMayMin import java.util.*; class ComparadorIgnoraMayMin implements Comparator { public int compare(Object o1, Object o2) { Persona p1 = (Persona)o1; //Eleva ClassCastException si o1 no es Persona Persona p2 = (Persona)o2; //Eleva ClassCastException si o2 no es Persona //Es igual que compareTo de Persona pero usando compareToIgnoreCase() int cmp = p1.getApellidos().compareToIgnoreCase(p2.getApellidos()); if (cmp == 0){ cmp = p1.getNombre().compareToIgnoreCase(p2.getNombre()); if (cmp == 0){ cmp = p1.getEdad() - p2.getEdad(); } } return cmp; } } // ComparadorEdad.java import java.util.*; Estructuras de Datos Pgina 16 de 24

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class ComparadorEdad implements Comparator { public int compare(Object o1, Object o2) { Persona p1 = (Persona)o1; //Eleva ClassCastException si o1 no es Persona Persona p2 = (Persona)o2; //Eleva ClassCastException si o2 no es Persona int cmp = p1.getEdad() - p2.getEdad(); //Primero por edad if (cmp == 0) { cmp = p1.getApellidos().compareTo(p2.getApellidos());//Luego por apellidos if (cmp == 0) { cmp = p1.getNombre().compareTo(p2.getNombre()); //finalmente por nombre } } return cmp; } } // TestEmpleadoComparators.java import java.util.*; public class TestEmpleadoComparators{ public static void main(String args[]){ List c = new ArrayList(); Empleado e1 = new Persona("Pepe", "Lopez Perez", 25); Empleado e2 = new Persona("Lola", "lopez Aguilar", 23); Empleado e3 = new Persona("Pepe", "Lopez Perez", 21); Empleado e4 = new Persona("Antonio", "Lopez Perez", 25); Empleado e5 = new Persona("Alicia", "Sanchez Olmo", 21); c.add(e1); c.add(e2); c.add(e3); c.add(e4); c.add(e5); //Imprime Lista Original System.out.println("Lista Original:"); System.out.println(c); //Ordenacin natural (Comparable de Persona) System.out.println("Ordenacin Natural (Comparable):"); Collections.sort(c); System.out.println(c); //Ordenacin sin diferenciar entre Maysculas y Minsculas (Comparator) System.out.println("Ordenacin Natural sin MayMin (Comparator):"); Collections.sort(c, new ComparadorIgnoraMayMin()); System.out.println(c); //Ordenacin por Edad (Comparator) System.out.println("Ordenacin por edad(Comparator):"); Collections.sort(c, new ComparadorEdad()); System.out.println(c); } }

La salida de este programa es:Lista Original: [Lopez Perez, Pepe (25), lopez Aguilar, Lola (23), Lopez Perez, Pepe (21), Lopez Perez, Antonio (25), Sanchez Olmo, Alicia (21)] Ordenacin Natural (Comparable): [Lopez Perez, Antonio (25), Lopez Perez, Pepe (21), Lopez Perez, Pepe (25), Sanchez Olmo, Alicia (21), lopez Aguilar, Lola (23)]


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Ordenacin Natural sin MayMin (Comparator): [lopez Aguilar, Lola (23), Lopez Perez, Antonio (25), Lopez Perez, Pepe (21), Lopez Perez, Pepe (25), Sanchez Olmo, Alicia (21)] Ordenacin por edad(Comparator): [Lopez Perez, Pepe (21), Sanchez Olmo, Alicia (21), lopez Aguilar, Lola (23), Lopez Perez, Antonio (25), Lopez Perez, Pepe (25)] Process Exit...

4.3. Cundo usar Comparable y Comparator?Usaremos Comparable para definir el orden natural de una clase C, entendiendo por orden natural aquel que se utilizar normalmente o simplemente por convenio. As, diremos que los objetos de clase C son comparables. Por otro lado, implementaremos nuevas clases (C1 Cn) que extiendan el interfaz Comparator por cada ordenacin nueva que necesitemos distinta a la natural para la clase C. As tendremos una librera de comparadores (C1 Cn) para la clase C.


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5 Utilidades para objetos contenedores: Clase java.util.CollectionsLa clase Collections (no confundir con la interfaz Collection, en singular) es una clase que define un buen nmero de mtodos static con diversas finalidades. Dado que son estticos, la llamada a dichos mtodos es: Collections.metodo() Los ms interesantes son los siguientes (todos los mtodos aqu expuestos retornan o toman como argumentos una List, excepto max y min que toman como argumento una Collection):

5.1. Ordenacinpublic static void sort(List); public static void sort(List, Comparator);

Ordenan la lista, bien de forma ascendente segn el orden natural (establecido por el interfaz Comparable), o bien de la forma especificada por Comparator. Tal ordenacin es estable, es decir, los elementos iguales no son desplazados. Lanzan las siguientes excepciones: ClassCastException, si un elemento en la lista tiene un tipo que impide su comparacin con el resto los interfaces Comparable o Comparator; UnsupportedOperationException, si la lista no es modificable (su iterator no soporta la operacin set).

5.2. Inversin del Ordenpublic static void reverse(List); public static Comparator reverseOrder();

El mtodos reverse(List) ordena la lista en el sentido inverso de la posicin actual de sus elementos (independiente del valor de los elementos). No realiza una ordenacin descendente. El mtodo reverseOrder() devuelve un Comparator que introduce una ordenacin inversa a la impuesta por el orden natural de un contenedor de objetos que implementan el interfaz Comparable. El Comparator devuelto implementa el mtodo compare() de forma que devuelve el resultado de compareTo()cambiado de signo. Puede utilizarse donde se espere un Comparator, por ejemplo: Arrays.sort(list, Collections.reverseOrder()).

5.3. Bsquedapublic static int binarySearch(List, Object); public static int binarySearch(List, Object, Comparator);

Buscan el objeto en la lista y devuelven la posicin (int) de tal objeto (resultado 0 o positivo). Si no est en la lista devuelve (-(pos_mayor)-1); donde pos_mayor es la posicin del primer elemento en la lista mayor que el buscado, o el tamao de la lista si el elemento buscado es el mayor de todos. La lista debe estar ordenada de forma ascendente. Esto puede lograrse con un orden natural para el primer mtodo, como por ejemplo sort(List); o bien usando un Comparator para el segundo mtodo: sort(List,Comparator). Los resultados no son especificados si la lista esta desordenada. No se asegura cul ser el elemento devuelto si existen duplicados. Lanzan la excepcin ClassCastException si algn elemento en la lista tiene un tipo que impide su comparacin.Estructuras de Datos Pgina 19 de 24

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NOTA: Sobre el sentido de la ordenacin impuesto por sort y el sentido en que esta ordenada la lista o matriz que binarySearch examina, la API especifica que en estos dos mtodos, tanto en la clase Arrays como en la clase Collections, el sentido de la ordenacin sea ascendente. Esto es debido a que las clases que implementan Comparable o Comparator lo hacen en la forma descrita en la API. Siguiendo estas recomendaciones los comparadores que cresemos seran siempre ascendentes. Para lograr una ordenacin inversa utilizaramos el mtodo reverseOrder de la clase Collection. Alternativamente puede implementarse un Comparator o Comparable descendente y utilizarse en ambos mtodos. Luego, lo realmente importante es mantener el sentido con el que se ha ordenado un contenedor a la hora de buscar en l. Es conveniente tambin recordar que los tipos primitivos y sus envolturas implementan Comparable en sentido ascendente.

5.4. Copiar Listapublic static void copy(List, List);

Copia los elementos residentes en el segundo argumento en el primero. Si el tamao del destino es mayor que el de la fuente, los restantes elementos no se ven afectados. Lanza IndexOutOfBoundsException si el tamao del destino es menor que el de la fuente, y UnsupportedOperationException si el iterator de la lista no soporta la operacin set.

5.5. Rellenar una Listapublic static void fill(java.util.List, Object);

Remplaza todos los elementos de la lista por el objeto especificado. No modifica el tamao de la lista. Se ejecuta en un tiempo lineal. Lanza UnsupportedOperationException si el iterator de la lista no soporta la operacin set.

5.6. Mximos y Mnimospublic public public public static static static static Object Object Object Object max(Collection); max(Collection, Comparator); min(Collection); min(Collection, Comparator);

Devuelven el objeto que en la coleccin especificada sea el menor, o el mayor de todos, de acuerdo al orden natural (establecido por Comparable) de tales objetos, o segn el Comparator especificado.

5.7. Constantespublic static final java.util.List EMPTY_LIST; public static final java.util.Set EMPTY_SET;

Existen tres constantes (campos estticos finales) de tipo List y Set que son inicializados para contener un objeto vaco del tipo correspondiente. Sus nombres son EMPTY_LIST y EMPTY_SET. Sirven para representar contenedores vacos.


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Ejemplo:

import java.util.*; public class TestCollections{ public static void main(String args[]){ List c = new ArrayList(); int pos; Empleado e1 = new Persona("Pepe", "Lopez Perez", 25); Empleado e2 = new Persona("Lola", "lopez Aguilar", 23); Empleado e3 = new Persona("Pepe", "Lopez Perez", 21); Empleado e4 = new Persona("Antonio", "Lopez Perez", 25); Empleado e5 = new Persona("Alicia", "Sanchez Olmo", 21); c.add(e1); c.add(e2); c.add(e3); c.add(e4); c.add(e5); //Imprime Lista Original System.out.println("Lista Original:"); System.out.println(c); //Ordenacin natural (Comparable de Persona) y Bsqueda System.out.println("Ordenacin Natural (Comparable) y Bsqueda:"); Collections.sort(c); //Ordenacin natural usando Comparable System.out.println(c); pos=Collections.binarySearch(c, e4); System.out.println("Bsqueda: La posicin de es " + pos); //Ordenacin por Edad (Comparator) y Bsqueda System.out.println("Ordenacin por edad y bsqueda:"); Collections.sort(c, new ComparadorEdad());//Ordenacin usando ComparadorEdad System.out.println(c); pos=Collections.binarySearch(c, e4, new ComparadorEdad()); System.out.println("Bsqueda: La posicin de es " + pos); //Mximo y mnimo Empleado eMax = (Empleado) Collections.max(c, new ComparadorEdad()); Empleado eMin = (Empleado) Collections.min(c, new ComparadorEdad()); System.out.println("Empleado ms viejo: " + eMax); System.out.println("Empleado ms joven: " + eMin); } }


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6 Clase Arrays (ampliacin)Esta clase es muy parecida a la case Collections vista anteriormente, por lo que sus mtodos los veremos con menor nivel de detalle. La invocacin a tales mtodos tambin es similar: Arrays.metodo()

6.1. Tratar Matriz como Listapublic static List asList(Object[]);

Retorna una vista (no una copia) de la matriz pasada como argumento implcito, que puede ser manipulada como si fuera una lista. Como dicha lista es respaldada por una matriz no pueden agregarse o eliminarse elementos a ella. Cualquier modificacin estructural (del nmero de elementos) provoca UnsupportedOperationException debido a la no implementacin de los mtodos opcionales del interfaz List en la lista retornada. El resto de cambios en la lista son reflejados en la matriz y viceversa.

6.2. Mtodos similares a los de Collectionspublic public public public static static static static void void void void sort(tipoPrimitivo[]); sort(tipoPrimitivo[], Comparator); sort(Object[]); sort(Object[], Comparator);

public static int binarySearch(tipoPrimitivo[], unPrimitivo); public static int binarySearch(Object[], Object); public static int binarySearch(Object[], Object, Comparator); public static void fill(tipoPrimitivo[], unPrimitivo); public static void void fill(tipoprimitivo[], int fromIndex, int toIndex, unPrimitivo); public static void void fill(Object[], Object); public static void void fill( Object[], int fromIndex, int toIndex, Object);

7 Clase java.lang.MathLa case Math del paquete estndar java.lang contiene mtodos estticos para realizar operaciones matemticas bsicas como exponencial, logaritmos, raiz cuadrada, funciones trigonomtricas, etc. La invocacin a tales mtodos o constantes es similar a los de Collections y Arrays: Math.metodo() Los miembros ms interesantes de esta clase son:public final class java.lang.Math { // Constantes public static final double E; public static final double PI; // Funciones trigonomtricas double sin(double); double cos(double); double tan(double); double asin(double); double acos(double); Estructuras de Datos Pgina 22 de 24

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double atan(double); double toRadians(double); double toDegrees(double); // Funciones bsicas double exp(double); double log(double); double log10(double); double sqrt(double); double ceil(double); double floor(double); double pow(double, double); abs(); max(, ); max(, ); < . . . > }


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8 Bibliografa Documentacin de la API de Java: o o o o o o o o o Pgina principal de JCF: http://java.sun.com/j2se/1.5.0/docs/guide/collections/index.html Tutorial de JCF - Introduccin: http://java.sun.com/docs/books/tutorial/collections/intro/index.html Especificacin de la interfaz Comparable: http://java.sun.com/j2se/1.5.0/docs/api/java/lang/Comparable.html Especificacin de la interfaz Comparator: http://java.sun.com/j2se/1.5.0/docs/api/java/util/Comparator.html Especificacin de la interfaz Iterator: http://java.sun.com/j2se/1.5.0/docs/api/java/util/Iterator.html Especificacin de la interfaz ListIterator: http://java.sun.com/j2se/1.5.0/docs/api/java/util/ListIterator.html Especificacin de la clase Collections: http://java.sun.com/j2se/1.5.0/docs/api/java/util/Collections.html Especificacin de la clase Arrays: http://java.sun.com/j2se/1.5.0/docs/api/java/util/Arrays.html Especificacin de la clase Math: http://java.sun.com/j2se/1.5.0/docs/api/java/lang/Math.html Bruce Eckel. Prentice Hall, 2002. Captulo Captulo 11. 4.

Thinking in Java, 3rd Edition. http://www.mindview.net/Books/TIJ/

Aprenda Java como si Estuviera en http://mat21.etsii.upm.es/ayudainf/aprendainf/Java/Java2.pdf

Primero.


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