Programowanie obiektowe w Javie

Programowanie obiektowe w Javie Michał Kasiński, Przemysław Białkowski Wydział Matematyki i Informatyki UŁ 12 kwietnia 2013 M.K. P.B. (WMiI) Java 12 kwietnia 2013 1 / 32

Krótka historia Javy Język Java (początkowo Oak) powstał w 1991 na potrzeby wielofunkcyjnego urządzenia *7. Urządzenie miało służyć jako bezprzewodowy, dotykowy kontroler urządzeń domowych. Tajny projekt Green (początkowo Stealth ) zainicjowany był przez firmę Sun Microsystems a bezpośrednio pracowali nad nim m.in. James Gosling, Mike Sheridan i Patrick Naughton. M.K. P.B. (WMiI) Java 12 kwietnia 2013 2 / 32

Historia wersji JDK 1.0 (23 Stycznia 1996) Oak Pierwsze stabilne wydanie JDK to 1.0.2, nazywane zwyczajowo Java 1. JDK 1.1 (19 Lutego 1997) zmiany w AWT, klasy wewnętrzne, JavaBeans, JDBC, RMI, refleksje J2SE 1.2 (8 Grudnia 1998) Playground, integracja Swing, JVM z kompilatorem JIT, Java plug-in(aplety), Java IDL (implementacja CORBY), Collection framework(kontenery) J2SE 1.3 (8 Maja 2000) Kestrel, HotSpot JVM, modyfikacja RMI dla kompatybilności z CORBA, JavaSound, Java Naming and Directory Interface(JNDI), Java Platform Debugger Architecture(JPDA) J2SE 1.4 (6 Lutego 2002) Merlin wydany poprzez Java Community Process, wyrażenia regularne, łańcuchy wyjątków, parser XMLa M.K. P.B. (WMiI) Java 12 kwietnia 2013 3 / 32

Historia wersji c.d. J2SE 5.0 (30 Września 2004) Tiger programowanie uogólnione, adnotacje, autoboxing, typy wyliczeniowe, Varargs, for-each Java SE 6 (11 Grudnia 2006) Mustang ulepszenia wydajności m.in. odśmiecacza 27 Stycznia 2010, Oracle kupiło Sun Microsystems. sierpień 2010, Oracle pozywa Google o naruszenie praw autorskich i patentów. 10 Grudnia 2010, Apache Software Foundation opuszcza JCP. Java SE 7 (28 Lipca 2011) Dolphin drobne zmiany w języku (projekt Coin), String w switchu, try-with-resources M.K. P.B. (WMiI) Java 12 kwietnia 2013 4 / 32

Przebieg procesu budowania M.K. P.B. (WMiI) Java 12 kwietnia 2013 5 / 32

Podstawowe polecenia - javac i java Kod źródłowy Javy umieszczamy w plikach o rozszerzeniu.java, pamiętając o tym, że: jeden plik.java odpowiada jednej klasie publicznej przynajmniej w jednej klasie publicznej musi znaleźć się metoda main - taką klasę nazywamy klasą główną. Kompilacja odbywa się za pomocą kompilatora javac: Przykład $ cd Hello $ javac HelloWorld.java Program uruchamiamy za pomocą polecenia java. Spowoduje to uruchomienie maszyny wirtualnej, załadowanie odpowiednich klas i wywołanie metody main. Przykład $ java HelloWorld M.K. P.B. (WMiI) Java 12 kwietnia 2013 6 / 32

Podstawowe polecenia - javadoc i javap Ciekawym narzędziem do tworzenia dokumentacji jest javadoc. Z odpowiednio przygotowanych komentarzy wygeneruje dokumentacje w HTMLu. Dodanie flagi -author spowoduje dodanie informacji o autorze. Przykład $ javadoc HelloJavadoc.java -d docs -author Kolejnym ciekawym narzędziem jest javap. Jest do disassembler javy. Dodanie flagi -c pozwala na podgląd kodu bajtowego. Przykład $ javap -c HelloWorld.class $ javap -c HelloJavadoc.class M.K. P.B. (WMiI) Java 12 kwietnia 2013 7 / 32

Podstawowe polecenia - jar Narzędziem do strukturalizacji i kompresji plików.class jest jar. Tworzy ono archiwum o rozszerzeniu.jar. Jest to archiwum ZIP zawierające dodatkowo automatycznie generowany plik META-INF/MANIFEST.MF. Do pliku manifest można dodawać pewne informacje, np. klasę główną (z metodą main). Jar z wyszczególnioną klasą główną stanowi aplikację. Przykład $ jar cfm HelloWorld.jar Manifest.txt HelloWorld.class HelloJavadoc.class $ java -jar HelloWorld.jar M.K. P.B. (WMiI) Java 12 kwietnia 2013 8 / 32

Klasa W javie klasy deklarujemy za pomocą słowa kluczowego class. Nazwy klas piszemy wielką literą. Przykłady klas class Rower{} public class Osoba{} Modyfikatory dostępu W javie wyróżniamy cztery modyfikatory dostępu: public, protected, private i package-private(niejawny). W stosunku do klas możemy użyć dwóch z nich: publicznego i pakietowego (patrz przykłady wyżej). Klasa publiczna będzie widoczna z dowolnego miejsca w kodzie programu. Klasa o dostępie pakietowym, będzie widoczna w obrębie swojego pakietu (i w klasach znajdujących się w pakietach nadrzędnych). M.K. P.B. (WMiI) Java 12 kwietnia 2013 9 / 32

Pakiet Pakiet jest jednostką podobną do katalogu w systemie plików, służącą do grupowania klas ze względu na pewne zgodne elementy lub/i logiczne związki np. podobną funkcjonalność, przynależność. Przy nadawaniu nazw pakietów stosuje się zwykle pewną ustaloną konwencję. Nadrzędny pakiet nazywamy odwrotnie do swojej domeny. W przypadku naszego wydziału będzie to pl.lodz.uni.math, następnie możemy dodać pakiet sygnalizujacy o osobie, organizacji np.: pl.lodz.uni.math.kowalcr pl.lodz.uni.math.dziekanat.halina i ostatecznie pakiety związane z programem czy jego elementami pl.lodz.uni.math.kasa.grafy.reprezentacje pl.lodz.uni.math.kasa.grafy.algorytmy Pakiety określamy w kodzie za pomocą słowa kluczowego package. Przykład /Pakiet/src/pl/lodz/uni/math/kasa/przyklad/Przyklad.java M.K. P.B. (WMiI) Java 12 kwietnia 2013 10 / 32

Składowe klasy Do odzwierciedlenia stanu i zachowania obiektu danej klasy potrzebne są pewne zmienne(i stałe) oraz funkcje. W javie zmienne i stałe w danej klasie nazywa się polami a funkcje i procedury - metodami. Modyfikatory dostępu dotyczą także składowych klas. Publiczne składowe są widoczne poza pakietem, chronione są widoczne w klasie oraz w klasach pochodnych od danej klasy, pakietowe w obrębie pakietu, a prywatne w obrębie klasy. Zgodnie z paradygmatem programowania obiektowego powinniśmy dbać o enkapsulacje kodu i przyjmować w miare możliwości ograniczony - prywatny dostęp. Przykład /Dostęp/Dostep.java /Dostęp/PrivateObjectMain.java M.K. P.B. (WMiI) Java 12 kwietnia 2013 11 / 32

Mechanizm refleksji Java dopuszcza zarządzanie kodem w trakcie działania programu za pomocą mechanizmu refleksji. Refleksje są stosowanie między innymi przy twórzeniu różnych narzędzi dla języka - stosowanie ich przy standardowym programowaniu jest niezalecane (a często niepotrzebne), gdyż utrudnia sprawdzanie poprawności i zaburza czytelność. W przykładzie możemy zobaczyć w jaki sposób pozyskać dostęp do prywatnych pól klasy. Przykład /Dostęp/PrivateObjectMain.java M.K. P.B. (WMiI) Java 12 kwietnia 2013 12 / 32

Konstruktory Pewnym szczególnym rodzajem metody jest konstruktor, który służy to tworzenia instancji obiektu danej klasy. Konstruktor przyjmuje taką samą nazwę jak klasa. Klasa może mieć kilka zdefiniowanych konstruktorów. Jeżeli nie utworzymy żadnego konstruktora, java zrobi to za nas i utworzy publiczny konstruktor bezargumentowy. Jeżeli utworzymy konstruktor, to kompilator nie pozwoli na utworzenie obiektu w inny sposób niż za pomocą tego konstruktora. Przykład /Konstruktory/Pies.java M.K. P.B. (WMiI) Java 12 kwietnia 2013 13 / 32

Niszczenie obiektów W javie w odróżnieniu od C++ nie ma destruktorów. Projektanci języka uznali sposób zarządzania pamięcią w języku C++ za niewygodny i zastosowali inne rozwiązanie - Garbage Collector. Możliwe jest jawne wywołanie Garbage Collectora poprzez metodę System.gc() aczkolwiek jest to jedynie sugestia dla maszyny wirtualnej, tj. nie ma gwarancji, że Garbage Collector zostanie wywołany wraz z System.gc(). Uwaga! W javie nie ma destruktorów. M.K. P.B. (WMiI) Java 12 kwietnia 2013 14 / 32

Słowo kluczowe final Słowo kluczowe final w języku java daje różne rezultaty w zależności od kontekstu. Klasa finalna oznacza, że inne klasy nie mogą po niej dziedziczyć. Metoda finalna oznacza, że musi ona być zaimplementowana tylko i wyłącznie w klasie w której jest zadeklarowana. Pole finalne oznacza, że można mu przypisać wartość tylko raz i nie można jej zmienić. Należy mieć na uwadze, że w typach referencyjnych chodzi o referencję do obiektu a nie o sam obiekt, który może zmienić swój stan. M.K. P.B. (WMiI) Java 12 kwietnia 2013 15 / 32

Dziedziczenie W javie dziedziczenie realizujemy za pomocą słowa kluczowego extends. Rozważmy dwie klasy: Dziad i StaryDziad. Zwracając uwagę na klasę StaryDziad ze zwykłej ludzkiej ciekawości nasuwa się pytanie o wiek. W przypadku obu klas możemy mówić o cesze wspólnej jaką jest imię. W tym wypadku typem bardziej ogólnym jest Dziad. Mówimy, że Dziad jest klasą macierzystą a StaryDziad klasą pochodną. W języku Java fakt ten zapisujemy jako class StaryDziad extends Dziad Przyjrzyjmy się ponadto chronionej metodzie składowej ustawwiek(int wiek); Domyślnie wszystkie klasy dziedziczą(niejawnie) po klasie bazowej Object. Dziedziczenie po Object - obie formy równoważne public class Osoba{} public class Osoba extends Object{} Przykład /Dziedziczenie/Protected/StaryDziad.java M.K. P.B. (WMiI) Java 12 kwietnia 2013 16 / 32

Klasy abstrakcyjne Klasy abstrakcyjne w javie zasadniczo nie różnią się od klas abstrakcyjnych w C++. Jedyna różnica wynika z innego nazywania pewnych pojęć. W C++ klasą abstrakcyjną nazywaliśmy klasę, która posiadała przynajmniej jedną metodę w pełni wirtualną. W Javie wszystkie metody są domyślnie wirtualne (dają się przeciążyć). Metoda w pełni wirtualna w javie to inaczej metoda abstrakcyjna. Wobec klasy i metody abstrakcyjnej w javie używamy słowa kluczowego abstract. Inna różnica wynika z braku wielodziedziczenia w Javie. W Javie można dziedziczyć tylko po jednej klasie bazowej. Przykład /Dziedziczenie/Klasa Abstrakcyjna/Music4.java M.K. P.B. (WMiI) Java 12 kwietnia 2013 17 / 32

Interfejsy Interfejs w javie jest bytem nieco przypominającym klasę abstrakcyjną. Interfejsy tworzymy w javie za pomocą słowa kluczowego interface po którym następuję nazwa interfejsu pisana wielką literą. Interfejs można opisać obrazowo jako w pełni abstrakcyjną klasę - taką która nie posiada implementacji. O klasie która dziedziczy po interfejsie, mówimy, że go implementuje, albo realizuje. Interfejsy są domyślnie publiczne. Najważniejszą funkcjonalnością jaką dostarczają interfejsy, jest możliwość implementowania wielu, przez jedną klasę. Przykład /Dziedziczenie/Interfejs/Games.java /Dziedziczenie/Interfejs/InterfaceCollisions.java M.K. P.B. (WMiI) Java 12 kwietnia 2013 18 / 32

Typy prymitywne Typ Zawiera Domyślnie Rozmiar boolean true lub false false 1 bit char znak Unicode (unsigned) /u0000 2 bajty byte wartość całkowita (signed) 0 1 bajt short wartość całkowita (signed) 0 2 bajty int wartość całkowita (signed) 0 4 bajty long wartość całkowita (signed) 0 8 bajtów float IEEE 754 z. p. pojedynczej precyzji 0.0f 4 bajty double IEEE 754 z. p. podwójnej precyzji 0.0 8 bajtów M.K. P.B. (WMiI) Java 12 kwietnia 2013 19 / 32

Typy referencyjne Typy referencyjne to takie typy do których możemy się odnosić za pomocą referencji. Generalnie możemy podzielić je na: klasy: Osoba interfejsy: Comparable zmienne typu: T //programowanie generyczne tablice: String [] args M.K. P.B. (WMiI) Java 12 kwietnia 2013 20 / 32

Autoboxing/unboxing Od Javy SE 5.0 możemy cieszyć się automatyczną konwersją między typami prymitywnymi i ich referencyjnymi odpowiednikami. Zapewnia to większą czytelność kodu, jednak wiąże się to ze stratami na wydajności (odpowiedniki typów prymitywnych są niezmienne(immutable)). Trwają dyskusję na temat zupełnego przejścia na typy referencyjne. M.K. P.B. (WMiI) Java 12 kwietnia 2013 21 / 32

Instrukcje warunkowe - if if if (wyrażenie logiczne) instrukcja if-else if (wyrażenie logiczne) instrukcja else instrukcja2 M.K. P.B. (WMiI) Java 12 kwietnia 2013 22 / 32

Instrukcje warunkowe - switch switch switch (selektor-całkowity){ case wartość-całkowita1 : instrukcja1; break; case wartość-całkowita2 : instrukcja2; break; }. default: instrukcja; Uwaga Od Javy w wersji 7 dopuszczalny jest selektor typu String w instrukcji switch. M.K. P.B. (WMiI) Java 12 kwietnia 2013 23 / 32

Iteracje while while (wyrażenie logiczne) instrukcja do-while do instrukcja while (wyrażenie logiczne); for for(inicjalizacja; wyrażenie-logiczne; krok) instrukcja M.K. P.B. (WMiI) Java 12 kwietnia 2013 24 / 32

Pętla for-each Od Javy SE 5.0 dopuszcza się nową odmiane składni pętli for, przeznaczoną do przeglądania elementów kontenerów i tablic. Składnię foreach można stosować na dowolnym obiekcie implementującym interfejs Iterable. Przykład Składnia/Foreach.java M.K. P.B. (WMiI) Java 12 kwietnia 2013 25 / 32

Wyjątki Wyjątki są integralnym elementem programowania w Javie. Ich stosowanie znacznie poprawia jakość programu. Idea wyjątku polega na dopuszczeniu sytuacji wyjątkowej i świadomym przekazaniu problemu do szerszego kontekstu, lub do naprawy. Przykład /Wyjątki/FinallyWorks.java /Wyjątki/Rethrowing.java /Wyjątki/RethrowingNew.java M.K. P.B. (WMiI) Java 12 kwietnia 2013 26 / 32

Try-with resources Od Javy SE w wersji 7 mamy możliwość sprawniejszego zamykania pewnych zasobów za pomocą konstrukcji try-with-resources. try-with-resources static String readfirstlinefromfile(string path) throws IOException { try (BufferedReader br = new BufferedReader(new FileReader(path))) { return br.readline(); } } W tym przypadku zasobem do zamknięcia jest BufferedReader. Z racji, że BufferedReader implementuje interfejs AutoClosable, zostanie on automatycznie zamknięty niezależnie od efektu metody readline() (która może wyrzucić wyjątek). M.K. P.B. (WMiI) Java 12 kwietnia 2013 27 / 32

Obsługa strumieni Złożoność obsługi wejścia i wyjścia w javie jest związana z dość dużą ilością klas. Różnorodność początkowo działa na programistów javy odstraszająco (jak na ironię system w javie został zaprojektowany tak, aby zapobiec eksplozji klas). Skupmy się na kilku rozwiązaniach czytania pewnych źródeł i pisaniu do pliku. Przykłady /IO/Czytanie/ReadString.java /IO/Czytanie/ScannerReadFile.java /IO/Czytanie/URLReader.java /IO/Pisanie/WriteToFileExample.java M.K. P.B. (WMiI) Java 12 kwietnia 2013 28 / 32

Programowanie generyczne Programowanie uogólnione (generyczne) w javie jest realizacją polimorfizmu statycznego. Jest to podejście odpowiadające szablonom w języku c++. Sens programowania generycznego sprowadza się do pisania klas bez znajomości typów danych na których te klasy będą operowały. Przykłady /Generyczne/Member.java M.K. P.B. (WMiI) Java 12 kwietnia 2013 29 / 32

Wydajność Dlaczego java jest wolniejsza niż c/c++? Historia, mity, uprzedzenia i eskalacja agresji. Czym jest warmup? O co chodzi z tym JIT? -XX:+PrintCompilation i -Xint Czy Garbage Collector wpływa na wydajność? Odpowiedzi Java, jak każdy język interpretowany jest wolniejsza od języków kompilowanych takich jak C++. Jednak ze względu na usprawnienia takie jak kompilator JIT jej wydajność w niewielu przypadkach nie ustępuje C++. Każdy programista Javy powinien zdawać sobie sprawę z jej zalet oraz wad względem innych języków, zwłaszcza, że wokół Javy narosło wiele mitów i głoszonych jest wiele nieprawdziwych informacji. W internecie można znaleźć materiały odpowiadające na powyższe pytania. Polecam również uruchomienie aplikacji w katalogu /Wydajność z podanymi w punkcie czwartym flagami oraz przeanalizowanie wyników. W razie jakichkolwiek wątpliwości czy pytań pozostaje w kontakcie: michalkasa@gmail.com M.K. P.B. (WMiI) Java 12 kwietnia 2013 30 / 32

Zapowiedzi Project Coin(m.in. proste przeciążanie operatorów) Java SE 8: wyrażenia lambda, adnotacje na typach javy, integracja z JavaFX Java 9: Lepsze wsparcie dla dużych stert, elastyczna JVM spekulacje na temat porzucenia typów prymitywnych M.K. P.B. (WMiI) Java 12 kwietnia 2013 31 / 32

Dziękujemy za uwagę :-) Pytania? M.K. P.B. (WMiI) Java 12 kwietnia 2013 32 / 32