Charakterystyka języka Smalltalk. Programowanie w Java. Interfejs obiektu OOP. Boch: An object has state, behavior and identity

Transkrypt

1 Charakterystyka języka Smalltalk Programowanie w Java K.Barteczko: Ćwiczenia z Java. Wykłady i ćwiczenia, MIKOM, Warszawa B. Eckel: Thinking in Java. Wydanie trzecie. Edycja polska. Helion, Everything is an object. (wyjątek typy proste) 2. A program is a bunch of objects telling each other what to do by sending messages. 3. Each object has its own memory made up of other objects. (kompozycja) 4. Every object has a type. (instance of class) 5. All objects of a particular type can receive the same messages. Boch: An object has state, behavior and identity OOP Podstawowe zadanie w programowaniu obiektowym polega na tworzeniu nowych typów danych (klas). Klasy opisują zbiory obiektów o identycznych charakterystykach i zachowaniu. Programowanie obiektowe wywodzi się z symulacji (Simula-67) i to naśladownictwo rzeczywistości wyraŝa się w próbie projektowania modeli programowych elementów, które występują w danej dziedzinie z zachowaniem odpowiedniej dokładności odwzorowania. Interfejs obiektu UŜyteczność obiektów sprowadza się do tego, Ŝe są one w stanie wykonać pewną liczbę określonych poleceń. Repertuar tych poleceń jest określony przez definicję typu (klasy) i jest nazywany interfejsem (interface) 1

2 Wykonaj polecenie twoja sprawa jak Tworzenie i wykorzystywanie usług Light lt = new Light(); // tworzymy obiekt typy/klasy Light lt.on(); //polecenie do obiektu przekazujemy składając //referencję (lt) z nazwą polecenia (on) za pomocą kropki Celem programowania jest wytworzenie albo lepiej odszukanie w dostępnych bibliotekach takiego zbioru obiektów, które dostarczają usług, które satysfakcjonują wymagania uŝytkownika (rozwiązują dany problem) Traktuj obiekty jak źródła usług Zadania programistyczne Specyfikatory dostępu Kreator klas Rozpoznanie i skupienie się na dziedzinie problemu, dostarczenie implementacji ustalonego interfejsu i jej ukrycie aby uŝytkownik (konsument klas) miał dostęp jedynie do niezbędnych elementów, implementację moŝna będzie bezpiecznie zmodyfikować a ponadto słabo rozeznany w dziedzinie konsument nic nie zepsuje Konsument klas Projektant aplikacji korzystający z usług oferowanych przez dostępne biblioteki klas, wymagane gromadzenie i rozeznanie w usługach oferowanych przez (często bardzo liczne) zbiory dostępnych klas private dostęp tylko dla projektanta klasy, rodzaj muru ceglanego oddzielającego twórcę klasy od programisty-konsumenta public dostęp dla kaŝdego protected dostęp dla klasy pochodnej defualt dostęp pakietowy - klasy z tego samego pakietu (biblioteki) mają domyślny dostęp do składowych klasy nieoznaczonych odpowiednim słowem kluczowym 2

3 Kompozycja-ponowne wykorzystanie implementacji Relacja typu ma zawiera ( has-a ), często niedoceniana w podręcznikach, które skupiają się na dziedziczeniu, poniŝej notacja UML-owa (teŝ jak BlueJ) Dziedziczenie MoŜliwe jest rozbudowanie i wprowadzenie modyfikacji do istniejących typów (klasa bazowa,nadklasa... klasa pochodna, podklasa...) Mikrokontroler Licznik A singly rooted hierarchy Klasa Object wierzchołkiem dziedziczenia wszystkich obiektów w Javie, wspólny interfejs określony przez Object Np. String tostring() kaŝdy obiekt umie się przedstawić dostarczając znakowej informacji o sobie. (tworząc nowe klasy dostarczajmy rozsądnej implementacji tej metody) Wersje Javy Java 1? Java 2 Windows, Linux, SunOS, Mac 3

4 Edycje (profile) J2SE J2EE J2ME JIT Typowa implementacja JVM to emulator działający w środowisku Windows, Unix, MacOS etc., który interpretuje kod bajtowy umieszczony w plikach.class co implikuje gorszą efektywność wykonania programu w stosunku do aplikacji natywnych. Obecne implementacje (Java HotSpot) wykorzystują ideę JIT dokonując kompilacji w locie i optymalizacji kodu bezpośrednio przed wykonaniem. Typy Danych Proste - pojedyncza wartość określonego rozmiaru i formatu (typ całkowity int 32 bity (uzupełnienie do 2), char 16 bitów Unicode) Referencyjne (Tablice, klasy i interfejsy) W Javie niedopuszczalne jest bezpośrednie wykorzystywanie i wykonywanie operacji na referencjach (adresach) (jak np. w języku C), lecz wykorzystuje się nazwy zmiennych (obiektów). Manipulowanie obiektem Tylko pośrednio przez referencję -analogia do urządzenia i pilota sterującego (telewizor, okap kuchenny) włączasz, zmieniasz kanał/szybkość wywiewu za pomocą pilota) String s = new String("asdf"); // s to pilot s.length() String s; s.length() ; //??? Sam pilot na niewiele się przyda... String s = "asdf"; s.length(); // teraz ok. ale to wyjątek!!! Licznik licz =??? 16,true, true no! Licznik licz = new Licznik(16, true, true); //utworzenie obiektu typu Licznik i związanie z referencją licz 4

5 Typ Size Min Max Wrapper prosty type boolean Boolean char 16-bit Unicode 0 Unicode Character Literały wartość (liczbowa, tekstowa, itp.) wpisana bezpośrednio w kod programu byte 8-bit Byte short 16-bit Short int 32-bit Integer long 64-bit Long float 32-bit IEEE754 IEEE754 Float double 64-bit IEEE754 IEEE754 Double void Void Literal Data Type 178 int 8864L long double f float Literal Data Type 26.77e3 double 'c ' char true boolean false boolean Zasięg (scope) Zasięg obiektów O zasięgu w Javie (podobnie jak w C) decydują nawiasy { { int x = 12; // Only x available { int q = 96; // Both x & q available // Only x available // q out of scope Zmienna zdefiniowana wewnątrz bloku ograniczonego nawiasami { jest dostępna tylko do końca tego bloku { int x = 12; { int x = 96; // Illegal { String s = new String("a string"); // End of scope Referencja s do obiektu typu String znika wraz z końcem zasięgu, ale obiekt jest dalej przechowywany w pamięci! I pozostanie w niej tak długo jak potrzeba. >>W Javie nie ma potrzeby troszczenia się o usuwanie zbędnych obiektów!<< 5

6 Odśmiecacz Gospodarka pamięcią W języku Java nie ma koncepcji destruktora. W zamian wprowadzono tzw. odśmiecacz (garbage collector), który zajmuje się odzyskiwaniem pamięci po niepotrzebnych obiektach (ale tylko tych zaalokowanych przez operator new). Bezpośrednio przed usunięciem obiektu z pamięci odśmiecacz wywołuje metodę finalize() na rzecz obiektu co pozwala na wykonanie czynności porządkujących. Trzeba jednak pamiętać, Ŝe odśmiecacz działa asynchronicznie (moŝna wymusić jego wykonanie System.gc()) i moŝe w ogóle nie zadziałać w trakcie działania programu (cała pamięć zostania en masse zwrócona po jego zakończeniu). W Javie wszystkie obiekty alokowane są na stercie (heap) co jest mniej efektywne niŝ korzystanie ze stosu. Z tego powodu w implementacjach maszyny wirtualnej Java stosowane są specjalne algorytmy alokacji (rodzaj pasa transmisyjnego) co daje efektywność zbliŝoną do stosu. Przy wyczerpywaniu się zasobów sterty do gry wkracza odśmiecacz, który realokuje obiekty cofa i włącza taśmociąg ponownie. Tworzenie nowych typów class ATypeName { /* Class body goes here */ type ATypeName { /* Type body goes here */ ATypeName a = new ATypeName(); // possible? class DataOnly { int i; float f; boolean b; DataOnly d = new DataOnly(); d.i = 47; Metody, argumenty, zwracane wartości returntype methodname( /* Argument list */ ) { /* Method body */ Nazwa metody i lista argumentów jednoznacznie identyfikuje metodę. Metody są częścią klasy (tylko wewnątrz klasy) Wywoływanie metod: objectname.methodname(arg1, arg2, arg3); 6

7 Overloading -PrzeciąŜanie Konstruktor domyślny int m(int a, float b) {... int m(float a, char b) {... int m(double c) {... int m(int a, float b) {... float m(int a, float b) {... Ok.??? Why not? float x=m(10, 3.2F); m(10, 3.2F); //??? side //effect Jeśli zdefiniujemy klasę nie umieszczając w niej konstruktora wówczas kompilator automatycznie umieści w niej konstruktor bezargumentowy zwany takŝe konstruktorem domyślnym (default constructor). Jeśli jednak zdefiniujemy chociaŝ jeden konstruktor kompilator nie dodaje konstruktora domyślnego! Konstruktor domyślny class Hat { Hat(int i) { Hat(double d) { Teraz new Hat(); //??? jest niepoprawne poniewaŝ kompilator nie znajdzie odpowiedniego konstruktora! Słowo kluczowe this class Banana { void f(int i) { /*... */ Banana a = new Banana(), b = new Banana(); a.f(1); b.f(2); W rzeczywistości to wywołanie ma postać: Banana.f(a,1); Banana.f(b,2); To znaczy pierwszym ukrytym parametrem metody jest referencja do obiektu! 7

8 this c.d. Jeśli wewnątrz metody potrzebujemy referencji do tego obiektu a nie mamy przecieŝ identyfikatora bo jest ukryty to wykorzystujemy słowo kluczowe this, które jest właśnie synonimem referencji do bieŝącego (tego) obiektu. Jeśli wewnątrz metody chcemy wywołać inną metodę obiektu to moŝna to zapisać: this.innametoda(); ale nie jest to konieczne! Kompilator realizuje to automatycznie. this w konstruktorze Gdy definiujemy szereg konstruktorów w klasie ( typowe), bardzo często wywołujemy jeden z drugiego aby uniknąć powielania kodu (lenistwo!). Wewnątrz konstruktora zapis this(arg, arg,...) jest odwołaniem do innego konstruktora, którego parametry odpowiadają liście argumentów. Takie wywołanie musi wystąpić na początku i tylko raz! Przysłonięcie Drugim typowym zastosowaniem słowa kluczowego this jest sytuacja, w której parametr metody i pole składowe klasy są identyczne. Następuje wówczas przysłonięcie pola składowego przez ten parametr, this pozwala na odniesienie do przysłoniętego pola składowego. int stan; //... void setstan(int stan) { this.stan = stan; //is it really good style? Czy moŝna wywołać konstruktor z innej metody (nie konstruktora)? NIE! Metody statyczne Niejawne przekazanie referencji do obiektu jako pierwszego parametru metody reprezentowanego przez słowo kluczowe this nie ma miejsca w przypadku metod statycznych! (które są związane z klasą). Z wnętrza metod statycznych nie moŝna wywoływać metod niestatycznych, chociaŝ odwrotna operacja jest moŝliwa. Metody statyczne moŝna wywoływać bez konieczności uprzedniego kreowania obiektów! Jest to zresztą zasadniczy sens istnienia metod statycznych. Przykłady: Math.sin(); System.out.println(); 8

9 Metody statyczne Statyczne metody są odpowiednikami funkcji globalnych języka C, które w języku Java nie występują! MoŜna napotkać argumentację, Ŝe metody statyczne nie są obiektowo zorientowane, za ich stosowaniem przemawiają względy praktyczne, stąd w całym API Javy istnieją setki klas z metodami statycznymi (niektóre tzw. utility class posiadają wyłącznie metody statyczne). Znacznie wygodniej obliczyć cosinus kąta alfa za pomocą: double co = Math.cos (alfa) ; niŝ Math m = new Math(); double co = m.cos (alfa) ; Konflikty nazw W wielomodułowych programach opracowywanych przez zespoły programistów łatwo moŝe dochodzić do konfliktów nazw (identyczne nazwy klas). Identyczne nazwy mogą takŝe znaleźć się w wykorzystywanych bibliotekach. Twórcy języka Java zaproponowali konwencję tworzenia nazw bibliotek odwołujących się do DNS-owej przestrzeni nazw co zapewnia jednoznaczność gdyŝ uzyskujemy hierarchiczną wielopoziomową przestrzeń nazw. pl.wroc.pwr.kmeif.mylibrary (odwrócona kolejność!) Ale pojawia się problem odszukania (lokalizacji) właściwej klasy Importowanie klas/pakietów Klasa jest zdefiniowana w tym samym pliku nie ma problemu, nie ma potrzeby uŝywania forward Jeśli potrzebna klasa znajduje się w innej bibliotece wskazujemy jej lokalizację za pomocą deklaracji importu: import java.util.arraylist; // poza klasą!!! Możemy także zaimportować całą bibliotekę (wszystkie klasy z tej biblioteki): import java.util.*; // częściej w praktyce stosowane Uwaga: standardowe biblioteki Javy (java API) nie mają prefiksu domeny (com.sun...) Nie trzeba importować biblioteki (pakietu) java.lang! (Object, System klasy opakowujące, String, Thread...) HelloWorld Program // HelloDate.java import java.util.*; public class HelloDate { public static void main(string[] args) { System.out.println("Hello, it's: "); System.out.println(new Date()); 9

10 Komentarze /* This is a comment * that continues * across lines */ // This is a one-line comment Komentarze dokumentacyjne związane z narzędziem javadoc /** A class comment */ Kompilacja javac HelloDate.java Klasa HelloDate (zawierająca metodą main) musi być zapisana w pliku o odpowiedniej nazwie (HelloDate.java) Inicjalizacja Zmienne lokalne metod muszą być zainicjalizowane inaczej kompilator zasygnalizuje błąd! void f() { int i; i++; // Error -- i not initialized ChociaŜ kompilator mógłby domyślnie inicjalizować je przyjęto załoŝenie, Ŝe brak takiej inicjalizacji jest częściej symptomem błędu niŝ zamierzonym efektem. Inicjalizacja składowych klasy W przeciwieństwie do zmiennych lokalnych jawne inicjalizowanie zmiennych składowych klasy nie jest konieczne, jednak nie pozostawia się ich wartości przypadkowi i inicjalizuje domyślnie (wartości zerowe i false dla typów prostych i null dla typów obiektowych). null jest słowem kluczowym języka Java 10

11 Domyślne inicjalizacje Primitive type Default boolean char byte short false \u0000 (null) (byte)0 (short)0 int 0 long 0L float 0.0f double 0.0d Jednoczesna inicjalizacja wartości z deklaracją zmiennej class InitialValues { boolean b = true; char c = 'x'; byte b = 47; short s = 0xff; int i = 999; long l = 1L; float f = 3.14f; double d = ; Depth d = new Depth(); Depth d ; d= new Depth(); // ale nie tak! int i = f(); // ale tak jest ok, metodę moŝna wywołać Inicjalizacja za pomocą konstruktora class Counter { int state = 255; public Counter(){ state = 1; //... Trzeba pamiętać, Ŝe najpierw inicjalizowane są wartości zmiennych w kolejności ich występowania dopiero później wywoływany jest konstruktor (najpierw 255 potem 1). Sekcja static class Spoon { static int i; static { //składnia podobna do metody i = 47; Blok statyczny wykonywany jest tylko raz w momencie kreowania (pierwszego) obiektu lub przy pierwszym dostępie do składowej statycznej tej klasy nawet jeśli nigdy nie będzie kreowany Ŝaden obiekt. 11