Java - Podstawy, Programowanie, Zastosowania.pdf - Java programowanie - andrzejek142

Język Java: Podstawy, Programowanie, Zastosowania

Java

1. Język Java

Początki języka Java sięgają roku 1990, gdy Bill Joy napisał dokument pod tytułem “Further”, w

którym sugerował inżynierom Sun Microsystems stworzenie obiektowego środowiska w oparciu o

C++. Dokument ten miał pewien wpływ na twórców projektu Green (James Gosling, Patrick

Naughton i Mike Sheridan). W roku 1991 w ramach projektu Green opracowano w języku C

kompilator oraz interpretator wynalezionego przez Goslinga języka OAK (Object Application Kernel),

który miał być narzędziem do oprogramowania “inteligentnych” konsumenckich urządzeń

elektronicznych. Ponieważ nazwa “OAK” okazała się zastrzeżona, zmieniono ją na “Java”.

Obecnie należy raczej mówić o środowisku Java, na które składa się:

1. Obiektowy język Java, którego składnia wykazuje znaczne podobieństwo do składni języka C++.

Nazwa pliku z programem źródłowym w języku Java, ma postać “nazwa.java”, gdzie “nazwa”

musi być nazwą zdefiniowanej w tym pliku klasy. Jeżeli plik “nazwa.java” zawiera definicje wielu

klas, a wśród nich jedną klasę publiczną, to “nazwa” musi być nazwą tej klasy publicznej.

2. Kompilator, który przetwarza program “nazwa.java” na tak zwany B-kod (bytecode, J-code),

zapisywany automatycznie w plikach z rozszerzeniem nazwy “.class”. B-kod jest przenośną

postacią programu, która może być zinterpretowana przez odpowiednią maszynę wirtualną, to jest

“urządzenie logiczne”, na którym będzie wykonywany program binarny.

3. Specyfikacje maszyny wirtualnej Java (JVM – Java Virtual Machine) i plików klas. JVM można

uważać za abstrakcyjny komputer, który wykonuje programy, zapisane w plikach z rozszerzeniem

nazwy “.class”. Maszyna wirtualna może być implementowana na rzeczywistych komputerach na

wiele sposobów, na przykład jako interpretator wbudowany w przeglądarkę WWW (np. Netscape),

lub jako oddzielny program, który interpretuje pliki “nazwa.class”. Może to być także

implementacja polegająca na przekształceniu – tuż przed rozpoczęciem fazy wykonania – pliku z

B-kodem na program wykonalny, specyficzny dla danej maszyny. Mechanizm ten można określić

jako tworzenie kodu wykonalnego w locie (ang. Just-In-Time, np. kompilator JIT firmy Symantec).

Interpretatory B-kodu, tj. różne maszyny wirtualne, są także często napisane w języku Java.

4. Biblioteka Javy. Środowisko języka Java zawiera bogatą bibliotekę, a w niej zbiór składników dla

prostego, niezależnego od platformy graficznego interfejsu użytkownika.

Rysunek 4-1 ilustruje usytuowanie środowiska programowego języka Java, posadowionego na

dowolnej platformie sprzętowo- programowej komputera (platforma sprzętowo-programowa oznacza

sprzęt komputera i jego system operacyjny).

Program w języku Java

MyProgram.java

Java API

Maszyna wirtualna (JVM)

Klasa System

Platforma sprzętowo-programowa

Środowisko wykonawcze

Rys. 1-1. Usytuowanie systemu Java

Pokazany w części a) rysunku blok Java API (Application Programming Interface) reprezentuje klasy,

interfejsy i obiekty wchodzące w skład aktualnej maszyny wirtualnej, którą zwykle określa się jako

platformę języka Java (Java Platform). Umożliwiają one programom języka Java na dostęp do

zasobów komputera. Może to być dostęp (względnie) systemowo niezależny (implementowany przez

klasę System w pakiecie JDK) i na dostęp systemowo zależny (implementowany przez klasę Runtime ,

reprezentującą środowisko wykonawcze w pakiecie JDK), jak pokazano w części b) rysunku 4-1.

Języki obiektowe

Tak więc programy użytkownika można kompilować na dowolnej platformie sprzętowo-programowej,

na której posadowiono kompilator języka Java. Otrzymany w wyniku kompilacji B-kod można

traktować jako zbiór instrukcji kodu dla dowolnej implementacji maszyny wirtualnej, jak pokazano na

rysunku 4-2.

Edytor

MyProgram.java

Kompilator

MyProgram.class

Interpretator

PC - Windows 95/NT

SUN - Solaris

Rys. 1-2. Przetwarzanie programów użytkownika

1.1. Elementarny program: tekst źródłowy, kompilacja, interpretacja

Java wprowadza swoistą terminologię dla swoich konstrukcji syntaktycznych i jednostek (modułów)

kompilacji. Programem w języku Java jest aplikacja (application) lub aplet (applet). Aplikacja jest

programem samodzielnym, zaś aplet jest programem wbudowanym (np. w przeglądarkę WWW).

Każda aplikacja musi zawierać dokładnie jeden moduł źródłowy nazywany modułem głównym

aplikacji, którego klasa zawiera publiczną funkcję klasy (funkcje takie są poprzedzane słowem

kluczowym static) main . Tekst źródłowy najprostszego programu może mieć postać:

//plik Hello.java

public class Hello {

public static void main(String args[])

{

System.out.print( " Hello, World!\n " );

} //end main

} // end Hello

Dla skompilowania powyższego programu jego tekst źródłowy należy umieścić w pliku o nazwie

Hello.java. Zakładając, że dysponujemy systemem JDK z kompilatorem javac, program skompilujemy

poleceniem:

javac Hello.java

Udana kompilacja wygeneruje plik z B-kodem o nazwie Hello.class, zawierający sekwencję instrukcji

dla interpretatora JVM. Kod ten wykonujemy przez wywołanie interpretatora o nazwie java

poleceniem:

java Hello

Interpretator wyszuka plik o nazwie Hello.class, ustali, czy klasa Hello zawiera publiczną metodę

statyczną main i wykona instrukcje zawarte w bloku main. Zauważmy przy okazji, że w języku Java

wszystkie stałe, zmienne i funkcje są elementami składowymi klas; nie ma wielkości globalnych,

definiowanych poza klasą. Ponadto nie deklaruje się metod (funkcji) składowych jako rozwijalnych

(inline) bądź nie – decyzja należy do kompilatora.

W przykładowym programie do metody main jako parametr jest przekazywana (z wiersza

rozkazowego) tablica obiektów (łańcuchów) klasy String; metoda main nie zwraca wyniku (typem

zwracanym jest void ), zaś wartością parametru arg[0] jest pierwszy po nazwie programu spójny ciąg

znaków. Ciało main zawiera jedną instrukcję

System.out.print( " Hello, World!\n " );

(W języku Java każda instrukcja kończy się średnikiem, który pełni rolę symbolu terminalnego).

Słowo System jest nazwą klasy w standardowym środowisku języka. Klasa System zawiera

statyczny obiekt składowy typu PrintStream o nazwie out ; wywołanie System.out oznacza

Java

pisanie do standardowego strumienia wyjściowego. Klasa PrintStream zawiera szereg przeciążeń

metody o nazwie print ; jedno z nich przyjmuje parametr typu String . Kompilator automatycznie

tłumaczy literał stały "Hello, World\n" na odpowiedni obiekt klasy String ; odnośnik (referencja) do

tego obiektu jest przekazywana do metody System.out.print() . Metoda print() generuje

jeden wiersz wyjściowy i powraca do metody main , która kończy wykonanie.

1.2. Klasy: definicja, dziedziczenie, tworzenie obiektów

Klasę Javy można traktować jako wzorzec i jednocześnie generator obiektów. Jako wzorzec klasa

zapewnia hermetyzację (zamknięcie w jednej jednostce syntaktycznej) danych i metod oraz ukrywanie

informacji, które nie powinny być widoczne dla użytkownika. Jako generator zapewnia tworzenie

obiektów za pomocą operatora new, którego argumentem jest konstruktor klasy.

Definicja klasy ma postać:

Deklaracja klasy

{

Ciało klasy

}

Deklaracja klasy składa się w najprostszym przypadku ze słowa kluczowego class i nazwy klasy.

Przed słowem kluczowym class może wystąpić jeden ze specyfikatorów: abstract , public , final , lub

dwa z nich, np. public abstract, public final. Specyfikator abstract odnosi się do klas abstrakcyjnych,

które nie mogą mieć wystąpień, zaś final deklaruje, że dana klasa nie może mieć podklas. Brak

specyfikatora oznacza, że dana klasa jest dostępna tylko dla klas zdefiniowanych w tym samym

pakiecie. Specyfikator public mówi, że klasa jest dostępna publicznie. Klasa abstrakcyjna może

zawierać metody abstrakcyjne (bez implementacji, poprzedzone słowem kluczowym abstract ; w

miejscu ciała metody abstrakcyjnej występuje średnik).

Po nazwie klasy mogą wystąpić frazy: ‘extends nazwa_superklasy’ oraz ‘implements

nazwy_interfejsów’. Fraza ‘extends nazwa_superklasy’ mówi, że klasa dziedziczy (zawsze publicznie)

od klasy nazwa_superklasy, zaś ‘implements nazwy_interfejsów’ deklaruje, że w danej klasie zostaną

zdefiniowane metody, zadeklarowane w implementowanych interfejsach. Jeżeli dana klasa

implementuje więcej niż jeden interfejs, wtedy nazwy kolejnych interfejsów oddziela się przecinkami.

Podklasa klasy abstrakcyjnej zawierającej metody abstrakcyjne może podawać definicje metod

abstrakcyjnych. Podklasa podająca te definicje staje się klasą konkretną, tj. może mieć wystąpienia.

Każda klasa, która odziedziczy metodę abstrakcyjną, ale nie dostarczy jej implementacji, sama staje

się klasą abstrakcyjną, a jej definicja także musi być poprzedzona słowem kluczowym abstract .

) Uwaga. W języku Java każda klasa dziedziczy od predefiniowanej klasy Object. Zatem, jeżeli w

definicji klasy nie występuje fraza extends, to jest to równoważne niejawnemu wystąpieniu w tej

definicji frazy ‘extends Object’.

Zauważmy, że oprócz słowa kluczowego class i nazwy klasy wszystkie pozostałe elementy w

deklaracji klasy są opcjonalne. Jeżeli nie umieścimy ich w deklaracji, to kompilator przyjmie

domyśnie, że klasa jest niepubliczną, nieabstrakcyjną i niefinalną podklasą predefiniowanej klasy

Object.

Ciało klasy jest zamknięte w nawiasy klamrowe i może zawierać zmienne składowe (to jest pola lub

zmienne wystąpienia), zmienne klasy (statyczne, tj. poprzedzone słowem kluczowym static ),

konstruktory i metody oraz funkcje klasy (statyczne). Nazwa każdej zmiennej składowej, zmiennej

klasy, metody lub funkcji klasy musi być poprzedzona nazwą typu (np. boolean, double, char, float,

int, long, void). Przed nazwą typu może wystąpić jeden ze specyfikatorów dostępu: private (dostęp

tylko dla elementów klasy, np. private double d;), protected (dostęp tylko w podklasie, nawet jeśli

podklasa należy do innego pakietu; nie dotyczy zmiennych klasy) lub public (dostęp publiczny). Brak

specyfikatora oznacza, że dany element jest dostępny tylko dla klas w tym samym pakiecie. Po

specyfikatorze dostępu może wystąpić słowo kluczowe final . Słowo final przed nazwą typu zmiennej

wystąpienia lub zmiennej klasy deklaruje jej niemodyfikowalność (np. public static final int i = 10;),

zaś w odniesieniu do metody oznacza, że nie może ona być redefiniowana w podklasie (np. public

final void f(int i) {/* ... */ }).

Języki obiektowe

Dostęp do elementów klasy uzyskuje się za pomocą operatora kropkowego. Jeżeli element danej klasy

(zmienna lub metoda) przesłania (overrides) jakiś element swojej superklasy, to można się do niego

odwołać za pomocą słowa kluczowego super, jak w poniższym przykładzie:

class ASillyClass /* Deklaracja klasy */

{

static final int MAX = 100; /** Definicja stałej */

boolean aVariable;/* Deklaracja zmiennej wystąpienia */

static public int x = 10; // Definicja zmiennej klasy

void aMethod() { // Definicja metody

aVariable = true;// Instrukcja przypisania

} // end aMethod

} // end aSillyClass

class ASillerClass extends ASillyClass {

boolean aVariable;

void aMethod() {

aVariable = false;

super.aMethod(); /* Wywołanie metody superklasy */

System.out.println(aVariable);

System.out.println(super.aVariable);

} // end aMethod

} // end ASillerClass

Klasy i omawiane niżej interfejsy są typami referencyjnymi (odnośnikowymi). Wartościami

zmiennych tych typów są odnośniki do wartości lub zbiorów wartości reprezentowanych przez te

zmienne. Np. instrukcja

ASillyClass oob;

jedynie powiadamia kompilator, że będziemy używać zmiennej oob , której typem jest ASillyClass.

Do zmiennej oob możemy przypisać dowolny obiekt typu ASillyClass utworzony za pomocą

operatora new:

oob = new ASillyClass();

W powyższej instrukcji argumentem operatora new jest generowany przez kompilator konstruktor

ASillyClass() klasy ASillyClass, który inicjuje obiekt utworzony przez operator new. Operator new

zwraca odnośnik do tego obiektu, po czym przypisuje go do zmiennej oob .

Jeżeli dana klasa nie zawiera deklaracji konstruktorów, to kompilator dostarcza konstruktor domyślny

z pustym wykazem argumentów, który w swoim bloku wywołuje konstruktor super() jej bezpośredniej

nadklasy. Weźmy dla ilustracji definicję klasy Point:

public class Point { int x, ,y; }

Jest ona równoważna definicji

public class Point { int x, ,y; public Point() { super(); } }

z niejawnym wywołaniem dostarczanego przez kompilator konstruktora superklasy, od której

bezpośrednio dziedziczy klasa Point.

Podobne, niejawne wywołania konstruktora super() są wykonywane w drzewach dziedziczenia.

Rozpatrzmy następujący program:

//plik Super1.java

class Point { int x,y; Point() { x=1;y=2; } }

class CPoint extends Point { public int color = 0xFF00FF; }

public class Super1 {

public static void main(String args[]) {

CPoint cp = new CPoint();

System.out.println("cp.color= " + cp.color);

System.out.println("cp.x= " + cp.x);

}//end main

}//end Super1

Instrukcja CPoint cp = new CPoint(); tworzy nowe wystąpienie klasy CPoint . Najpierw

jest przydzielany obszar w pamięci dla obiektu cp , aby mógł przechowywać wartości x oraz y , po

Java - Podstawy, Programowanie, Zastosowania.pdf

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: