Основы языка программирования Java

Компилируемые языки программирования
Компиляция – преобразование текста программы, написанного на языке высокого уровня (C, C++, Pascal), в набор инструкций, которые может выполнять исполнитель
Скомпилированная программа часто называется байт-кодом

Компилируемые языки программирования
Плюсы:
Высокая скорость исполнения программы
Отсутствие необходимости в дополнительном программном обеспечения для запуска программы
Минусы:
Привязка к исполнителю

Компилируемые языки программирования

Интерпретируемые языки программирования
Интерпретация – анализ текста программы, написанного на языке высокого уровня (JavaScript, PHP), и непосредственное исполнение обнаруженных инструкций
Интерпретатор является исполнителем

Интерпретируемые языки программирования
Плюсы:
Кроссплатформенность
Минусы:
Для запуска необходима дополнительная программа-интерпретатор
Низкая скорость работы

Интерпретируемые языки программирования

Язык программирования Java

Область применения
Консольные приложения
Настольные приложения (AWT, Swing)
Апплеты
Мидлеты
Сервлеты

Отличия от C++
Отсутствие указателей и прямого доступа к памяти
Механизм сборки мусора
Отсутствуют деструкторы
Неотделимость спецификации класса от реализации
Отсутствие перегрузки операторов

Отличия от C++
Отсутствие структур и объединений
Отсутствуют шаблоны (templates), вместо них используют обобщения (generics)
Отсутствуют беззнаковые целые числа
Отсутствуют аргументы по умолчанию
Не используются goto и const

Первая программа
// D:\java\proj\by\vsu\HelloWorld.java
package by.vsu;
public class HelloWorld {
public static void main(String[]
args) {
System.out.println(“Hello World”);
}
}

Компиляция программы
C:\Users\user> _

Компиляция программы
C:\Users\user> D:
D:> _

Компиляция программы
C:\Users\user> D:
D:> cd java\proj
D:\java\proj> _

Компиляция программы
C:\Users\user> D:
D:> cd java\proj
D:\java\proj> javac by\vsu\HelloWorld.java
D:\java\proj> _

Запуск программы
C:\Users\user> D:
D:> cd java\proj
D:\java\proj> javac by\vsu\HelloWorld.java
D:\java\proj> java by.vsu.HelloWorld
Hello World
D:\java\proj> _

Ввод данных
// ReadChar.java
public class ReadChar {
public static void main(String[]
args) {
int x;
try {
x = System.in.read();
char c = (char) x;
} catch(java.io.IOException e) {}
}
}

Типы данных

Целочисленные литералы
23 – десятичное число
012 – восьмеричное число
0x7a – шестнадцатеричное число
тип литералов по умолчанию int
литерал типа long обозначается L
78L

Дробные литералы
1.234
0.123E-03
литералы типа double
литерал типа float обозначается F
2.34F

Символьные литералы
‘a’
‘\123’
‘\u9ae8’
‘\n’
‘\t’

Идентификаторы
Не могут начинаться с цифры
Не могут содержать знаки арифметических и логических операторов
Не могут содержать символ ‘#’

Переменные
int a;
char b = ‘#’;

Область видимости
// операторы (1) – x недоступна
while(a < 10) {
// операторы (2) – x недоступна
int x;
// операторы (3)
if(b > 0) {
// операторы (4)
}
// операторы (5)
}
// операторы (6) – x недоступна

Арифметические операторы

Операторы сравнения

Логические операторы

Пример логических операторов
int a = 1, b = 0;
int c = 1, d = 1;
a == b & c == d++ // d = 2
a == b && c == d++ // d = 1

Классы-оболочки

Иерархия классов-оболочек

Математические константы
Math.PI
Math.E

Математические методы
Math.abs(x);
Math.sqrt(x);
Math.cbsr(x);
Math.pow(x, y);
Math.hypot(x, y);

Математические методы
Math.cos(x);
Math.sin(x);
Math.tan(x);

Математические методы
Math.acos(x);
Math.asin(x);
Math.atan(x);
Math.atan2(y, x);

Математические методы
Math.toDegrees(x);
Math.toRadians(x);

Математические методы
Math.cosh(x);
Math.sinh(x);
Math.tanh(x);

Математические методы
Math.exp(x);
Math.log(x);
Math.log10(x);

Математические методы
Math.ceil(x);
Math.floor(x);
Math.round(x);

Математические методы
Math.random();
Math.min(x, y);
Math.max(x, y);

Массивы. Объявление массива
<тип> <имя переменной>[];
Или
<тип>[] <имя переменной>;

Пример объявления массивов
int a[];
double[] b;
int a[], b, c[], d;
int[] a, b, c[], d;
a
?

Массивы. Создание массива
new <тип>[<размер>];

Пример создания массива
int a[];
...
a = new int[5];
int a[] = new int[5];
a
?
Объект типа
«Массив»

Обращение к элементу массива
System.out.println(a[6]);
a[4] = 234;

Заполнение массива
double array[] = new double[10];
for(int i = 0; i < 10; i++) {
array[i] = 10 * Math.random();
}

Вывод массива
for(int i = 0; i < 10; i++) {
System.out.print(array[i]);
System.out.print(‘·’);
}

Инициализация массива
new <тип>[] {<список значений>}

Пример инициализации массива
int a[];
a = new int[] {1, 2, 3};
char b[] = new char[] {‘1’, ‘2’};
function(new double[] {1.2, 3.4});

Операции с массивами
int a[] = {1, 2, 3};
int b[] = a;
int c[] = {1, 2, 3};
int d[] = {2, 3, 4};
a
b
c
d
1, 2, 3
1, 2, 3
2, 3, 4

Операции с массивами
a == b // true
a == c // false
a == d // false
a
b
c
d
1, 2, 3
1, 2, 3
2, 3, 4

Массив как класс
int a[] = new int[N];
...
int b[] = a.clone(); // a == b
// false
...
int M = a.length;
...
a = null;
a
1, 2, 3, …

Сравнение массивов
int a[] = {/* элементы */};
int b[] = {/* элементы */};
boolean isEquals =
a.length == b.length;
if(isEquals) {
for(int i = 0; i < a.length; i++) {
if(a[i] != b[i]) {
isEquals = false;
break;
}
}
}
System.out.println(isEquals);

Массив массивов
int[] array[];
тип
имя переменной
массив
int[][] array;
или
int array[][];

Создание двумерных массивов
int[][] matrix = new int[56][];
for(int i = 0; i < matrix.length;
i++) {
matrix[i] = new int[i+1];
}

Создание и обработка двумерных массивов
int[][] a = new int[N][M];
for(int i = 0; i < a.length; i++) {
for(int j = 0;
j < a[i].length;
j++) {
System.out.print(a[i][j]);
System.out.print(‘\t’);
}
System.out.println();
}

Инициализация двумерных массивов
int[][] a = {
{1, 2, 3, 4},
{5, 6, 7, 8},
{9, 10, 11, 12}
};

Инициализация двумерных массивов
int[][] a = {
{1},
{2, 3},
{4, 5, 6}, {7, 8, 9, 10},
{11, 12},
{}
};

Класс
Имя
Атрибуты, Поля, Переменные
Операции, Методы, Функции

Принципы ООП
Инкапсуляция
Наследование
Абстракция
Полиморфизм
Раннее связывание
Позднее связывание

Описание класса
class ArrayAlgorythms {
int[] array;
void sort(boolean reverse) {
// реализация
}
int max() {
// реализация
return result;
}
}

Создание экземпляра класса
ArrayAlgorythms aa =
new ArrayAlgorythms();
aa.array = new int[50];
...
aa.sort(true);
...
int m = aa.max();

Создание экземпляра класса
ArrayAlgorythms aa = null;
aa = new ArrayAlgorythms();
aa = null;

Пакеты
package math.geometry;
class Line {
double A, B, C;
Line() { ... }
}

package graphics.paint;
class Line {
int x1, y1, x2, y2;
Line() { ... }
}
Пакеты

package main.console;
...
Line a = new Line();
Line b = new Line();
Пакеты

package main.console;
...
math.geometry.Line a =
new math.geometry.Line();
graphics.paint.Line b =
new graphics.paint.Line();
Пакеты

package math.analysis;
import math.geometry.*;
class Parabola {
Line tangent(double x) {
// реализация
}
}
Пакеты

package math.analysis;
import math.geometry.Line;
class Parabola {
Line tangent(double x) {
// реализация
}
}
Пакеты

Имя класса
math.geometry.Line
полное имя класса
Line
краткое имя класса

Можно не импортировать
Классы из того же пакета
Классы из пакета java.lang

Наследование
class Aaa {
void aaa();
}
class Bbb extends Aaa {
void bbb();
}

Aaa x = new Aaa();
x.aaa();
//x.bbb(); ОШИБКА
Bbb y = new Bbb();
y.aaa();
y.bbb();
Наследование

Aaa z = new Bbb();
z.aaa();
//z.bbb(); ОШИБКА
Наследование

Области видимости
// виден везде
public class ClassA {
}
// виден только в своем пакете
class ClassB {
}

Области видимости

Примеры областей видимости
private int variable1;
void method1() { ... }
public double variable2;
String variable3;
protected void method2() { ... }
protected boolean variable4;

Модификатор final
Класс
Поле
Метод

final class TestA {
}
// ОШИБКА
class TestB extends TestA {
}
Модификатор final

class TestA {
void methodA() {/* 1 */}
final void methodB() {/* 2 */}
}
class TestB extends TestA {
void methodA() {/* 1 */}
// ОШИБКА
void methodB() {/* 2 */}
}
Модификатор final

class TestA {
final int X = 10;
}
Модификатор final

Модификатор static
class Test {
int x;
static int y;
void methodA() {}
static void methodB() {}
}

Test a = new Test();
a.x = 10; a.y = 20;
a.methodA(); a.methodB();
Test.y = 20;
Test.methodB();
Модификатор static

Test a = new Test();
Test b = new Test();
a.y = 20;
System.out.println(b.y); // 20
Модификатор static

Test a = new Test();
a.y = 20;
Test b = new Test();
System.out.println(b.y); // 20
Модификатор static

Test.y = 20;
Test a = new Test();
System.out.println(a.y); // 20
Test b = new Test();
System.out.println(b.y); // 20
Модификатор static

Test a = new Test();
a.x = 10; a.y = 20;
a.methodA(); a.methodB();
Test.y = 20;
Test.methodB();
Модификатор static

Вызов методов суперкласса
class TestA {
void run() {/*1*/}
}
class TestB extends TestA {
void run() {/*2*/}
void test() {
run();
this.run();
super.run();
}
}

Конструкторы
class Test {
Test() {
...
}
}

class Test {
Test(int x) {
...
}
}
Конструкторы

class Test {
Test(int x) {
...
}
Test() {
...
}
}
Конструкторы

class SubTest extends Test {
SubTest() {
super();
}
}
Конструкторы

class SubTest extends Test {
SubTest() {
super(34);
}
}
Конструкторы

class Test {
Test(int x) {
...
}
Test() {
this(34);
}
}
Конструкторы

Класс Object
Базовый для всех классов в Java
Неявно является родителем класса, даже при отсутствии ключевого слова extends
Содержит несколько стандартных методов

public class Man {
private String surname, name,
patronymic;
public Man(String surname, String name,
String patronymic) {
this.surname = surname;
this.name = name;
this.patronymic = patronymic;
}
Класс Object

public String toString() {
return surname + ‘ ’ +
name.charAt(0) + ‘.’ +
patronymic.charAt(0) + ‘.’;
}
}
Класс Object

Man man = new Man(“Пушкин”,
“Александр”,
“Сергеевич”);
System.out.println(man);
// Пушкин А.С.
Класс Object

public class Man {
private String surname, name,
patronymic;
public Man(String surname, String name,
String patronymic) {
this.surname = surname;
this.name = name;
this.patronymic = patronymic;
}
Класс Object

public boolean equals(Object a) {
if(a instanceof Man) {
Man m = (Man) a;
return surname.equals(
m.surname);
}
return false;
}
}
Класс Object

public boolean equals(Object a) {
if(a instanceof Man) {
Man m = (Man) a;
return name.equals(m.name) &&
surname.equals(m.surname);
}
return false;
}
Класс Object

private int age;
public boolean equals(Object a) {
if(a instanceof Man) {
Man m = (Man) a;
return name.equals(m.name) &&
age == m.age;
}
return false;
}
Класс Object

public int hashCode() {
/* реализация */
}
Класс Object

Пример полиморфизма
class Stone {
double weight;
double price;
double cost() {
return price * weight;
}
}

Пример полиморфизма
class Jewel extends Stone {
double transparent;
double cost() {
return super.cost()
* transparent;
}
}

Пример полиморфизма
class RareJewel extends Jewel {
double cost() {
return super.cost()
* Math.log(Math.E
+ weight);
}
}

Пример полиморфизма
static Stone generate() {
int t = (int)(3*Math.random());
switch(t) {
case 0:
return new Stone();
case 1:
return new Jewel();
case 2:
return new RareJewel();
}
}

Пример полиморфизма
Stone[] s = new Stone[25];
for(int i = 0; i < s.length; i++){
s[i] = generate();
}
for(...) {
if(s[i].cost() > s[j].cost())
}

Пример абстрактного класса
public class Circle {
private double radius;
public double area() {
return Math.PI * radius
* radius;
}
}

public class Rectangle {
private double width;
private double height;
public double area() {
return width * height;
}
}
Пример абстрактного класса

public class Rectangle
extends Figure {
public double area() {/*...*/}
}
public class Circle extends Figure {
public double area() {/*...*/}
}
Пример абстрактного класса

public class Figure {
public double area() {
/* ??? */
}
}
Пример абстрактного класса

public class Figure {
abstract public double area();
}
Пример абстрактного класса

abstract public class Figure {
abstract public double area();
}
Пример абстрактного класса

abstract public class A {
abstract public void aaa();
abstract public void bbb();
}
Абстрактные методы и классы

abstract public class B
extends A {
abstract public void aaa();
public void bbb() {
/* реализация */
}
}
Абстрактные методы и классы

public class C extends B {
public void aaa() {
/* реализация */
}
}
Абстрактные методы и классы

A x = new A(); // ОШИБКА
B y = new B(); // ОШИБКА
C z = new C();
Абстрактные методы и классы

abstract public class A {
public void aaa() {
/* реализация */
}
public void bbb() {
/* реализация */
}
}
Абстрактные методы и классы

Пример абстрактного класса без абстрактных методов
public class Author {
private String surname;
private String name;
private String patronymic;
private String degree;
}

public class Book {
private String title;
private Author author;
private Integer year;
}
Пример абстрактного класса без абстрактных методов

public class Reader {
private String surname;
private String name;
private String patronymic;
private Long phone;
private String address;
}
Пример абстрактного класса без абстрактных методов

public class Usage {
private Reader reader;
private Book book;
private Date issueDay;
private Date returnDay;
}
Пример абстрактного класса без абстрактных методов

public class Person {
private String surname;
private String name;
private String patronymic;
}
Пример абстрактного класса без абстрактных методов

public class Author extends
Person {
private String degree;
}
Пример абстрактного класса без абстрактных методов

public class Reader extends
Person {
private Long phone;
private String address;
}
Пример абстрактного класса без абстрактных методов

abstract public class Person {
private String surname;
private String name;
private String patronymic;
}
Пример абстрактного класса без абстрактных методов

Пример чтения данных
public class BookTxtReader {
public Book[] read() {
/* реализация */
}
}

public class BookDBReader {
public Book[] read() {
/* реализация */
}
}
Пример чтения данных

abstract public class BookReader {
abstract public Book[] read();
}
Пример чтения данных

abstract public class BookReader {
abstract public
Book[] readBooks();
abstract public
Author[] readAuthors();
}
Пример чтения данных

abstract public class BookReader {
public Book[] read() {
/* readAuthors() */
/* readBooks() */
}
abstract public
Book[] readBooks();
abstract public
Author[] readAuthors();
}
Пример чтения данных

abstract public class BookReader {
public final Book[] read() {
/* readAuthors() */
/* readBooks() */
}
abstract protected
Book[] readBooks();
abstract protected
Author[] readAuthors();
}
Пример чтения данных

Пример сортировки
public class ReaderSorter {
public Reader[] sort(
Reader[] readers
) {
/* реализация */
}
}

public class ReaderSorter {
public Reader[] sortByName(
Reader[] readers
) {
/* реализация */
}
public Reader[] sortByAddress(
Reader[] readers
) {
/* реализация */
}
}
Пример сортировки

abstract public
class ReaderComparator {
abstract public int compare(
Reader r1,
Reader r2
);
}
Пример сортировки

public class ReaderSorter {
public Reader[] sort(
Reader[] readers,
ReaderComparator comparator
) {
/* начало цикла */
if(comparator
.compare(reader[i],
reader[j]) > 0) {
/* обмен */
}
/* конец цикла */
}
}
Пример сортировки

public class ReaderByNameComparator
extends ReaderComparator {
public int compare(Reader r1,
Reader r2) {
/* реализация */
}
}
Пример сортировки

public class ReaderByAddressComparator
extends ReaderComparator {
public int compare(Reader r1,
Reader r2) {
/* реализация */
}
}
Пример сортировки

Reader[] readers = /* создание массива */
ReaderSorter sorter = new ReaderSorter();
ReaderComparator comparator;
comparator = new ReaderByNameComparator();
sorter.sort(readers, comparator);
/* вывод массива readers */
comparator = new ReaderByAddressComparator();
sorter.sort(readers, comparator);
/* вывод массива readers */
Пример сортировки

abstract public
class ReaderComparator {
abstract public int compare(
Reader r1,
Reader r2
);
}
Пример сортировки

public interface ReaderComparator {
int compare(Reader r1, Reader r2);
}
Пример сортировки

public class ReaderByNameComparator
implements ReaderComparator {
public int compare(Reader r1,
Reader r2) {
/* реализация */
}
}
Пример сортировки

public class ReaderByAddressComparator
implements ReaderComparator {
public int compare(Reader r1,
Reader r2) {
/* реализация */
}
}
Пример сортировки

Интерфейсы
public interface A {
int x; // public final static
void test(); // abstract public
}