Główne koncepcje języka Java. dr Jarosław Skaruz

Transkrypt

1 Główne koncepcje języka Java dr Jarosław Skaruz

2 Algorytmy i języki programowania ALGORYTM to przepis postępowania prowadzący do rozwiązania określonego zadania; zbiór poleceń dotyczących pewnych obiektów (danych) ze wskazaniem kolejności, w jakiej mają być wykonane; wykonawcą jest układ, który na sygnały reprezentujące polecenia reaguje ich realizowaniem może nim być człowiek lub urządzenie automatyczne, np. komputer. (źródło: Encyklopedia PWN) Algorytmy możemy wyrazić w różny sposób: w języku naturalnym graficznie - w postaci schematu blokowego w tzw. pseudo-kodzie

3 Algorytmy i języki programowania Przykład algorytmu konfiguracji komputera i obliczenia całkowitej ceny, wyrażonego w pseudokodzie:

4 Algorytmy i języki programowania

5 Algorytmy i języki programowania Cechy algorytmu znany jest początek znana jest sekwencja kolejnych kroków jego wykonalność i zakończenie pracy są gwarantowane, może być wykonywany wielokrotnie, z tymi samymi danymi zawsze wynik będzie identyczny Implementacja algorytmu wybór języka programowania zrozumienie wymagań: co tak naprawdę znaczy sformułowanie "wybierz..., zapisz cenę." konieczność sprecyzowania: jakie dane i kiedy ma podawać użytkownik i co z tymi danymi ma robić komputer, możliwe są warianty: użytkownik podaje konkretne ceny, program wylicza ich sumę; użytkownik podaje składniki, program odszukuje ich ceny i sumuje je; użytkownik podaje kryteria wyboru konfiguracji sprzętowej, program według tych kryteriów dokonuje wyboru konkretnych opcji sprzętowych i sumuje ich ceny.

6 Algorytmy i języki programowania Przełożenie algorytmu na język programowania wymaga podjęcia decyzji, np. w jaki sposób ma odbywać się interakcja z użytkownikiem: w jaki sposób pytać go o dane wejściowe i jak pokazywać wynik (dane wyjściowe)? w jaki sposób wykonywać sumowanie: czy przechowywać ceny poszczególnych składników, czy zwracać jedynie wynikową, sumaryczną cenę? w jaki sposób reagować na błędy danych? Decyzje te dotyczą zaprojektowania tzw. interfejsu użytkownika (GUI) (czyli sposobu komunikowania się programu z użytkownikiem) oraz przemyślenia struktury algorytmu pod względem odporności na błędy i łatwości modyfikacji. Technologie budowy GUI w Javie: aplikacje uruchamiane w trybie MS DOS aplikacje okienkowe: SWING, JavaFX aplikacje WWW: JSF, JSP, Spring, Struts2, GWT, Wicket i wiele innych aplikacje okienkowe na WWW: Aplety Javy

7 Algorytmy i języki programowania Dwie klasy języków programowania: języki imperatywne: wymagają od programisty wyspecyfikowania konkretnej sekwencji kroków realizacji zadania języki deklaratywne - opisują relacje pomiędzy danymi w kategoriach funkcji (języki funkcyjne ) lub reguł (języki relacyjne, języki programowania logicznego ), a wynik działania programu uzyskiwany jest poprzez zastosowanie wobec opisanych relacji określonych gotowych, wbudowanych "w język" algorytmów.

8 Algorytmy i języki programowania Programowanie proceduralne (ALGOL, FORTRAN, C) rozdziela dane i funkcje nie dostarcza sposobów prostego adekwatnego odzwierciedlenia dziedziny rozwiązywanego problemu w strukturach danych, używanych w programie. Podejście obiektowe (SmallTalk, Java, C++, C#) daje możliwość tworzenia i używania w programie nowych typów danych program obiektowy odzwierciedla dziedzinę problemu polega na łącznym rozpatrywaniu danych i możliwych operacji na nich

9 Język Java - charakterystyka Java jest uniwersalnym językiem programowania Składniowe podobieństwo do C/C++ czyni ten język łatwy do opanowania Programista Javy nie musi martwić się zarządzaniem pamięcią Java nie dopuszcza arytmetyki wskaźnikowej, która pozwala na odwoływanie się do dowolnych obszarów pamięci i jest częstą przyczyną błędów Kontrola zgodności typów na etapie kompilacji pozwala unikać prostych błędów. To tzw. statyczne typowanie umożliwia zintegrowanym środowiskom programowania (IDE) przebogate wspieranie programisty przy pisaniu i testowaniu programu (automatyczne dopisywanie kodu i poprawianie błędów). Rzutowanie typów przeprowadzane w fazie wykonania są bezpieczne, tj. nigdy nie może powstać sytuacja przekształcenia danych do niewłaściwego dla nich typu Wymuszana przez kompilator obsługa niektórych wyjątków wbudowane w język podstawowe elementy współbieżności

10 Język Java - charakterystyka Najważniejsza cecha Javy jako "czystego języka" jest jej obiektowość. Oznacza to, że programy pisze się w Javie łatwiej, bardziej uniwersalnie i niezawodnie niż w językach nieobiektowych. Większość innych ważnych cech Javy, wynika z wysokich wymogów bezpieczeństwa, stawianych językowi przez jego twórców. Bardzo duża uniwersalność Javy we wszelkich zastosowaniach informatycznych. Uniwersalność, zapewniana przez wieloplatformowość Javy oraz wynikającą stąd możliwość stworzenia przebogatych standardowych "bibliotek" na tyle zintegrowanych z samą Javą, że praktycznie będących jej synonimem.

11 Wieloplatformowość Javy Java jest językiem interpretowanym, co umożliwia wykonywanie "binarnych" kodów Javy bez rekompilacji praktycznie na wszystkich platformach systemowych. Kod źródłowy (pliki z rozszerzeniem ".java") jest kompilowany przez kompilator Javy (program javac) do kodu bajtowego (B-kodu, pliki z rozszerzeniem ".class"), ten ostatni zaś jest interpretowany przez tzw. wirtualną maszynę Javy JVM (jest to program java wraz odpowiednimi dynamicznymi bibliotekami), zainstalowaną na danej platformie systemowej.

12 Wieloplatformowość Javy Wieloplatformowość pozwoliła twórcom Javy na utworzenie bogatego zestawu standardowych bibliotek i narzędziowych interfejsów programistycznych (API), które umożliwiają w jednolity, niezależny od platformy sposób programować: graficzne interfejsy użytkownika (GUI), dostęp do baz danych, działania w sieci, aplikacje rozproszone (web services), aplikacje WEB, oprogramowanie pośredniczące (middleware), zaawansowana grafikę, gry i multimedia, (Java2D, 3D) aplikacje na telefony komórkowe i inne "małe" urządzenia.

13 Wersje Javy Zestaw standardowych bibliotek - wraz z kompilatorem, debugerem, narzędziami tworzenia dokumentacji i innymi narzędziami pomocniczymi - nazywa się JDK (Java Development Kit). Podstawowy zestaw bibliotek uzupełniany jest przez dodatkowe technologie. W całości środki te tworzą platformę Java 2, podzieloną na edycje: standardową - Java Standard Edition (Java SE) - przeznaczoną głównie do standardowych zastosowań dla komputerów personalnych i serwerów, również połączonych w sieci, biznesową - Java Enterprise Edition (Java EE) - dla tworzenia rozbudowanych i zaawansowanych aplikacji biznesowych, w szczególności dla dużych firm, mikro - Java Micro Edition (Java ME) - dla programowania urządzeń elektronicznych, takich jak telefony komórkowe, telewizja, procesory w samochodach czy urządzeniach gospodarstwa domowego.

14 Architektura Javy Architektura i środki standardowej edycji Javy.

15 Wprowadzenie do obiektowości Języki obiektowe posługują się pojęciem obiektu i klasy. Cóż to jest "obiekt"? Intuicyjnie czujemy, że to coś w rodzaju "przedmiotu", czegoś co można wyodrębnić, nazwać, określić jego właściwości np. rower, pies, człowiek. Każdy z tych obiektów ma inne właściwości. Np. człowiek ma imię, jest w określonym wieku, pies jest konkretnej rasy, rower ma kolor. Dwa samochody mają ten sam zestaw właściwości (atrybutów) np. markę, kolor i moc silnika. I choć marki i kolory mogą być różne i różna może być moc silników - to w pewnym sensie samochody te są podobne (bo opisujemy je za pomocą takich samych cech). Powiemy, że obiekty-samochody są obiektami tej samej klasy. Klasa stanowi opis takich cech grupy podobnych obiektów, które są dla nich niezmienne. Obiekty mogą wykonywać jakieś czynności, tzn. udostępniają jakieś usługi. Inne obiekty mogą "poprosić" je o wykonanie tych usług. Np. obiekt-kierowca może "zlecić" obiektowi samochodowi by ten ruszył lub zatrzymał się. Powiemy, że do obiektów posyłane są komunikaty, żądające od nich wykonania określonych usług.

16 Wprowadzenie do obiektowości Obiekty nie mogą wykonywać dowolnych czynności. Samochód może ruszyć lub stanąć, ale nie będzie latać. Można powiedzieć, że to, jakie usługi udostępniają obiekty, jakie komunikaty możemy do nich posyłać, prosząc je o wykonanie jakichś czynności - również jest jakąś ich cechą. Zatem klasa będzie opisywać nie tylko takie wspólne cechy grupy podobnych obiektów jak kolor, czy wiek, czy waga, ale również zestawy usług, które obiekty tej klasy mogą świadczyć. A więc i komunikaty, które do tych obiektów można posłać. Rozumowanie powyższe stanowią abstrakcyjne odzwierciedlenie cech rzeczywistości. Gdybyśmy mieli w języku programowania podobne pojęcia, to moglibyśmy ujmować projekt rozwiązania rzeczywistego problemu i jego oprogramowanie w języku adekwatnym do problemu. I to zapewniają języki obiektowe. Jest to ich bardzo ważna cecha, ułatwiająca tworzenie oprogramowania. Możemy mieć np. klasę samochód o atrybutach: prędkość, marka, kolor oraz usługi: jedź, szybciej, hamuj. Tak jest w rzeczywistości. I tak samo można to zapisać w języku obiektowym, w którym w definicji klasy opiszemy atrybuty samochodu oraz udostępniane usługi - jako zestaw metod klasy (metoda jest czymś bardzo podobnym do funkcji).

17 Przykład klasy w Javie public class Samochod { private double predkosc; private String marka; private String kolor; public void jedz() { predkosc = 20.0; System.out.println( jadę +predkosc+ km/h ); } public void szybciej() { predkosc = predkosc ; System.out.println( jadę szybciej +predkosc+ km/h ); } public void hamuj() { predkosc = 0.0; System.out.println( stoję w miejscu, prędkość +predkosc+ km/h ); }

18 Przykład klasy w Javie public static void main (String[ ] arg) { Samochod mojsamochod = new Samochod(); } } mojsamochod.jedz(); mojsamochod.szybciej(); mojsamochod.hamuj(); Kompilacja: "C:\program files\java\jdk1.7.0_03\bin\javac" Samochod.java Urchomienie: "C:\program files\java\jdk1.7.0_03\bin\java" Samochod jadę 20 km/h jadę szybciej 30 km/h stoję w miejscu, prędkość 0.0 km/h

19 Hermetyzacja public class Samochod { private double predkosc; private String marka; private String kolor;..... public void jedz() { Dane (atrybuty) są ukryte i traktowane jako nierozdzielna całość z usługami - metodami. Nazywa się to hermetyzacją i oznacza znaczne zwiększenie odporności programu na błędy.

20 Dziedziczenie - przykład Podejście obiektowe umożliwia ponowne wykorzystanie gotowych klas przy tworzeniu klas nowych, co znacznie oszczędza pracę przy kodowaniu, a także chroni przed błędami. Jest to również odzwierciedlenie rzeczywistych sytuacji. Np. samochód osobowy jest niewątpliwie samochodem, podobnie jak samochód ciężarowy. Ale samochody obu rodzajów oprócz określonych w klasie samochód atrybutów mają jakieś swoje specyficzne, wyspecjalizowane cechy. W programie możemy to odzwierciedlić za pomocą koncepcji dziedziczenia klas. Klasa dziedzicząca inną przejmuje jej właściwości i ew. dodaje własne, wyspecjalizowane. Dzięki temu w klasie dziedziczącej możemy skupić się na specyficznych cechach jej obiektów, wiedząc, że podstawowe atrybuty i funkcjonalność zostały już określone w klasie dziedziczonej. Np. tworząc klasę samochód ciężarowy, musimy tylko dodać cechy wyspecjalizowane dla nowej klasy np. dopuszczalna ładowność

21 Dziedziczenie - przykład public class SamochodCiezarowy extends Samochod { private double ladownosc; public void zaladuj() { ladownosc = 270.0; System.out.println( samochód załadowany +ladownosc+ kg ); } }

22 Aplikacja powitalna import javax.swing.*; public class JavaWelcome { } } public static void main(string[] args) { JFrame frame = new JFrame("Powitanie"); // 1 String htmltext = "<html><font SIZE=+3>" + // 2 "Witaj<font color=red><b> Javo!</b></font><br>" + "<font color=blue>... A witaj!</font></html>"; Icon icon = new ImageIcon("java_logo.png"); // 3 JLabel label = new JLabel(htmlText, icon, JLabel.CENTER); // 4 frame.add(label); // 5 frame.setdefaultcloseoperation(jframe.exit_on_close); // 6 frame.pack(); // 7 frame.setlocationrelativeto(null); // 8 frame.setvisible(true); // 9

23 Aplikacja powitalna 1. Tworzymy okno frame - obiekt klasy JFrame - z tytułem "Powitanie 2. Tworzymy napis htmltext - obiekt klasy String. - który będzie pokazany w oknie; tekst jest formatowany (wielkość i kolor pisma) za pomocą znaczników HTML. 3. Pobieramy obrazek z pliku java_logo.png; będziemy do niego mieli dostęp za pomocą zmiennej icon. 4. Tworzymy etykietę label (klasa JLabel), w której będzie umieszczony obrazek i wycentrowany tekst. 5. Do okna dodajemy etykietę. 6. Dla okna frame ustalamy, że domyślnie jego zamknięcie ma spowodować zakończenie działania aplikacji. 7. Pakujemy okno, tzn. prosimy o takie ustalenie jego rozmiarów, aby były ono optymalne dla pokazania umieszczonej w nim etykiety. 8. Ustalamy położenie okna: wycentrowane w obszarze pulpitu. 9. Pokazujemy okno.

24 Instalacja Javy Najpierw należy pobrać aktualną wersję JDK ze strony java.sun.com (wybrać z prawej strony Popular Downloads: Java SE). Aktualną finalną wersją (stan na luty 2013) jest "JDK 7 Update 13" i ten właśnie link należy wybrać (proszę nie wybierać JDK with NetBeans lub JDK with Java EE lub Java Runtime Environment). Oddzielnie należy pobrać dokumentację - link: Java SE 7 Documentation. Pisząc programy możemy korzystać ze zintegrowanych środowisk programowania (IDE) - takich jak Eclipse, NetBeans, IntelliJ czy JCreator - które integrują edycję, kompilację i uruchamianie programów, służąc też użytkownikowi pomocą w pisaniu tekstu programu (podpowiedzi, autouzupełnianie) i wykrywani błędów. Można też po prostu używać wybranego edytora tekstowego i w sesjach znakowych (terminalach, oknach DOS) uruchamiać kompilator i maszynę wirtualną Javy. Jeśli nie korzystamy z IDE to: powinniśmy zapewnić, by katalog, w którym program instalacyjny umieścił kompilator Javy (javac.exe) oraz interpreter - maszynę wirtualną Javy (java.exe) znajdował się na ścieżce dostępu (PATH), program źródłowy Javy zapisujemy w pliku źródłowym za pomocą dowolnego edytora.

25 Uwagi 1. Program źródłowy może być zapisany w wielu plikach z rozszerzeniem.java; w każdym pliku musi występować pełna definicja klasy 2. Nazwa pliku powinna być dokładnie taka sama jak nazwa publicznej klasy zdefiniowanej w tym pliku. W pliku może wystąpić tylko jedna klasa publiczna. 3. Uruchamiając maszynę wirtualną (polecenie java) podajemy jako argument nazwę klasy, w której jest zdefiniowana metoda main. Nie podajemy rozszerzenia pliku (".class") czyli: java Test a nie java Test.class

26 Uwagi - przykład public class Test { public static void main( String[] args ) { System.out.println( "Dzień dobry!"); } } 1. Słowa kluczowe języka zostały pokazane na niebiesko. 2. Program w Javie zawsze składa się z definicji klas - słowo kluczowe class. Po nim podajemy nazwę klasy. Samą definicję klasy podajemy w następujących potem nawiasach klamrowych. Nawiasy te zaznaczono na czerwono. 3. W klasie Test została zdefiniowana metoda o nazwie main (czyli coś bardzo podobnego do pojęcia funkcji lub procedury, znanego w innych językach). 4. Kod metody zapisujemy w nawiasach klamrowych (zielone). 5. Wykonanie programu zacznie się właśnie od metody main, ale musi ona mieć dokładnie taki nagłówek jak podano (public static void main(string[] args)) 6. Metoda main ma parametr o nazwie args. Oznacza on tablicę łańcuchów znakowych (obiektów typu String) - która zawiera dane przekazane przy uruchomieniu programu. 7. W metodzie main wywołujemy metodę println. Metoda println wyprowadza przekazany jej argument na konsolę. W Javie średniki obowiązkowo kończą instrukcje. 8. Zapisany program musimy skompilować: javac Test.java, w rezultacie otrzymamy plik Test.class, uruchamiamy program pisząc: java Test. Program wyprowadzi na konsolę napis "Dzień dobry!"

27 Tak, to już KONIEC Dziękuję za uwagę!