Java
Pagrindinės Java teigiamybės
Apžvelkime Java kalbos pagrindines teigiamybes ir trūkumus, lygindamiją su kol kas populiariausia programavimo kalba C++.
Paprastumas
1) Java neturi adresų (rodyklių) aritmetikos. Java dirba tik su tais objektais, su kuriais ryšys palaikomas per kintamuosius. Taigi Java kintamasis savaime nėra objektas, bet tik nuoroda į objektą. Todėl užrašas (sakinys)
String s;
reiškia, kad s yra nuoroda (kelias), bet ne pats objektas (tolesnėje programoje panaudoję nuorodą s, vykdymo metu gautumėte klaidą, jog bandote operuoti su „tuščia” vieta). Todėl prieš naudojant objektą, būtina jį sukurti. Tam naudojamas specialus sakinys new:
String s = new String(“abcd”);
(String tipo objektą galima sukurti ir tiesiogiai:
String s = “abcd”; 2) Neturi goto sakinio (išskyrus praplėstus break ir continue sakinius). 3) Neleidžia metodo vardo perduoti parametrų sąrašu (skirtumas nuo C++), bet leidžia perduoti objektą (o šis viduje turi metodų). 4) Neturi struct (įrašo) tipo. Bet tai čia atitinka class. 5) Neturi union ir bitinių laukų (bitiniai laukai, kaip grynai aparatinė funkcija, nesiderina su Java principu „nepriklausanti nuo kompiuterio architektūros”). 6) Java neleidžia turėti metodų su kintamu parametrų sąrašu. Tai nesiderina su principu “griežtai tipizuota”, kadangi neįmanoma patikrinti busimųjų tipų. Tačiau tai leidžia metodų perkrovimo galimybė (metodų vardai vienodi, bet skiriasi antraštės). 7) Neturi enum, typedef ir #define. Tai atitinka static final tipas. 8) Neturi void parametrų sąraše. 9) Java leidžia aprašyti kintamuosius bet kurioje kodo vietoje (tai leidžia ir C++). 10) Java neturi globaliųjų kintamųjų (panašiai kaip static tipo kintamasis, galiojantis visiems tos klasės objektams). 11) Neturi daugialypio paveldėjimo (C++ tai turi). Iš dalies tai pasiekiama interfeisais. 12) Automatiškai atlaisvina nebenaudojamą atmintį (šiukšlių rinktuvas – Garbage Collection). Šis šiukšlių rinktuvas kartkarčiais kviečiamas
automatiškai, tačiau programuotojas gali jį išsikviesti ir pats: System.gc();Objektų saugyklos
Pagrindinės informacijos saugyklos yra:1. Registrai. Jie yra procesoriaus viduje, todėl tai pats sparčiausias išrinkimo tipas. Deja, registrų skaičius labai ribotas. Jais pagal poreikius manipuliuoja tik pats kompiliatorius.2. Stekas. Yra RAM’e (tiesioginės kreipties atmintyje). Procesorius saugo nuorodą į šį steką, ir, vaikštant “aukštyn”/”žemyn”, informacija įrašoma ir paimama. Gana greitas būdas (antras po registrų). Šiaip jau Java pačių objektų steke nesaugo, nes reikėtų nuolat perskaičiuoti objektų dydžius, perstumiant steko nuorodą „aukštyn”/„žemyn”. C++ tai galima.3. Krūva (heap – „netvarkusis masyvas”). Yra RAM’e. Tai ir yra ta vieta, kur saugomi visi Java programos objektai. Pagrindinis privalumas tas, kad kompiliatoriui nereikia žinoti kiek kiekvienas objektas užima vietos. Su new sakiniu sukurtas objektas vykdymo metu automatiškai pateks į „krūvą”. Aišku, operacijos sulėtės.4. Statinė atmintis. Ji taip pat yra RAM’e, tik specialiai tam skirtoje vietoje. „Krūvoje” esantys tuo momentu nebereikalingi objektai gali būti šiukšlių rinktuvo automatiškai pašalinti, o statiniai objektų elementai išlieka iki programos darbo pabaigos. Tokie elementai sukuriami naudojant atributą static. Paprastieji tipai. Vis dėlto elementariems aritmetiniems veiksmamspaspartinti Java turi ir paprastų duomenų tipų (byte, int, double, …).Tai nėra objektai, todėl jiems sukurti nereikia new sakinio. Jų įvedimopriežastis ta, kad tokiems elementariems objektams sukurti ir padėti į„krūvą” būtų sugaištama per daug laiko. Paprastųjų tipų kintamieji saugomisteke. (Kiekvienam procesui Java turi atskirą steką.
Nepriklausymas nuo asmeninio kompiuterio (PC) architektūros
Daugumos programavimo kalbų galutinis produktas yra vykdomasis (.exetipo) modulis, susidedantis iš konkrečių instrukcijų PC procesoriui.Tačiau Windows sistemos dažniausiai naudoja Intel firmos procesorius,Macintosh sistema naudoja Motorola arba PowerPC procesorius ir t.t. Be to,
kiekviena sistema (Windows,Unix, Linux) naudoja savas papildomasbibliotekas. Todėl klasikinė schemaKodas(Kompiliatorius(Redaktorius(vykdomasis failas (*.exe)(PC
turi vieną gana didelį trūkumą – vienos sistemos produktas dažnai neveikiakitoje sistemoje. Šio trūkumo neturi programa, parašyta Java kalba. Esmė ta, kad čianegeneruojamos instrukcijos procesoriui, bet programos tekstas (kodas)kompiliuojamas į specialų objektinį kodą, vadinamą baitkodu. Šį kodą toliauskaito ir vykdo Java abstrakti virtualioji mašina (JVM), kurią turikiekviena kompiuterinė sistema. Taigi turime tokią schemą:
Kodas ( Kompiliatorius ( bait-kodas ( JVM
Java abstrakti virtualioji mašina JVM
JVM – tai speciali Sun Microsystems firmos programa (bait-kodointerpretatorius), parašyta kiekvienai operacinei sistemai atskirai. TaiJRE (Java Runtime Environment). Ji itraukta į populiariausių naršykliųsudėtį (Microsoft Internet Explorer, Netscape Navigator, Opera), į JDK(Java Development Kit ). Ją galima įdiegti ir atskirai. JVM jau gaminama ir atskiromis mikroshemomis. Taigi ją galima įdėti netik į PC, bet ir į TV stotis, o ateityje ir į buitinius prietaisus.
Daugiaprocesė
Programa tuo pat metu gali vykdyti keletą procesų (thread).Daugiaprocesiškumas yra organizuotas objektų lygmeniu – kiekvienas procesasyra atskiras objektas. Panaudojant synchronized modifikatorių resursai„užrakinami” (būtų blogai, jei keli procesai vienu metu rašytų informacijąį tą patį failą).
Programų saugumas
Saugumas užtikrinamas keliais lygiais. Tai ypač svarbu apletams(specialaus tipo taikomoji programa), nes jie plačiai naudojami internetopuslapiuose. Tam yra net speciali klasė java.lang.SecurityManager su eilemetodų. Programinis lygis: – kadangi nėra adresų aritmetikos, tai neįmanoma programiškai sugadinti atminties; – neįmanoma perpildyti masyvo; – negalima ne tik rašyti, bet ir skaityti informacijos už masyvo ir eilutės ribų (todėl Java kalboje eilutė String nemodifikuojama). Baitkodo tikrintojas patikrina: – ar neperpildytas stekas; – ar su objektais neatliekamos draudžiamos operacijos; – ar tinkamai naudojami registrai; – ar teisingai keičiami kintamųjų tipai. „Smėlio dėžės” principas apletui: „įtartina” (neturinti skaitmeninio
parašo)programa kaip vaikas įkeliama į smėlio dėžę ir negali : – skaityti/rašyti failo iš/į jūsų (kliento) PC; – išmesti, pervardyti, kurti naujų failų ir t.t. kliento PC. Vykdant apletą ne per tinklą, bet vietinėje failų sistemoje, didesnėdalis šių apribojimų netaikoma. Dar didesnes teises turi apletų paleidimoprograma appletviewer.exe.
Situacijų valdymas (exception)
Nepageidautina situacija (klaida) – tai Java objektas, kurissužadinamas klaidos vietoje ir vėliau gali būti „pagautas” ir apdorotasprogramoje. Taigi susidarius nepageidaujamai situacijai, pavyzdžiui, kaiindeksas yra už masyvo ribų, galima ją „sugauti”, apdoroti ir tolesniusveiksmus jau nukreipti norima linkme. Tai nėra tas pats kaip tokiųsituacijų „gaudymas” naudojantis grąžinamomis reikšmėmis ar papildomaispožymiais-kintamaisiais, kai galima tiesiog patingėti tai atlikti (arbablogai atlikti). Privalumas tas, kad kai kurių situacijų Java praleistineleis – jas privalu kažkur apdoroti.
Objektinis programavimas Java kalba
Dar pačiai pirmajai objektinio programavimo kalbai Smalltalk Alan Kaysuformulavo šiuos penkis objektinio programavimo (OP) principus: 1. Viskas yra objektas. Objektas ir saugo duomenis, ir atlieka operacijas su jais (duomenų ir metodų sujungimas į visumą). 2. Programa – tai grupė objektų, bendraujančių per pranešimus (pranešimu galima laikyti ir objekto metodo iškvietimą). 3. Kiekvienas objektas turi savąją atmintį, susidedančią iš kitų objektų (kompozicija – objekto viduje naudojami prieš tai sukurti objektai). 4. Kiekvienas objektas yra kurio nors tipo (klasės). 5. Tam tikros grupės objektai gali priimti tuos pačius pranešimus (paveldėjimas). Pabandykime perfrazuoti šiuos OP principus Java kalbos požiūriu.
Duomenų ir metodų sujungimas į visumą (encapsulation)
Duomenų ir jų apdorojimo metodų sujungimas į visumą Java kalbojeatliekamas naudojant klasę. Taigi klasė yra tipas arba objekto šablonas,kurį sudaro duomenys ir metodai. Objektas jau yra realus klasėsegzempliorius kompiuterio atmintyje. Objekto modelį galime pavaizduoti kaipkapsulę: Taigi sudarius A klasę, joks realus objektas atmintyje dar
nesukuriamas:|class A { ||// klasės turinys ||} |
Objekto dar nėra ir paskelbus A klasės tipo kintamąjį x:
|A x; |
Objektas gali būt sukurtas ir sakiniu new:
|x = new A(); //Objektas sukurtas! ||// arba iš karto: ||A x = new A(); |
Taigi objektas sukuriamas dinamiškai programos vykdymo metu sakiniu new:
KlasėsVardas objektoVardas = new KlasėsVardas();
Arba dviem etapais :
KlasėsVardas objektoVardas; ObjektoVardas = new KlasėsVardas();
Klasei galima sukurti neribotą skaičių objektų. Grižkime prie kapsulės. Jis turi būti uždaras. Pirma, tai užtikrinaduomenų apsaugą, nes vartotojas gali atlikti su duomenimis tik tasoperacijas, kurias jam leidžia tam skirti metodai. Antra, programuotojas-vartotojas gali rašyti programas „aukštesniu” lygiu, t.y. jis visiškaipasitiki esamais metodais ir jam nebereikia leistis į smulkmenas ir jųtikrinti. Ir trečia, programų (metodų) pakeitimai ir atnaujinimaiprogramuotojui-vartotojui visai neturi reikšmės.
Paveldėjimas (inheritance) ir kompozicija
Tai klasės sugebėjimas paveldėti protėvių klasės duomenis ir metodus.Literatūroje vartojama daug skirtingų terminų. Pagrindinė klasė vadinamapaveldimąja klase, superklase, protėvių klase, bazine arbs tėvo klase.Analogiškai naujoji klasė vadinama paveldinčiąja klase, subklase,palikuonių klase, išvestine arba vaiko klase. Mes vartosime terminus tėvoklasė ir vaiko klasė. Taigi vaiko klasė paveldi visus matomus (ne private tipo) tėvo klasėsmetodus ir kintamuosius. Visos Java klasės yra kilusios iš java.lang.Objectklasės ir automatiškai palaiko visus jos metodus. Java neturi daugialypiopaveldėjimo (netiesiogiai tai galima išspręsti naudojant interfeisus). Nereikia painioti sąvokų „kompozicija” ir „paveldėjimas”. Kompozicija –tai kitos klasės objekto panaudojimas naujai projektuojamoje klasėje.Kompozicija naudojama tada, kai kuriama nauja klasė tiesiog naudoja kitosklasės metodus. Paveldėjimas naudojamas tada, kai nauja klasė naudoja kitos
klasės struktūra (interfeisą). Plačiau apie paveldėjimą aprašoma ketvirtame skyriuje.Polimorfizmas (polymorphism)
Galime skirti dvi polimorfizmo rūšis. Tai metodų perkrova ir metodųužklotis. Metodų perkrova (overloading). Klasėje naudojama keletas metodų tuopačiu vardu. Būtina sąlyga – metodai turi skirtis savo antraštėmis(parametrų skaičiumi arba parametrų tipais). Grąžinamos reikšmės tipas čiaįtakos neturi. Metodo pasirinkimą nusako jo iškvietimo formatas. Tai atliekama jaukompiliavimo metu (tai dar vadinama „ankstyvuoju susiejimu”). Plačiau apie metodų perkrovą rašoma 3.5. skyrelyje „Metodų perkrova”. Metodų užklotis (overriding). Tėvo ir vaiko klasės turi vienodusmetodus. Būtinos sąlygos: turi sutapti ne tik šių metodų vardai, bet ir jųantraštes bei grąžinamų reikšmių tipai. Taigi vaiko klasės metodas galipakeisti (užkloti) tėvo klasės metodą. Metodo pasirinkimą lemia objekto, kuriam šis metodas kviečiamas, tipas(jei objektas yra tėvo klasės tipo, tai bus kviečiamas jos metodas,priešingu atveju – vaiko). Metodas parenkamas vykdymo metu (tai dar vadinama „susiejimu vykdant”). Plačiau apie metodų užklotį rašoma 4.2. skyrelyje “Metodų užklotis”.
1.3. Trys Java programų tipai
Pirmas. Taikomoji programa (application) su komandų eilutės sąsaja
Tai pats paprasčiausias ir kartu nevaizdžiausias programos tipas.Programa paleidžiama main metodu. Taigi bent viena programos klasė privaloturėti main metodą. Šiaip jau kiekviena klasė gali turėti po vieną mainmetodą (tai patogu testuojant klases), tačiau vienu metu galima naudotitiktai vieną main metodą. Pasibaigus visiems main metodo sakiniams,programa baigia darbą. Parašykime tradicinę pirmąją Java programėlę, kuri juodame CommandPrompt (arba FAR Manager) lange išveda tekstą „Labas, Java”.ETAPAI: 1. Bet kuriuo redaktoriumi (kad ir NotePad) parašome pirmosios programos tekstą (visi Java kalbos žodžiai pajuodinti):
|// Pirmoji Java programa ||public class Labas { ||public static void main(String args[]) ||{ ||System.out.println(“Labas, Java”); ||} ||} |ir įrašome į diską vardu „KlasėsVardas.java” (šiuo atveju vardu „Labas.java”). 2. Kviečiame kompiliatorių javac.exe, kuris patikrina programos sintaksę, perkoduoja jos tekstą į bait-kodą ir įrašo jį į diską vardu „KlasėsVardas.class” (šiuo atveju vardu „Labas.class”): >javac Labas.java P.S. Jei jūsų kompiuteryje nėra nustatyto kelio į katalogą, kur yra kompiliatorius javac.exe, tai reikia nurodyti visą kelią iki jo. Pvz.: >D:jdk1.3binjavac Labas.java Jei nėra klaidų, tai kompiliatorius paprastai jokių pranešimų ir neišveda. Taip po kompiliacijos atrodo Far Manager langas (šiuo atveju failas Labas.java įrašytas į katalogą D:JavaPavyzdziailabas): [pic] 3. Kviečiama JVM java.exe vykdyti programą (failo tipas class nenurodomas): >java Labas [pic] Naudojant vizualias aplinkas (JBuilder, Visual Studio J++, VisualCafear kitas), vykdymo scenarijus keičiasi.
Antras. Taikomoji programa su vartotojo sąsaja
Programa čia taip pat paleidžiama main metodu. Tačiau paleidimo tikslas dažniausiai yra tik vienas – sukurti vartotojo sąsajos langą ir perduotijam visą valdymą. Toliau jau sąsajos elementais (meniu, mygtukais, tekstolaukais ir t.t.) atliekami norimi veiksmai ir programa veiks tol, koluždarysime šios sąsajos langą. Vėlgi parašykime tą pačią programą, išvedančią tekstą „Labas, Java”.Programos rašymo ir paleidimo scenarijus visiškai toks pat kaip ir pirmojotipo programos. Tiesa, programos tekstas atrodys truputėlį kitoks:|// Pirmoji Java programa su vartotojo sąsaja. ||import javax.swing.*; ||import java.awt.*; ||public class LabasSuSasaja extends JFrame { || public void paint(Graphics g) { || g.drawString(“Labas, Java”, 50, 60); || } || public static void main(String[] args) { || LabasSuSasaja langas = new LabasSuSasaja(); || langas.setDefaultCloseOperation ||(JFrame.EXIT_ON_CLOSE); || langas.setSize(200, 100); || langas.setTitle(“Programa su sasaja”); || langas.setVisible(true); || } ||} |
Vėl kompiliuojame ir vykdome programą:
>D:jdk1.3binjavac LabasSuSasaja.java >java LabasSuSasaja
Tačiau dabar ekrane pamatysime tokį vaizdą:
[pic]
Trečias. Apletas (applet)
Šio tipo taikomąją programą turi tiktai Java. Apletas – tai programa,klaidžiojanti internete ir vykdoma „kliento” kompiuteryje. Ji nenaudojamain metodo. Tačiau kaip ir taikomojoje programoje su vartotojo sąsaja,apleto vykdymas paremtas įvykių apdorojimu. Naršyklė pati rūpinasi apletoveikimu: stabdo jį pereinant į kitą langą, perpiešia keičiant lango dydį irt.t. Parašykime tą pačią tradicinę programą, bet jau kaip apletą.ETAPAI: 1. Naudodamiesi bet kuriuo redaktoriumi parašome programos-apleto tekstą:|// Pirmasis Java apletas ||import java.applet.*; ||import java.awt.*; ||public class LabasApletas extends ||Applet { ||public void paint(Graphics g) { ||g.drawString(“Labas, Java”, 50, 60); ||} ||} |
ir įrašome į diską vardu „LabasApletas.java”. 2. Šis etapas analogiškas – kviečiame kompiliatorių javac, ir šis gautą baitkodą įrašo į diską vardu „LabasApletas.class”: >javac LabasApletas.java 3. Tačiau jis vykdomas visiškai kitaip negu taikomoji programa. Apletas vykdomas naršykle (galima ir su appletviewer.exe), todėl bet kuriuo redaktoriumi sukuriamas nedidelis HTML failas. Šį failą bet kuriuo vardu įrašome ten pat, kur yra mūsų gautas LabasApletas.class failas:| || || || |
P.S. a) Kabutės nebūtinos;
b) CODE = „tik paprastas failo vardas, be kelio!”;
c) Norint nurodyti kelią, naudojamas CODEBASE = URL. 4. Atidarome šį HTML failą bet kuria naršykle (Explorer, Netscape ar Opera) arba pasinaudojame SDK sudėtyje esančia appletviewer programa (appletviewer xxx.html). Prisiminkime, jog naršyklė savo viduje turi JVM, todėl ji pati ir vykdo šį apletą: [pic] Kai kurios vizualios aplinkos HTML failą generuoja automatiškai. Naudojant aplete Swing elementus (pirmųjų sąsajų elementai buvovadinami AWT), anksčiau minėtos struktūros HTML failas kai kuriomsnaršyklėms nebetinka (appletviewer niekas nepasikeitė). Esmė ta, kad Java 2versijos nuorodos applet html faile buvo atsisakyta. Apletai dabar
paleidžiami naršyklių papildymo programomis Java Plug-in. Jos automatiškaiįtraukiamos į naršykles, bet jei jų nėra, tai galima ir atskirai atsisiųsti(nemokamai) adresu http://java.sun.com/products/plugin/index-1.html HTML failą pagal pavyzdžius galima susikurti ir rankiniu būdu, betgalima pasinaudoti specialiu html failų konverteriu. Konverterį taip patgalima parsisiųsti (nemokamai ) adresu http://java.sun.com/products/plugin/1.3/docs/html_converter.html Štai konvertuotas ankstesnis htm failas, galiojantis Explorer irNetscape aplinkose:| || || || || || || || || || || || || || || || Programos ||tekstas || || |
Keletas progamos rašymo taisyklių :
1. Visi Java raktažodžiai rašomi tik mažosiomis raidėmis. 2. Programos kodo failo vardas turi sutapti su public klasės vardu.
Jei faile public klasių nėra, tai jokių apribojimų failo vardui nėra. 3. Tik viena failo klasė gali būti public. 4. Viename faile gali būti keletas klasių. 5. Klasė negali tęstis per kelis failus. 6. Kiek faile yra klasių, tiek kompiliatorius sukurs atskirų class tipo failų (viename faile būna tik vienos klasės baitkodas). 7. Vykdant programą, interpretatoriui nurodomas tos klasės vardas, kurios main metodą norime naudoti.
Keletas progamos teksto apipavidalinimo rekomendacijų
Tai nėra privaloma, tačiau padeda lengviau suprasti Javadokumentacijoje pateiktus pavyzdžius bei patiems lengviau susigaudytisavose programose: 1. Klasės vardas pradedamas didžiąja raide. Jei šis vardas susideda iš kelių žodžių, kiekvienas žodis taip pat pradedamas didžiąja raide (TaiManoKlase). 2. Kintamojo ir metodo (funkcijos) vardas pradedamas mažąja raide. Jei šis vardas susideda iš kelių žodžių, tai kiekvienas kitas žodis pradedamas didžiąja raide (bankoKodas, keistiBankoKoda()). 3. Konstantų vardai rašomi didžiosiomis raidėmis (PI). 4. Skaitymo metodai prasideda get, keitimo – set (getName(), setName()) (aišku, žodelius get/set geriau pakeisti savais, lietuviškais, pvz., gauti/keisti) 5. Jei grąžinamas loginis tipas boolean, tai metodas prasideda is (isEmpty(); lietuviškas variantas – yraTuscias()).
JAR archyvų sudarymas
Komandos formatas : jar parametrai failųVardaiParametrai :c – sukurti naują archyvą;m – panaudoti aprašymo (manifest) failą; jo vardas yra antras sąraše;M – nekurti aprašymo (manifest) failo;t – parodyti archyvo turinį;x – ištraukti (paimti iš archyvo) nurodytus failus; praleidus ištraukiavisus;f – pirmas failas sąraše bus archyvo vardas;0 – archyve failai nesuspaudžiami. Pavyzdys:jar cf archyvas.jar *.class Kadrai/*.gif
Programinė įranga
1. JDK (Java Development Kit); Sun Microsystems, iki 1.2 versijos;
SDK (Software Development Kit) nuo 1.2 versijos http://java.sun.com http://java.sun.com/products Sąrašo lange „Product Shortcuts: ” pasirenkame norimą programinę įrangą, pavyzdžiui: Java 2 SDK, Standard Edition v1.3
j2sdk-1_3_1_02-win.exe užima apie 45 MB, įdiegta – apie 75 MB;
j2sdk-1_3_1-doc.zip (dokumentacija yra HTML formato; yra ir PDF) užima 23 MB, įdiegta – apie 115 MB.
2. Jbuilder, Borland, 5.0/6.0 Fundation (Personal)/Professional/Enterprise http://www.borland.com/education/jbuilder http://info.borland.com/jbuilder/personal b5_windows.zip (41 MB, išskleistas – apie 206 MB) jb6_windows.zip (53 MB)
3. Microsoft J++ 6.0 http://msdn.microsoft.com/visualj———————–
Duomenys
MetodasN
. . .
Metodas2
Metodas1