podstawy programowania java id Nieznany

Podstawy programowania w języku Java

mgr inż. Piotr Kowalski

18 stycznia 2013

Spis treści

Podstawy architektury komputera

1.1

Części składowe komputera . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1.1.1

Rzecz o rejestrach

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1.1.2

Rzecz o pamięci

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1.1.3

Rzecz o programowaniu . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1.2

Języki programowania . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1.2.1

Od kodu do programu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1.3

Funkcje systemu operacyjnego . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1.3.1

Jądro systemu operacyjnego . . . . . . . . . . . . . . . . .

1.3.2

BIOS i uruchomienie stacji

. . . . . . . . . . . . . . . . .

1.3.3

Systemy plików . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1.3.4

Funkcja hashująca w systemie plików . . . . . . . . . . . .

Algorytmy i struktury danych

2.1

Struktury statyczne

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.1.1

Tablice

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.1.2

Rekordy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.1.3

Obiekty . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.2

Struktury dynamiczne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.2.1

Stos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.2.2

Kolejka . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.2.3

Lista . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.2.4

Drzewo binarne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.2.5

Graf . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.3

Porównanie typów struktur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Wstęp - instalacja zintegrowanego środowiska programistycz-
nego dla Javy

3.1

Czym jest wirtualna maszyna Javy oraz najważniejsze składowe
technologii . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.2

Czym jest IDE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Podstawy języka Java

4.1

Zmienne w Javie. Pierwsze starcie

. . . . . . . . . . . . . . . . .

4.1.1

Typy prymitywne

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.1.2

Typy wyliczeniowe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.1.3

Typy tablicowe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.1.4

Klasy

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

SPIS TREŚCI

4.1.5

I jeszcze o zmiennych

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.1.6

Słowa zarezerwowane . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.1.7

Znaki niepisane . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.1.8

Rzutowanie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.1.9

Typ specjalny void . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.2

Podstawowe operacje w języku Java

. . . . . . . . . . . . . . . .

4.2.1

Instrukcje warunkowe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.2.2

Instrukcje pętli . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.2.3

Funkcje . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.3

Operatory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.3.1

Literały . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.4

Obsługa błędów w języku Java . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.4.1

Drzewo hierarchii błędów . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.4.2

Komendy obsługi błędów . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.5

Inne reguły w języka Java . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.5.1

Nazewnictwo w Javie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Tworzenie modeli w Javie

5.1

Tworzenie nowej klasy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5.2

Dziedziczenie i polimorfizm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5.2.1

Interfejsy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5.2.2

Modyfikator ’abstract’ i adnotacja ’@Override’ . . . . . .

5.3

Modyfikatory dostępu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5.3.1

Modyfikator ’final’ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5.4

Słowo kluczowe ’this’ oraz o konstruktorach . . . . . . . . . . . .

Korzystanie z pakietów podstawowych języka Java

6.1

Kontenery . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6.1.1

Kolekcje . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6.1.2

Iteratory

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6.1.3

Tablice asocjacyjne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6.1.4

Przeszukiwanie i sortowanie kontenerów . . . . . . . . . .

Tworzenie aplikacji z interfejsem graficznym Swing

7.1

Elementy pakietu Swing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7.1.1

Uruchamianie okna głównego aplikacji . . . . . . . . . . .

7.1.2

Swing - menu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7.1.3

Swing - kontenery

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7.1.4

Swing - kontrolki . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7.2

Okienka dialogowe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7.2.1

Przykładowe użycia okienek dialogowych

. . . . . . . . .

7.3

Wydarzenia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7.3.1

Akcja wykonana . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7.4

Właściwości okna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7.5

Nasłuchiwacze

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

A Zadania laboratoryjne

B Zadania projektowe

SPIS TREŚCI

C Zadania do samodzielnego rozwiązania

C.1 Zadanie z prostych algorytmów . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

C.2 Zadania z modelowania w języku Java . . . . . . . . . . . . . . .

C.3 Zadania z prostych aplikacji graficznych . . . . . . . . . . . . . .

SPIS TREŚCI

Wersje

numer

data

autor

opis

0.1

10.10.2012

Piotr Kowalski

Prace nad pierwszym rozdziałem

0.2

13.11.2012

Piotr Kowalski

Dołączone dziedziczenie, modyfikatory
dostępu oraz obsługa błędów

0.3

27.11.2012

Piotr Kowalski

Dołączone konstruktory oraz liczne za-
danka i projekty laboratoryjne.

0.4

18.01.2012

Piotr Kowalski

Dołączone zaczątki kolejnych rozdzia-
łów z: Kontenerów oraz Swing.

Rozdział 1

Podstawy architektury
komputera

1.1

Części składowe komputera

Do głównych elementów komputera należą

Płyta główna

Pamięć RAM

Dysk twardy

Karta graficzna

Inne elementy

Szczególną uwagę przykuwa płyta główna jako komponent odpowiedzialny

za wykonywanie obliczeń i działanie programu. Głównymi elementami wchodzą-
cymi w skład płyty głównej są:

Procesor jest główną jednostką obliczeniową całego systemu komputerowego,

przeprowadza wszystkie operacje w komputerze.

Magistrala danych jest kanałem do przesyłania danych pomiędzy komponen-

tami systemu. Jest jak ”rura” łącząca wiele wejść i wyjść. W danej chwili
jej pracy, jedno urządzenie działa w trybie nadawania a drugie w odbioru,
reszta pozostaje bierna czekając na swoją kolej. Zazwyczaj jednym z tych
czynnych urządzeń jest procesor.

Rejestry są najszybszym typem pamięci (i najdroższym) i to od ich wykorzy-

stania przez procesor w głównej mierze zależy szybkość oprogramowania.
Rozmiar rejestrów zależy od tzw. architektury procesora. Pierwsze proce-
sory były konstruowane w architekturze 16 bitowej co oznaczało że proce-
sor operował na danych o rozmiarze do 16 bitów, zatem był wyposażony
w rejestry o pojemności 16 bitów. Obecnie dominują procesowy 32 bitowe,
część rynku jest jednakże już opanowywana przez procesory 64 bitowe.

ROZDZIAŁ 1. PODSTAWY ARCHITEKTURY KOMPUTERA

Sterownik przerwań , ponieważ komputer pracuje równolegle nad być może

wieloma zadaniami, może się okazać że w trakcie pracy nad jednym z nich,
jedno z urządzeń zgłosi procesorowi żądanie by ten sprawdził jego stan
i wykonał pewne operacje. By proces ten był nadzorowany i odpowied-
nio kolejkowany (które urządzenie jako kolejne powinno być obsłużone)
wprowadzony został sterownik przerwań. Sterownik przerwań jest mikro-
kontrolerem który nadzoruje zgłaszane ”przerwania” (tu: żądania prze-
rwania bieżącego zadania przez procesor), ustala ich priorytet i delikatnie
”szturcha” procesor gdy nadejdzie przerwanie. Przykładem może być wci-
śnięcie przycisku na klawiaturze, które spowoduje zgłoszenie przerwania
celem odczytania znaku z bufora klawiatury. Innym rodzajem przerwania
są np. mrugania diody LED na przerwanie zgłaszane przez dysk twardy.

Zegar jest urządzeniem, które odmierza pewien krótki okres czasu w kompute-

rze i może być wykorzystane zarówno do przerwań systemowych, jak dla
innych celów. Zbudowane jest na zasadzie drgającej struktury krystalicz-
nej.

1.1.1

Rzecz o rejestrach

Rejestry są podstawową pamięcią komputera. To na danych w nich zawartych
są wykonywane wszystkie obliczenia. Rejestrów w architekturze rodziny proce-
sorów Intel32 występuje ich około 20-tu. Do najważniejszych należą:

EAX / AX jest rejestrem nazywanym Akumulatorem. Jego nazwa pochodzi

od tego, że to najczęściej w nim umieszczane są wyniki pracy procesora
(akumuluje wyniki).

EBX / BX jest rejestrem adresowania. W tym rejestrze składowane są adresy

w pamięci RAM w chwili gdy procesor stara się je odczytać lub zapisać.

ECX / CX rejestr odliczający. Jest rejestrem ładowanym pewną daną przy

okazji wykonywania wszelakich pętli w trakcie obliczeń. Jest ładowany
pewną wartością, która co wykonanie pętli jest zmniejszana automatycz-
nie o 1. Gdy osiągnie wartość 0 pętla jest zatrzymywana. W tej formie
rozwiązania pętli można dostrzec przewagą (i przyczynę) osobnego two-
rzenia pętli FOR.

CS, DS rejestry obszaru pamięci. Po załadowaniu programu do pamięci RAM,

obszar pamięci gdzie znajduje się kod programu jest oznaczany w reje-
strze CS (CODE SEGMENT), zaś dla danych ma adres ich składowania
znajduje się w rejestrze DS (DATA SEGMENT)

REJESTR FLAGOWY jest specjalnym rejestrem procesora, gdzie składo-

wane są nie dane wyjściowe procesora, ale błędy które zostały zgłoszone
w trakcie obliczeń.

1.1.2

Rzecz o pamięci

W kwestii pamięci procesora, wyróżnioną role pełni pamięć RAM. Dysk twardy
nie pełni żadnej innej funkcji poza funkcją składowania danych. Wszelkie ope-
racje procesora na danych z dysku, muszą być poprzedzone przekopiowaniem

ROZDZIAŁ 1. PODSTAWY ARCHITEKTURY KOMPUTERA

tychże danych do pamięci RAM procesora. Pamięć RAM po załadowaniu sys-
temu operacyjnego jest dzielona na obszar do użytku oraz na stos procesora.
Stos procesora jest miejscem gdzie mogą być składowane dane. Zgodnie z za-
sadą stosu rzeczy odłożone później są zdejmowane wcześniej. Stos jest bardzo
często wykorzystywanym obszarem pamięci.

Przykłady użycia stosu

Tymczasowe zachowanie stanu rejestrów, np gdy potrzeba rejestrów do

kolejnych obliczeń a nie można poświęcić posiadanych danych.

Wykonanie przerwania - w chwili pojawienia się przerwania wszystkie dane

nad którymi pracował procesor muszę być zachowane tak by po zakończe-
niu przerwania procesor mógł kontynuować pracę. Na stos są wtedy zrzu-
cane wszystkie używane rejestry włącznie z flagowym oraz wskaźnikiem
do punktu w kodzie gdzie nastąpiło przerwanie.

Wywołanie funkcji - w chwili wywołania funkcji podobnie jak przy prze-

rwaniu, wszystkie dane zostają zapisane na stosie.

Przekazanie parametrów do funkcji - Często lista parametrów funkcji jest

bardzo długa. Wtedy nie jest możliwym przekazać ich przez rejestry (
przekazywanie przez rejestry jest nawet nie wskazane). Jedyną możliwością
jest odłożyć je wtedy przez stos tak by nowa funkcja mogła go łatwo
odzyskać ze stosu.

1.1.3

Rzecz o programowaniu

W programowaniu występuje mnóstwo głównych reguł. Jednakże najważniejsze
reguły informatyki to:

Niezależność poziomów programowania

Zgodność wstecz

Poziomy programowania

Napisanie programu jest z reguły rzeczą trudną. Wymaga dokładnego przemy-
ślenia sytuacji, z którą program ma sobie radzić, zapobiec dopuszczenia do błędu
programu oraz wykonania optymalnej ilości operacji by kod był szybki. Nie jest
jednak nigdy tak, że jeden programista pisze cały program. Częściej programi-
ści dzielą program na małe części i każdy realizuje jego część. Nigdy nie jest
również tak, że program raz napisany nie zostanie już nigdy poprawiony. Ważną
zasadą jest więc właśnie to by programy mogły korzystać z siebie nawzajem
w sposób bezpieczny i niezmienny pomimo oczywistych poprawek lub niezna-
jomości innego programu. Prostym przykładem jest np. zainstalowanie nowego
sterownika do drukarki. Pomimo, że program sterownika działa zupełnie inaczej,
programy wyżej powinny mieć możliwość wywoływać DRUKUJ bez względu na
to jak dany sterownik realizuje tą funkcję. Jest to tzw. niezależność poziomów
programowania.

ROZDZIAŁ 1. PODSTAWY ARCHITEKTURY KOMPUTERA

Interfejsy

Interfejsem będziemy nazywać dowolny zestaw czynności udostępnianych przez
program lub aplikację. Tak naprawdę zaś interfejs jest fikcyjnym programem,
który ma zapewniać to, że inne programy będą mogły się do pewnej funkcjonal-
ności odwoływać pomimo, że programista mógł zupełnie zmienić samą funkcję.
Korzystanie z interfejsów zapewnia jednak to, że programy mogą ze sobą bez-
piecznie współpracować, mimo iż byłyby modyfikowane.

Zgodność wstecz

Niektórzy nazywają największą zmorą programistów. Przyczyny jej stosowania
są czysto ekonomiczne. Zachowanie zgodności wstecz to nic innego jak zapewnie-
nie starszym programom możliwości pracy. I również w tym punkcie nieocenione
okazują się być interfejsy, które potrafią poprawić to co robią stare programy i
w miarę możliwości zastosować usprawnienia. Przykładem jest np. to że nowe
wersje MS-WORDa potrafią otwierać pliki z poprzedniej wersji programu np z
roku 97. Pomimo to, programy te niechętnie pozwalają zapisywać w starych for-
matach, które są mniej wydajne lub wręcz nie pozwalają na pewne dodatkowe
funkcje. Z tej samej przyczyny architektura systemu MS-Windows nie zmieniła
się zbytnio od roku 1994.

1.2

Języki programowania

Pomiędzy językiem który rozumie procesor komputerowy, a językiem ludzkim
jest olbrzymia przepaść. Nie jest możliwym aby przeskoczyć te różnice i ani
procesor nie zacznie ”słuchać po ludzku” ani programista nie napisze programu
za pomocą ciągu zer i jedynek. Muszą istnieć zatem narzędzia, specjalne trans-
latory które tłumaczyły by nawzajem te języki. Jako, że różne są potrzeby i
wymagania wyróżnia się 5 generacji języków.

Języki procesora - I Generacja - jest językiem komend procesora, jego

składnia jest różna dla różnych procesorów i jest bardzo zorientowana na
stronę techniczną procesora. Dominuje tu poprawianie programu poprzez
lepsze realizowanie poleceń procesora.

Języki komend procesora - II Generacja - Asemblery - jest to język dy-

rektyw wydawanych procesorowi. Nie zależy on od rodzaju procesora. W
programach tych poprawianie realizuje się poprzez lepsze zarządzanie pa-
mięcią. W asemblerach pisze się głównie sterowniki dla sprzętu.

Języki proceduralne - III Generacja - podstawowa generacje języków pro-

gramowania. Jest to najniższa generacja języków niezależnych sprzętowo
tzn. ten sam kod programu działa tak samo na różnych komputerach,
choćby były zupełnie inaczej zbudowane. Słowo proceduralne w nazwie
określa, że programista dokładnie określa zadanie, które wykonać ma pro-
gram. Przykładowe języki programowania to C, C++ ,C#, D, Pascal,
Java, Ada95.

Języki deklaratywne - IV Generacja - języki programowania z tej grupy są

bardzo przyjazne użytkownikowi. W przeciwieństwie do proceduralnych,

ROZDZIAŁ 1. PODSTAWY ARCHITEKTURY KOMPUTERA

tu program automatycznie stara się zrozumieć co miał na myśli użytkow-
nik by uzupełnić jego kod. Przykładami takich języków są : SQL, HTML,
XML, BASH, PYTHON, PERL, PHP , AWK.

Języki inteligentne - V Generacja - dopiero rozbudowywana gałąź samo-

uczących się programów. Rzadko stosowana.

Języki I i II generacji nazywa się językami niskiego poziomu - jako, że pozwalają
tworzyć oprogramowanie zależne od sprzętu, języki wyższych generacji nazywa-
ne są językami wysokiego poziomu, jako niezależnym sprzętowo.

1.2.1

Od kodu do programu

Ze względu na to, że języki V generacji są wielką innowacją, a języki II generacji
są niewydajne w tworzeniu aplikacji, programiści skupiają się na pracy w języ-
kach III i IV generacji. Programy stworzone w językach III generacji nazywamy
kodem, zaś programy stworzone w IV generacji nazywamy skryptami. Pomiędzy
nimi zachodzi istotna różnica.

Z tą różnicą związane są dwa pojęcia

Kompilator - program komputerowy, którego zadaniem jest tłumaczenie kodu

na języki coraz to niższego poziomu, aż do utworzenia kodu maszynowego.
Jest to postępowanie, któremu podlegają języki 3 poziomu.

Interpreter - program komputerowy, którego zadaniem jest wykonanie ciągu

poleceń umieszczonych w programie języka IV generacji, zwanym skryp-
tem. Jest to opis ciągu wywołań kolejnych programów niższego poziomu,
celem uzyskania określone efektu.

Z racji istnienia takiej struktury rzeczy, zauważyć możemy, że jeden kod wysokie-
go poziomu, może różnie działać ze względu na miejsce jego kompilacji. Oznacza
to również, że skompilowany program przeniesiony na inną stację komputerową
może działać błędnie lub w ogóle. Z drugiej strony mamy jednak zapewnienie,
że na poziomie logicznym kod wykonany na jednej i drugiej stacji da takie same
wyniki.

1.3

Funkcje systemu operacyjnego

1.3.1

Jądro systemu operacyjnego

W komputerze niezwykle istotną funkcję pełni system operacyjny (ozn. OS).
Pełni on role interfejsu pomiędzy programami, a architekturą komputera i urzą-
dzeniami doń podłączonymi. System operacyjny składa się z:

Jądra systemu

Aplikacji systemu

Sterowników

Aplikacjami systemu są wszystkie programy zainstalowane na systemie by za-
pewnić jego podstawową działalność. Wszystko co komputer może wykonać dla

ROZDZIAŁ 1. PODSTAWY ARCHITEKTURY KOMPUTERA

innych programów w systemie jest jednakże zdefiniowane w jądrze systemu ope-
racyjnego. Nie jest możliwym by jakikolwiek program znajdujący się powyżej
poziomu jądra systemu był w stanie bezpośrednio wywołać aplikacje z poziomu
poniżej. Jądro systemu świadczy zestaw metod i jeśli jakieś zastosowanie jest
zgodne z zasadami pracy systemu komputerowego, to jest przesyłane poniżej.
Najczęściej jądro służy do przekazania poleceń wywołania do poszczególnych
sterowników. Sterowniki mają szczególną pozycję w systemie operacyjnym i dla-
tego ich instalacja musi być bardzo odpowiedzialna. Taka struktura systemu ma
natomiast wiele zalet w kwestii bezpieczeństwa. W ten sposób programy, wy-
woływane osobno nie mogą mieć na siebie wzajemnego wpływu, gdyż wszystkie
operacje są nadzorowane przez jądro systemu.

1.3.2

BIOS i uruchomienie stacji

BIOS jest specyficznym rodzajem oprogramowania. Jest to oprogramowanie ty-
pu ROM tzn. jedynie do odczytu (choć od tego by był to czysty ROM, ostatnio
się odchodziło to obserwuje się tego negatywne skutki), związane z poszczegól-
nymi elementami stacji komputerowej. Jedną z głównych rol BIOSu jest uru-
chamianie stacji. Kolejne etapy uruchamiania stacji (orientacyjne):

1. Start BIOSu płyty głównej

2. Poszukiwanie na kolejnych pozycjach systemów operacyjnych

3. Start jądra systemu

4. Start podstawowych usług systemu - montowanie systemów plików

5. Start trybu graficznego (lub nie :P)

6. Wyświetlenie okna logowania

1.3.3

Systemy plików

Nie rozłącznym pojęciem dla każdego OS-u jest system plików. Jest to sposób
zapamiętywania danych na dysku twardym. Sposób taki, musi być wydajny -
byśmy mogli zapisać jak najwięcej danych oraz bezpieczny - byśmy nie stracili
danych. Jak łatwo przypuszczać ma się albo jedno albo drugie. Najczęściej całość
wygląda następująco.

DYSK FIZYCZNY - stanowi górny limit dla składowania danych.

PARTYCJA - obszar zapamiętania poszczególnych danych.

SEKTORY - obszar umieszczenia danych

KLASTRY - jednostka pojemności pamięci. Pojedyncza dana zapisana na dys-

ku jest w klastrze.

Dysk fizyczny, ma w swoim nagłówku listę wszystkich partycji na niej utwo-
rzonych (TABLICA PARTYCJI).Oprócz tego znajduje się tu również MBR
(MasterBootRecord) bardzo ważny element wskazujący położenie ewentualnego
programu ładującego system operacyjny. Partycja zaczyna się z kolei elemen-
tem TOC (TABLE OF CONTENT) - tj tablicy zawierania. Są tu umieszczone

ROZDZIAŁ 1. PODSTAWY ARCHITEKTURY KOMPUTERA

wszystkie pliki na dysku, a dokładniej lokalizacja ich początku. Pliki znajdują
się na dysku w postaci rozproszonej. W TOC znajduje się położenie pierwszego
kawałka pliku, na końcu pierwszego kawałka znajduje się położenie następnego
kawałka itd. Systemami plików stosowanymi obecnie są: NTFS dla windows,
EXT3/4 dla linux. Oprócz tego historyczne formaty to FAT16, FAT32 i VFAT
(obecnie na pendrive’ach).

1.3.4

Funkcja hashująca w systemie plików

Stosowanie tablicy plików jest dobrym rozwiązaniem w kwestii zapisu plików,
jednak zapis nie jest jedyną główną operacją w systemie plików. Inną przykłado-
wą funkcją systemu plików jest wyszukiwanie pliku o pewnej cesze, powiedzmy
nazwie. Prosta tablica plików nie jest wygodnym do poszukiwania rozwiązaniem.
Trzeba by przejrzeć średnio połowę, a w najgorszym wypadku wszystkie zapisy
tablicy, których może być bardzo dużo. Potrzebna jest subtelniejsza struktura,
która jednak nie spowoduje opóźnień w dostępie do plików.

Najprostszym rozwiązaniem byłoby podzielenie jedne dużej tablicy na kil-

ka (a raczej kilka-dużo np kilka tysięcy) mniejszych tablic zawierających tylko
wybrane rekordy. Więc można by przykładowo podzielić tekst ze względu na
pierwszą literę w nazwie pliku. To podzieli zespół nazw na około 27 grup, co
skróci przeszukiwanie 27 razy ...

Błąd. Przyśpieszenie wcale nie będzie nawet tak średnio dobre. Problemem

jest liczność poszczególnych grup. Jak często trafiają się nam słowa na literę Y
a jak często na literę K. Podział, który powinniśmy zastosować powinien zapew-
nić nam możliwie równomierne rozłożenie składu tych grup. Zatem potrzebne
jest przyporządkowanie odpowiednich grup odpowiednim nazwom. Są to bardzo
skomplikowane w wypracowaniu, ale proste w użyciu funkcje nazywane fachowo
hashującymi.

Rozdział 2

Algorytmy i struktury
danych

Napisanie programu nie jest niczym trudnym. Prawdziwą trudnością programi-
styczną jest zrobienie tego przy minimalnych nakładach. Programy optymalizuje
się ze względu na dwie ich cechy:

Ilość operacji - mierzona w taktach procesora;

Zużycie pamięci - mierzona w ilości wykorzystanej pamięci

W zależności od stawianych sobie wymagań wykorzystuje się różne struktury i
różne metody prowadzenia obliczeń. Postaram się teraz omówić kilka najprost-
szych struktur.

2.1

Struktury statyczne

Pierwszym typem struktur są struktury statyczne. Wszędzie w programowaniu
określenie statyczne będzie się odnosiło do tworów, które są tworzone w chwili
uruchomienia kodu (tzn. już w momencie uruchomienia programu, a zanim zo-
stanie wykonane jakiekolwiek polecenie te struktury otrzymują swój przydział
w pamięci).

2.1.1

Tablice

Tablice są najprostszym sposobem łączenia wielu danych. Pozwalają one połą-
czyć jednakowe obiekty w jedną większą strukturę. Cechą naturalną tablicy jest
jej długość i rodzaj zawieranych danych.

2.1.2

Rekordy

Rekordy są sposobem na generowanie bardziej złożonych typów danych poprzez
łączenie określonej liczby elementów prostszych. Najlepszym przykładem jest
data, która jest typem złożonym z liczby odpowiadającej dniu, liczby odpo-
wiadającej miesiącowi oraz liczby roku. Cechą szczególną rekordów jest to, że
potrafią łączyć składowe różnych typów w przeciwieństwie do tablic.

ROZDZIAŁ 2. ALGORYTMY I STRUKTURY DANYCH

2.1.3

Obiekty

Obiekty w najprostszym ujęciu są pewnym uogólnieniem rekordów, ale że jest
to temat obszerny jeszcze zdąży być omówiony.

2.2

Struktury dynamiczne

2.2.1

Stos

Często fachowo pieszczotliwie nazywany LIFO (Last In - First Out). Informa-
tycy żartują, że ta struktura danych została stworzona przez Jezusa (”Pierwsi
będą ostatnimi, a ostatni pierwszymi”). Jako struktura ma następującą postać.
By utworzyć stos potrzebne są dwa twory. Twór o nazwie stos, oraz twory o
nazwie elementy stosu. Element stosu jest swego rodzaju otoczką, która oto-
czy element odkładany na stos. Ponadto każdy element stosu wskazuje element,
który znajduje się na stosie poniżej jego, lub jeśli jest ostatni nie pokazywać
niczego. Twór stosu jest zarządcą struktury. Pokazuje zawsze wierzchołek stosu
oraz wie jak zrealizować dwie główne operacje stosu.

PUSH - odłożenie kolejnego elementu na stos.

POP - zdjęcie elementu z wierzchołka stosu.

Operacjami, które są bardzo trudnymi do wykonania na stosie to usuwanie z
wnętrza stosu oraz np. sortowanie.

2.2.2

Kolejka

Kolejka jest z kolei pieszczotliwie nazywana FIFO (First In - First Out). Po-
dobnie jak stos, struktura ta składa się z elementów kolejki i samej kolejki.
Elementy kolejki pokazują element je poprzedzający (”ta pani stała przede tu
przede mną”), zaś sama kolejka musi tym razem pamiętać i swój początek i swój
koniec. Operacje identyczne jak dla stosu.

2.2.3

Lista

Zwana też niekiedy listą dwukierunkową. W tej strukturze zmianie ulegają ele-
menty listy, które pamiętają i poprzednika i następnika. Użycie takiej ulepszonej
kolejki pozwala łatwo z niej usuwać elementy.

2.2.4

Drzewo binarne

Z goła odmiennymi strukturami są drzewa. Drzewa są strukturami o zupeł-
nie odmiennym podejściu niż listy, kolejki i stosy. Drzewa składają się z tworu
drzewa oraz tzw. węzłów (ang. node) (którym odpowiadają rozgałęzienia). Drze-
wo pamięta swoją podstawę tzw. korzeń (ang. root). Węzły są otoczką dla da-
nych. Dodatkową informacją jest położenie kolejnych węzłów. Jeden węzeł może
wskazywać wiele innych węzłów (maksymalnie pewną określoną ilość - najczę-
ściej dwa). Jeśli węzeł nie wskazuje żadnych kolejnych węzłów to nazywamy go
liściem (ang. leaf). Drzewa, a w szczególności drzewa binarne są najlepszą struk-
turą do przechowywania uporządkowanych struktur danych. W takim układzie

ROZDZIAŁ 2. ALGORYTMY I STRUKTURY DANYCH

wyszukiwanie, usuwanie, dołączanie i wiele innych operacji może być wykona-
nych rekordowo szybko.

2.2.5

Graf

Tak po prawdzie wszystkie struktury danych są z punktu widzenia matematyki
pewnymi grafami. Dla ogólnych grafów najczęściej tworzy się tablicę z posia-
danych danych oraz inną strukturę do oznaczenia krawędzi i ich ewentualnych
wag.

2.3

Porównanie typów struktur

Struktury dynamiczne są najczęściej stosowanymi w programowaniu. Struktu-
ry statyczne co prawda wśród swoich zalet mają prostotę oraz maksymalną
szybkość przy tworzeniu i dostępie, jednakże mają znacznie poważniejsze wa-
dy. Absorbują i nigdy nie zwalniają dużej ilości miejsca, jak również że przy ich
tworzeniu może nie istnieć dostatecznie długa przestrzeń pamięci by ją utworzyć.

Rozdział 3

Wstęp - instalacja
zintegrowanego środowiska
programistycznego dla Javy

W części pierwszej skupimy się na przygotowaniu komputera jako stanowiska
pracy programisty. W przypadku programowania w technologii Java (nazywa-
my to technologia, gdyż myślimy łącznie o języku, narzędziach, jak i sposobie
myślenia), może być to wykonane niemalże na każdym ciut bardziej zaawanso-
wanym urządzeniu elektronicznym, telefon, tablet, netbook aż w końcu nawet i
największych komputerach. W odróżnieniu od poprzedzających ją technologii,
raz napisany program będzie mógł działać na każdym urządzeniu. Technologie
takie jak C/C++, Ada95, Pascal czy inne generowały kod maszynowy, który
pozwalał programom działać na urządzeniach o podobnej specyfikacji. Często
aby zaadaptować ten sam program potrzebne były poprawki jego kodu. W przy-
padku Javy, ten problem został niemal doszczętnie wyeliminowany.

3.1

Czym jest wirtualna maszyna Javy oraz naj-
ważniejsze składowe technologii

Podstawowym problemem kompilacji

programów, jest to że w pewien spo-

sób umieszcza ona w kodzie maszynowym

konstrukcję komputera na którym

została przeprowadzona. W przypadku Javy rozwiązano to poprzez specjalny
program instalowany w urządzeniu, który udaje przed programem napisanym
w Javie, cały komputer. Sprawia to że cały kod można łatwo przenosić pomię-
dzy urządzeniami. Tym programem jest wirtualna maszyna Javy (JVM - Java
Virtual Machine). Jej instalacja jest niezbędna do tego by na danym urządzeniu
dział jakikolwiek program w tej technologii.

Wirtualna maszyna jest obecnie jedynie częścią większej całości. Do tego

by uruchamiały się programy potrzeba również wielu standardowych bibliotek.
Wirtualna maszyna razem wspólnie z tymi bibliotekami jest udostępniania jako

proces zamiany kodu programu podanego przez programistę na jego binarny odpowiednik

dla procesora

kod po kompilacji, kod binarny rozumiany przez komputer

ROZDZIAŁ 3. WSTĘP - INSTALACJA ZINTEGROWANEGO ŚRODOWISKA PROGRAMISTYCZNEGO DLA JAVY16

środowisko uruchomieniowe java (JRE - Java Runtime Environment). W przy-
padku programistów potrzeba jeszcze znacznie więcej bibliotek, podobnie jak
dużo dokumentacji i innych narzędzi. Wszystko wspólnie można pobrać jako
Zestaw Narzędzi Programisty Java (JDK - Java Development Kit). JDK wystę-
pują w różnych wersjach. Zalecane jest zawsze używanie najnowszych, jako naj-
bezpieczniejszych i najaktualniejszych. JDK powinna być dołączona do systemu
przy instalacji IDE (o którym zaraz). Jeśli nie została, należy ją doinstalować
ręcznie.

3.2

Czym jest IDE

O tym jak dużo jest czasami pracy aby z kodu napisanego przez programistę
zrobić kod rozumiany przez komputer, wystarczy zapytać starszych programi-
stów. Tymczasem prawda jest taka, że ten proces jest dość prosty, a jedynie
bardzo męczący w prowadzeniu. Zgodniej z zasadą co nudne należy automaty-
zować wkrótce powstały narzędzia, które miały przejąć od programisty zadanie
pilnowanie tego. Programy te są rozwijane po dziś dzień i większość programi-
stów nie wyobraża sobie pracy bez nich. Główne aspekty z procesu tworzenia
kodu przez nie monitorowane to

Proces kompilacji kodu

Weryfikacja składni kodu

Zarządzanie bibliotekami

Zarządzenia konfiguracją

Nadzór wersji kodu

Zarządzanie testami

Pobieranie brakujących bibliotek

Generowanie prostych i monotonnych fragmentów kodu

Przeszukiwanie kodu źródłowego

Reorganizacja nazw w kodzie (tzw. refaktoring)

Podpowiadanie i kolorowanie składni

Generowanie i przedstawianie dokumentacji

Wszystkie narzędzia o których tu wspominam są nazywane IDE czyli zintegro-
wanymi środowiskami programistycznymi (ang. Integrated Development Envi-
ronment).

W przypadku języka Java na rynku dominują dwa najsilniejsze programy

(oba darmowe). Jednym z nich jest Eclipse, stanowiący wolne oprogramowanie
będące własnością Fundacji Eclipse. Drugim programem jest Netbeans, darmo-
wa aplikacja stanowiąca własność amerykańskiego giganta na rynku oprogra-
mowania czyli firmy Oracle (firmy, który wykupiła firmę Sun - twórców języka
Java). Zasadniczo osoby, które są z zawodu programistami i tworzą duże pro-
jekty, wybierają za swoją platformę Eclipse, jako prościej konfigurowalny do

ROZDZIAŁ 3. WSTĘP - INSTALACJA ZINTEGROWANEGO ŚRODOWISKA PROGRAMISTYCZNEGO DLA JAVY17

ich potrzeb. Osoby o mniejszych potrzebach programowania z reguły wybierają
Netbeans, z uwagi na dużą ilość wbudowanych narzędzi. O ile kod java może
być bezproblemowo przenoszony pomiędzy platformami Eclipse i Netbeans, o
tyle konfiguracja projektów i algorytmu budowania różnią się na tyle, że z re-
guły nie udaje się przenieść projektu pomiędzy tymi platformami. Oczywiści
skompilowane kody przenoszą się bez problemu.

Z uwagi na początkujący charakter czytelnika, w dalszej części zakładamy, że

czytelnik posiada na swoim komputerze zainstalowany zarówno zestaw narzędzi
Java czyli jdk jak i Netbeans IDE. W takim układzie możemy spokojnie przejść
do nauki podstaw tego prostego języka jakim jest Java.

Rozdział 4

Podstawy języka Java

Aby nie programować na kartce papieru zacznijmy od razu od utworzenia nowe-
go projektu. Wybierzmy z menu plik okna Netbeansa, nowy projekt typu Java
Application i nazywamy go HelloWorld. Automatycznie zostanie nam wygene-
rowana klasa HelloWorld oraz w niej funkcja main(String[]). Aby nasz projekt
coś napisał musimy wywołać metodę println() z klasy System dla jej elementu
out tj.

System.out.println("Hello World!!"); // tak wypisujemy tekst na ekranie

Co musimy umieścić w kodzie funkcji main(String[]):

public static void main(String[] args) {

System.out.println("Hello World!!"); // tak wypisujemy tekst na ekranie

}

Aby mieć lepsze zrozumienie co tak naprawdę się stało możemy zrobić to wolniej

public static void main(String[] args) {

String hello = "Hello World!!"; // tak tworzymy zmienną o typie tekstu
System.out.println(hello); // tak wypisujemy zmienną tekstową
// a to oczywiście był znak komentarza

}

Program utworzył nową zmienną o nazwie hello i wstawił tam ciąg znaków Hello
World!!, a następnie wypisał stan tej zmiennej.

4.1

Zmienne w Javie. Pierwsze starcie

Programowanie jest niczym innym jak opracowywaniem pewnego zbioru danych.
Dane te muszą znaleźć się najpierw w pamięci komputera. To co wyróżniło Javę
w porównaniu do jej poprzedników to sposób w jaki można modelować bardzo
skomplikowane dane. Tak czy inaczej musimy poznać podstawowe typu danych
aby umieć z nimi pracować.

W Javie typy danych można podzielić na podstawowe 4 grupy

1. Prymitywne

2. Wyliczeniowe

ROZDZIAŁ 4. PODSTAWY JĘZYKA JAVA

3. Tablicowe

4. Klasy

Zacznijmy od najprostszych

4.1.1

Typy prymitywne

Typu prymitywne są podwalinami wszystkich pozostałych typów danych. Po-
zwalają one gromadzić najprostsze informacje w pamięci komputera. Jest 8 ty-
pów prymitywnych. Pierwsze 4 czyli ’byte’, ’short’, ’int’ oraz ’long’ są typami
które służą do przechowywania w pamięci komputera liczb całkowitych. Dwa
kolejne czyli ’float’ i ’double’ służą do przechowywania w nich liczb zmienno-
przecinkowych czyli przybliżeń liczb rzeczywistych. Typ do składowania danej
zmiennej wybiera programista i musi kierować się wartościami liczba jakie będą
tam składane. Najczęściej wybiera się typy int oraz double. Ostatnie dwa ty-
py to ’char’, czyli znak alfanumeryczny oraz ’boolean’ czyli typ prawda-fałsz.
Poniżej przykład zadeklarowania (zgłoszenia do użycia) każdego z powyżej wy-
mienionych typów.

/* typy całkowite */
byte calkowity1bajt;
short calkowity2bajty;
int calkowity4bajty;
long calkowiry8bajtow;
/* typy zmiennoprzecinkowe */
float zmiennoprzecinkowa4bajty;
double zmiennoprzecinkowa8bajtow;
/* inne zmienne */
char znak;
boolean logiczny;

W przypadku Javy, wszystkie nieprzypisane wartości prymitywne są od razu

inicjowane pewną wartością. Dla liczb są to zera, fałsz dla typu logicznego oraz
znak pusty dla typu znakowego.

4.1.2

Typy wyliczeniowe

Typ wyliczeniowy tworzy się poprzez stworzenie ciągu określeń, które wypełnia-
ją jego sens. Np.

enum PoraRoku { WIOSNA, LATO, JESIEN, ZIMA};

Przyjmuje się, że wartości stałe nazywa się pisząc wszystko dużymi literami.

Odróżnia to je od tworzonych zmiennych, do nazwania których używa się mały
liter. Jeśli nazwa zmiennej ma łączyć w sobie kilka słów, przyjmuje się że poza
pierwszym z nich, wszystkie rozpoczynamy z wielkiej litery. Później dowiemy
się, że wszystkie pierwsze litery piszemy z wielkiej litery np. w nazwach klas.

Jak używa się typu wyliczeniowego? Bardzo prosto

enum PoraRoku { WIOSNA, LATO, JESIEN, ZIMA};
/**

ROZDZIAŁ 4. PODSTAWY JĘZYKA JAVA

* @param args the command line arguments
*/
public static void main(String[] args) {
/* użycie typu wyliczeniowego */
PoraRoku pora = PoraRoku.WIOSNA;
}

Typy wyliczeniowe mają jeszcze inne możliwości ale na razie je przemilczymy.

4.1.3

Typy tablicowe

Tworzenie bardziej skomplikowanych danych jest możliwe na dwa sposoby. Pierw-
szym z nich jest łączenie kilku cech i określanie ich wspólną nazwą np. przez
adres zamieszkania danej osoby można rozumieć zgrupowanie w pamięci kompu-
tera nazwy miasta, nazwy ulicy i numeru domu/mieszkania. Ten typ doprowadzi
nas do pojęcia klasy. Tymczasem na razie interesuje nas drugi z typów genero-
wania nowych typów. Gdy nauczyciel wchodzi do klasy i mówi, że ”ma wyniki
klasówki” to odnosi się do do nich jak do pojedynczego tworu. Wynik klasówki
składa się z grupy elementów tego samego typu. Nauczyciel sprawdzał je bio-
rąc klasówkę numer 1, potem klasówkę numer 2 i tak kolejno. Tworzyć większe
typy danych można zatem również grupując twory podobnego kształtu w tabli-
cę tychże tworów. Do tworzenia tablic używa się operatora[] umieszczając przy
typie który ma stać się bazą tablicy.

int[] tablicaLiczbCalkowitych = {1,2,3,4,5};
char[] tekst = {’s’,’ł’,’o’,’w’,’o’};
boolean[] prawyIFalsze = { true, false, false, true};
double[] liczby = { 3.14, 2.78};
PoraRoku[] ulubionePoryRoku = {PoraRoku.LATO,PoraRoku.JESIEN};

tablicaLiczbCalkowitych[2]=3; // a tak uzyskujemy dostęp do
//któregoś elementu tablicy

Uwaga nie ma przeciwwskazań aby również elementy klas łączyć w tablice.

4.1.4

Klasy

Jeżeli chodzi o klasy w javie to potrafią one opisać niemal wszystko. Wszyst-
kie typy danych, które nie są typami prymitywnymi okazują się być obiektami.
Obiekty to twory pasujące do pewnego wzorca czyli klasy. Łatwo zrozumieć
różnice pomiędzy obiektami, a klasami. Klasą jest człowiek, natomiast palcem
wskazana osoba jest stworzona na podstawie klasy człowieka i to czyni ją obiek-
tem człowieka.

Klasą są np. tworzone przez nas przed chwilą tablice. Najpowszechniej sto-

sowaną klasą jest klasa String czyli rozbudowana tablica znaków alfanumerycz-
nych. W prostych słowach, ’String’ może reprezentować słowo, zdanie lub całe
strony tekstu.

To co jest potrzebne nam w pierwszej fazie kursu to jedynie wiedza o tym

jak stworzyć najprostszą klasę. Przykładowa klasa odpowiadająca Adresowi Za-
mieszkania wyglądała by jak poniżej:

ROZDZIAŁ 4. PODSTAWY JĘZYKA JAVA

static class AdresZamieszkania{
String miasto;
String ulica;
int numerDomu;
int numerMieszkania;
}

Znaczenie słowa static na razie przemilczymy.

Aby użyć naszej funkcji wewnątrz funkcji ’main’ musimy

AdresZamieszkania adres = new AdresZamieszkania();
adres.miasto="Łódź";
adres.ulica="Piotrkowska";
adres.numerDomu=1;
adres.numerMieszkania=2;

Słowo ’new’ jest używane do tworzenia nowych obiektów o danym typie. Potem
widzimy, że dzięki operatorowi kropki mogliśmy nadać wartości zmiennym w
pamięci.

4.1.5

I jeszcze o zmiennych

Omówmy jeszcze inne istniejące umowy dotyczące zmiennych w Javie. Nazwa
zmiennej może składać się z dużych i małych liter, cyfr i znaków podkreślenia.
Nazwa nie może składać się zacząć się od cyfry, a rozmiar liter ma znaczenie
(tzw. CASE SENSITIVE). Obowiązuje jednak umowa która obowiązuje mówi,
że

1. Nazwa zmiennej ma być znacząca - czyli odpowiadać jej treści lub zasto-

sowaniu

2. Powinna zaczynać się od małej litery

3. Nie powinna zawierać znaku podkreślenia

4. Jeśli składa się z kilku słów języka codziennego to pierwszą literę nowego

słowa (prócz pierwszego z tych słów) wyróżnia się dużą literą

Zatem dla zmiennej typu int przechowującej ilość wykonań licznika pętli dekla-
racja powinna wyglądać następująco:

int iloscWykonanLicznikaPetli;

W tym dodam jeszcze uwagę. Każda linia wykonywalna (czyli prawie każda linia
kodu prócz kilku wyjątków) musi być zakończona znakiem ’;’.

4.1.6

Słowa zarezerwowane

Jest też lista słów tzw. kluczowych lub zarezerwowanych, które nie mogą być
użyte jako nazwy zmiennych. Oto ich lista

abstract

continue

for

new

switch

assert

default

package

synchronized

boolean

goto

private

this

ROZDZIAŁ 4. PODSTAWY JĘZYKA JAVA

break

double

implements

protected

throw

byte

else

import

public

throws

case

enum

instanceof

return

transient

catch

extends

int

short

try

char

final

interface

static

void

class

finally

long

strictfp

volatile

const

float

native

super

while

4.1.7

Znaki niepisane

Problemem przy wypisywaniu jest gdy próbujemy wykonać coś co nie ma zna-
ku literowego na klawiaturze. Wśród całej gamy znaków są bowiem znaki tzw.
niepisane, które nie mają symbolu. Przykładem jest np. znak nowej linii. Ję-
zyk Java rozwiązuje ten problem definiując te znaki z użyciem znaku ”\” jako
symbolu specjalnego mającego zapewnić odmienną interpretacje. I tak:

\n - oznacza znak nowej linii

\t - oznacza znak tabulacji.

\v - tabulacja pionowa

\a - alarm

\f - nowa strona

\b - backspace

\” - do obsługi klamer w wypisywaniu

\\ - do obsługi znaku \w wypisywaniu

4.1.8

Rzutowanie

Język Java podobnie do języka C/C++ pozwala w łatwy sposób rzutować zmien-
ne na inne. Nie robi tego jednak tak często i chętnie jak swój poprzednik i wyma-
ga by wprost pisać, że nastąpi rzutowanie. Nie każde rzutowanie jest poprawne
(np. bitowo nie należy rzutować floata na int), a gdy się je stosuje czasem mimo,
że nie jest to wymagane, warto zaznaczyć że miało miejsce rzutowanie. Przykład
prostego rzutowania:

char literka = ’a’;
int noLiterki = (int) literka;

4.1.9

Typ specjalny void

Spośród wszystkich typów typ void jest bardzo wyjątkowy. W wielu językach
rozróżnia się procedury i funkcje. Przyjmuje się, że funkcja musi coś zwrócić,
zaś procedura tego nie robi. W programowaniu jednak przyjmuje się zasadę, że
jeśli pewne działanie nie musi niczego zwracać, to niech przynajmniej zwróci
jakiś kod błędu lub jego braku. Dlatego funkcje w Javie zawsze coś muszą zwra-
cać. Najbezpieczniej by był to typ int, jednak z czasem by wyróżnić ten typ
utworzono specjalny typ, który nie zawiera żadnych informacji nazwany typem
void.

ROZDZIAŁ 4. PODSTAWY JĘZYKA JAVA

4.2

Podstawowe operacje w języku Java

Mając do dyspozycji podstawowe typy danych bylibyśmy w stanie napisać naj-
prostsze programy o ile tylko znalibyśmy komendy jakie możemy wykonywać.
Najogólniej pisząc to co można robić w każdym z języków programowania to są
3 rzeczy

Sprawdzać, przy pomocy instrukcji warunkowych

Powtarzać, przy użyciu pętli

Wykonywać zwarte bloki kodu, przy pomocy napisanych funkcji.

Omówmy je sobie kolejno:

4.2.1

Instrukcje warunkowe

Instrukcje warunkowe pozwalają określić przypadki w jakich określony kod ma
zostać wykonany. Podstawową instrukcja tutaj jest ’if’. Blok if wygląda nastę-
pująco

if (/*warunek logiczny*/) {
// ciąg instrukcji
}

W odróżnieniu od C++ w Javie warunkiem w if może być wyłączanie ciąg
instrukcji kończący się wartością logiczna czyli zmienną typu boolean. Warunek
if może mieć również dwie poniższe postaci

if (/*warunek logiczny*/) {
// ciąg instrukcji
} else {
// alternatywny ciąg instrukcji
}

lub

if (/*warunek logiczny*/) {
// ciąg instrukcji
} else if (/* inny przypadek */) {
// inny ciąg instrukcji
} else {
// alternatywny ciąg instrukcji
}

Drugim typem instrukcji warunkowej jest instrukcja ’switch’. W przypadku

Javy instrukcja ta może jedynie działać dla zmiennych typu prymitywnego oraz
kilku innych nielicznych jak np. String czy typ wyliczeniowy.

int zmienna = 5;
switch(zmienna){
case 2:
System.out.println("Zmienna wynosi 2");
break;

ROZDZIAŁ 4. PODSTAWY JĘZYKA JAVA

case 3:
case 4:
System.out.println("Zmienna wynosi 3 lub 4");
break;
case 5:
System.out.println("Zmienna wynosi 5");
case 6:
System.out.println("Zmienna wynosi 5 lub 6");
break;
default:
System.out.println("Brak inne dopasowania - wybrano domyślne");
}

Jak widać składa się ona z bloku poprzedzonego założeniem przełącznika (switch)
dla zmiennej o identyfikatorze zmienna. Potem wymienione są przypadki (case)
w których podane są wartości które tego przypadku dotyczą. Przetwarzane są
instrukcje do czasu końca bloku lub wystąpieniu instrukcji przerywającej ’bre-
ak’.

4.2.2

Instrukcje pętli

Drugą główną klasą komend są instrukcje pętli, służące do powtarzania okre-
ślonej czynności aż do spełnienia pewnego warunku.

Najprostszym przykładem pętli w Javie jest pętla while o następującej kon-

strukcji

while(warunek_logiczny){
Ciąg instrukcji;
}

Ciąg instrukcji jest wykonywany aż do momentu gdy warunek logiczny stanie się
fałszywy. Należy stosować ten typ pętli umiejętnie gdyż jest ona potencjalnie
nieskończona. W tym typie pętli, gdy warunek logiczny nie jest spełniony za
pierwszym razem, blok instrukcji w pętli nie zostanie ani razu wykonany.

Innym typem prostej pętli jest pętla do-while postaci:

do {
Ciąg instrukcji;
}while(warunek_logiczny);

Która różni się od poprzedniczki tylko tym, że warunek jest sprawdzany po raz
pierwszy po wykonaniu pierwszej pętli.

Innym typem pętli jest pętla for, która jest najbogatszą z zaimplementowa-

nych w znanych językach i posiada olbrzymie możliwości. Jej postać to:

for (Inicjalizacja;Warunek;Inkrementacja){
Ciąg instrukcji;
}

Inicjalizacja jest polem, gdzie tworzone są np. liczniki dla pętli. Warunek jest jak
można by się spodziewać warunkiem na wyjście, przy czym szczególnie polecane
są warunki logiczne z > lub <. Pole inkrementacji (przyrostu) jest polem gdzie
opisuje się jak zmieniać się powinny pewne elementy np licznik. Przyjrzyjmy się
przykładowi, kodu sumującego elementy tablicy za pomocą pętli for:

ROZDZIAŁ 4. PODSTAWY JĘZYKA JAVA

int[] tablica = {1,2,3,4,5,6,7,8,9};
int n = 9;
int sum =0;
for (int i=0; i < n; i++) {
Ciąg instrukcji;
}

Uwaga! Istnieje jeszcze jedna wersja pętli. Jest to pętla foreach, podobna do

for ale z uwagi na to że jej konstrukcja, nie jest ani niezbędna do nauki podstaw
oraz wymagana jest wiedza z zakresu kolekcji Java zostanie ona omówiona w
dalszym miejscu lub pominięta w całości tego dokumentu.

W pętlach można wykonać pewne dodatkowe polecenia.

break - powoduje przerwanie wykonania bieżącej pętli i wyjście z niej. Należy

uważać, gdyż pozwala to na opuszczenie jedynie najbardziej wewnętrznej
pętli.

continue - jest ciekawszą instrukcją. Powoduje natychmiastowe przerwanie bie-

żącej pętli i przejście do następnej pętli. Jest to zwłaszcza wymagane gdy
pewna operacja (np. dzielenie przez 0) powinna być pominięta.

4.2.3

Funkcje

Choć to instrukcje warunkowe i pętle zapewniają wszystko co potrzebne w no-
woczesnym programowaniu to jednak przez większość czasu programista pisze i
używa funkcji. Do czego służą nam funkcje

Grupują często powtarzający się fragment kodu

Grupują część instrukcji, która stanowią jedną spójną logicznie całość

W przypadku grupowania często powtarzalnego kodu, łączenie ich w jed-

ną funkcję pozwala nam zaoszczędzić miejsca w pamięci kosztem nieznacznie
większej liczby operacji do wykonania.

Istotniejsza dla programisty jest druga zasada. Pozwala ona bowiem stwo-

rzyć elegancki abstrakcyjny model wszystkiego. Często jest tak, że wykonując
jakąś czynność nie myślimy o podstawowych czynnościach które się na nie skła-
dają. Gdy prosimy o zgięcie ręki kogoś. To nie myślimy wcale o mięśniach które
po kolej mu zginać by to się stało. Te działania są przed nami ukryte za kotarą
pewnego poziomu abstrakcji. Utrzymywanie kodu na jednym poziomie abstrak-
cji jest jednym z zadań programisty.

Do rzeczy, czyli jak w Javie tworzymy funkcje. Otóż funkcje w Javie wolno

nam tworzyć w obrębie jakieś klasy. Na początku będzie to nasza klasa główna.
Każda funkcja musi mieć podany typ zwracany i musi być zwrócony dokładnie
jeden. Funkcja może też przyjąć dowolną, ale określoną ilość danych wejścio-
wych.

void funkcja(int a, float b, String c){
instrukcje;
}

funkcja może być poprzedzona słowem kluczowym static lub nie. Słowo klu-

czowe static określa czy dana część klasy należy bardziej do jej obiektów czy też

ROZDZIAŁ 4. PODSTAWY JĘZYKA JAVA

do samej klasy. Na przykład: każdy obiekt typu samolot posiada funkcję latania,
ale opisanie zasady latania tyczy się samej klasy samolotów a każdego z nich z
osobna. Słowem ’static’ wyróżnia się te funkcje, do użycia których nie potrzeba
obiektów tego typu (nie potrzebujemy mieć samolotu pod ręką by mówić o tym
w jaki sposób on lata, albo ile dany rodzaj samolotu pali).

4.3

Operatory

Specjalną grupę możliwości w programowaniu otwierane są przez tak zwane
operatory. Najogólniej można by powiedzieć, że operatory są szczególnym przy-
padkiem funkcji, działają powiem na operandach i produkują wynik. I faktycznie
w C++ można było je dokładnie w tenże sposób traktować. W przypadku Javy
jedna ważna rzecz zmieniła się. W języku Java nie można definiować nowych
operatorów. Postaramy się teraz omówić najważniejszej operatory występujące
w Javie.

Operator przypisania = jest najważniejszym operatorem w językach progra-

mowania. Jest prawostronnie łączny i jego lewej stronie musi zawsze wy-
stępować zmienna lub referencja. Jest to jego jedyna funkcja w Javie, nie
można go przeciążyć i jest domyślnie generowany dla wszystkich klas.

Operatory arytmetyczne jest również cała gama operatorów matematycz-

nych, które służą prostym operacjom na liczbach. Często są też w litera-
turze mylnie nazywane matematycznymi

Operatory logiczne służące do porównań oraz do operacji na wyrażeniach

logicznych

Operatory rzutowania służące do zamiany zmiennej na inną

Operator trójargumentowy służący do szybkiej inicjalizacji warunkowej

Operatory obiektowe operatory służące do pracy z obiektami

W przypadku Javy operatory są dostępne niemal wyłącznie dla typów prymi-

tywnych. Jedynym wyjątkiem jest klasa String, gdzie działa operator dodawania
pełniąc rolę konkatenacji.

Lista operatorów:

= - przypisanie,
+ - dodawania,
- - odejmowanie,
* - mnożenie,
/ - dzielenie,
% - dzielenie modulo ,
++ - zwiększenie o 1,
-- - zmniejszenie o 1,
+=,-=,*=,/=,%=, jak wyżej ale zapisanie wyniku następuje
do zmiennej podanej po lewej stronie operatora
> - większe od,
>= - większe lub równe od,
< - mniejsze od,

ROZDZIAŁ 4. PODSTAWY JĘZYKA JAVA

<= - mniejsze lub równe od,
== - równe,
!= - nierówne,
! - zaprzeczenie logiczne,
&& - i logiczne leniwe ,
|| - lub logiczne leniwe,
& - i logiczne lub i bitowe ,
| - lub logiczne leniwe lub lub bitowe,
~ - negacja bitowa,
^ - alternatywa wykluczająca bitowa,
&=,|=,^= - ja wyżej ale z przypisaniem,
<< - bitowe przesunięcie w lewo,
>> - bitowe przesunięcie w prawo ze znakiem,
>>> - bitowe przesunięcie w prawo bez znaku
<<=,>>=, >>>= - jak wyżej ale z przypisaniem
new operator wywołania konstruktora
. - operator dostępu
(cast) - operator rzutowania
? : - operator potrójny

Kilka faktów dotyczących powyższych operatorów

Operatory ++ oraz −− w odróżnieniu od C++, występują jedynie w pra-

wostronnej wersji (operand stoi po prawo). Służą do zwiększania/zmniejszania
wartości liczby całkowitej o 1.

Operatory leniwe logiczne wyróżniają się tym od od zwykłych, że nie war-

tościują niepotrzebnie wyrażenia. Np. gdy pierwsze w ’lub’ jest prawdziwe
lub fałszywe dla ’i’. Pozwala to uniknąć potencjalnie wielu błędów

String s;
...
if (s==null || s.isEmpty()){...}

przy lub zwykłym dla ’s’ pustego uzyskany by był błąd dostępu

Operatory bitowe operują na bitowej postaci liczby. Działają po pozycjach

wg zasady że 1 - oznacza prawdę a 0 fałsz.

Operatory przesunięcia za swój prawy argument przyjmują liczbę typu

całkowite o ilości miejsc przesunięcia. Operator << powoduje przesunięcie
w lewo przy jednoczesnym dopełnieniu zerami z prawej strony. Operator
>>> działa podobnie z zaznaczeniem dopełniania zerami od strony pra-
wej. Operator >> jest przesunięciem ze znakiem gdyż dla liczb dodatnich
(0 na pierwszym bicie) uzupełnia je od lewej zerami, zaś dla ujemnych (1
na pierwszym bicie) uzupełnia je jedynkami.

Operator rzutowania pozwala zmieniać jeden typ prymitywny na drugi.

int i = (char) ’c’;

ROZDZIAŁ 4. PODSTAWY JĘZYKA JAVA

W tej zasadzie działania operator ten działa jedynie dla typów prymityw-
nych. Dla obiektowych jest to operator reinterpretacji referencji. Chodzi
tu o patrzenie na otrzymaną referencję typu ogólnego jako na referencje
typu szczególnego

KlasaOgolna ko = new KlasaSzczegolna(); // ko ma cechy klasy ogolnej
KlasaSzczegolna ks = (KlasaSzczegolna) ko; //ks ma juz spowrotem
//wszystkie cechy obiektu
KlasaOgolna ko2 = new KlasaOgolna();
KlasaSzczegolna ks2 = (KlasaSzczegolna) ko2; // błąd rzutowania

Operator trójargumentowy służy do szybkiej inicjalizacji zmiennych. Jego

konstrukcja to

warunek_logiczny?wartosc1:wartosc2

wartosc1 jest nadawana zmiennej przy warunku prawdziwym, zaś wartosc2
w przypadku przeciwnym.

boolean czyMniejsza = true;
int i = czyMniejsza?3:5; //zwraca 3 gdy ma być mniejsza,
//5 w przeciwnym wypadku

Operator new służy do sygnalizacji użycia konstruktora czyli tworzenia

nowej zmiennej w pamięci

String text = new String("Jakis tekst");

Operatora tego używa się wyłącznie do tworzenia obiektów, w szczególno-
ści tablic, nigdy do typów prymitywnych.

// tablica 4 elementowa
int[] tab = new int[4];
int[] tab2 = new int[]{3,4,5};
String[] str = new String[5];
String[] str2 = new String[]{new String("raz"),

new String("dwa")};

Operator . służy do wywołania zasobów dla dowolnego obiektu. Jedynie

typy prymitywne nie posiadają dostępu przez ten operator. Operator ten
może być również wywoływany na rzecz klasy i wtedy oferuje zasoby po-
siadane przez klasę.

4.3.1

Literały

Istnieją również inne specjalne znaki w kodzie, które operatorami co prawda nie
są, ale ich funkcje są w pewien sposób szczególne. Nazywa się je często literałami.
Odpowiadają one potrzebom takim jak:

Podać liczbę w sposób ósemkowy, szesnastkowy.

ROZDZIAŁ 4. PODSTAWY JĘZYKA JAVA

Podać liczbę całkowitą długą (long)

Podać liczbę typu float

Podać liczbę z notacji wykładniczej

Aby zapisać liczbę w sposób ósemkowy wystarczy dopisać zero na początku
liczby, natomiast dla szesnastkowego należy dodać literał 0x lub 0X

int i = 010; // odpowiada 8
int j = 0x0F; //odpowiada 15

Aby zapisać liczbę długą używa się specjalnego postfixowego literału. Podobnie
by zaznaczyć że liczba jest typu float lub dla double (tu jest niepotrzebne, ale
czasami dla przejrzystości)

long i = 16666L;
float f = 3.14f;
double d = 3.1415d;

Aby zapisać liczbę w notacji wykładniczej piszemy:

float f = 1e-10f;

Wielkość liter w literałach nie ma znaczenia.

4.4

Obsługa błędów w języku Java

Oczekuje się, że napisany przez programistę program będzie niezawodny. Tym-
czasem zdarzają się sytuacje, gdy nie z winy samego programu, ten nie może
być poprawnie wykonany. Np. program ma sprawdzić w internecie notowania
jakiś walut. Tymczasem nie działa sieć internet. Zauważyliśmy, już że programy
(funkcje) kończą się wraz z wykonaniem instrukcji zakończenia i zwrotu ’return’.
Jednak funkcja która miała za zadanie odszukać wycenę danej waluty, nie speł-
niła swojej funkcji w skutek przeszkód. Zwrócenie jakieś przypadkowej wartości
nie rozwiązuje naszego problemu. Zależy nam bowiem na informacji, że nasza
funkcja nie ukończyła swojego działania w sposób planowany.

W przypadku języka Java problem ten rozwiązano w sposób następujący.

Istnieje specjalna podgrupa obiektów, które nazywane są wyjątkami. Nadrzęd-
na wśród nich jest ”java.lang.Exception”. Najpierw wyjaśnijmy sobie jakie są
zasady tworzenia wyjątków, a potem jak w kodzie przebiega obsługiwanie rzeczy
z nimi związanych.

4.4.1

Drzewo hierarchii błędów

Dowiedzieliśmy się właśnie, że do obsługi błędów w Javie używa jest klasa
Exception z pakietu java.lang. Gdybyśmy jednak używali tylko tej klasy szybko
byśmy zgubili się w tym co one tak naprawdę oznaczają i co gorsza nie byłoby
nam łatwo ich rozróżniać.

Postaramy się omówić zasadę tworzenie drzewa hierarchii błędów na pod-

stawie przykładu. Kupiliśmy używany samochód, a te jak wiadomo się psują.
Oznacza to, że dopuszczamy możliwość błędu dotyczącego całego samochodu.

ROZDZIAŁ 4. PODSTAWY JĘZYKA JAVA

class SamochodException extends Exception {...}

W samochodzie może się jednak zepsuć wiele rzeczy i od rodzaju tej awarii
może zależeć np. rodzaj mechanika, do którego się udamy. Np awaria silnika czy
uszkodzenie lakieru

class AwariaSilnikaException extends SamochodException {...}
class UszkodzenieLakieruException extends SamochodException {...}

Z kolei rodzajem awarii silnika może być problem z zapłonem silnika. Z kolei
rodzajem awarii zapłonu może być zniszczona świeca itd. Przykładem oddają-
cym sens takiego hierarchicznego układania wyjątków zostaje dostrzeżony gdy
pojawiłby się wyjątek Nieudało Się Uruchomić Samochodu Exception. Gdyby
był to jeden z wielu wyjątków typu Exception to od razu udawalibyśmy się do
mechanika. Tymczasem przy pojawieniu się tego wyjątku każdy by po prostu
spróbował ponownie uruchomić silnik, i dopiero po wielu nieudanych próbach
udałby się do mechanika z problemem.

4.4.2

Komendy obsługi błędów

W Javie występuje kilka komend pozwalających nam na obsługę błędów.

throw jest komendą służącą do uruchomienia sytuacji wyjątkowej określonego

typu.

Samochod s = new Samochod();
s.odpalSilnik();
if (s.czySilnikWylaczony) {

throw new NieUruchomionoSilnikaException("Silnik nie pracuje "+

+"pomimo, że próbowano go uruchomić");

}

W chwili wykonania komendy ’throw’ przerywana jest dotychczasowa pra-
ca i zgłaszany jest problem. Problem przerywa działania kolejnych funkcji,
aż do odnalezienia obszaru, który rozwiązuje jego problem. Jeśli takiego
nie znajdzie, program przerywa całkowicie swoje działanie.

try jest komendą tworzącą blok obejmującą ’wadliwy kod’. Nie występuje sa-

motnie. Zawsze musi być przy niej co najmniej jeden blok obsługi, lub
blok zamykający.

catch jest komendą tworzącą blok obsługi. Musi być poprzedzone blokiem obej-

mującym lub innym blokiem obsługi.

Samochod s = new Samochod();
try {
s.uruchomSilnik();
} catch(KluczykNiePasujeDoStacyjkiException ex){...}
catch(BrakPaliwaException ex){...}
catch(AwariaRozrusznikaException ex{...}
catch(SamochodException ex){...}

ROZDZIAŁ 4. PODSTAWY JĘZYKA JAVA

Jeśli występuje wiele bloków obsługi powinny być one poukładane w ko-
lejności od najbardziej szczegółowych do najbardziej ogólnych. Wykonany
zostanie bowiem pierwszy blok do którego pasuje rozpatrzony problem.
Jeśli napisalibyśmy kod

Samochod s = new Samochod();
try {
s.uruchomSilnik();
} catch(SamochodException ex){...}
catch(KluczykNiePasujeDoStacyjkiException ex){...}
catch(BrakPaliwaException ex){...}
catch(AwariaRozrusznikaException ex{...}

To zawsze wykonywałby się jedynie blok dla SamochodException, gdyż
np. KlyczykNiePasujeDoStacyjkiException jest podtypem SamochodE-
xception.

finally jest komendą tworzącą blok zamykający. Jest to fragment kodu, który

wykonuje się zawsze, nie zależnie od tego czy ’wadliwy kod’ spowodował
błąd czy też nie. Stosujemy go głównie do tego by przed zgłoszeniem wy-
jątku uprzątnąć pewne rzeczy. Blok występuje po ostatnim bloku obsługi,
lub bezpośrednio po bloku obejmującym

Samochod s = new Samochod();
try {
s.uruchomSilnik();
}
catch(KluczykNiePasujeDoStacyjkiException ex){...}
catch(BrakPaliwaException ex){...}
catch(AwariaRozrusznikaException ex{...}
catch(SamochodException ex){...}
finally {
s.zaciagnijHamulec();
s.wysiadź();
s.zamknijSamochod();
}

throws W przypadku kiedy dany błąd może wystąpić w funkcji dołącza się do

niej informacje, o tym że dany wyjątek może być powodowany.

void uruchomSilnik() throws KluczykNiePasujeDoStacyjkiException, BrakPaliwaException, AwariaRozrusznikaException, ZerwanaLinkaGaźnikaException;

Informacja ta występuje wtedy, gdy z danym błędem nie radzi sobie (np.
ponieważ nie powinna tego robić) w jej wnętrzu funkcja.

class Elektryk {
void napraw(Samochod s) throws AwariaSilnikaException{

try {
s.uruchomAuto();

} catch(PadniętyAkumulatorException ex){

ROZDZIAŁ 4. PODSTAWY JĘZYKA JAVA

wymień(s,new Akumulator());
}

}

} //class Elektryk

Widać, że o ile elektryk umie naprawić Padnięty Akumulator o tyle nie
poradzi sobie z uszkodzony silnikiem i pracę nad jego naprawą trzeba
przekazać komuś innemu.

Na tym kończymy omawianie wyjątków w Javie. Zauważamy jeszcze jedną

rzecz. Wszystkie klasy błędów, zwykło się zakończać słowem Exception. Popra-
wia to czytelność kodu i upewnia nas, że dany obiekt jest rodzajem wyjątku.

4.5

Inne reguły w języka Java

W tej części wymienimy inne ważne elementy dotyczące podstaw języka Java

4.5.1

Nazewnictwo w Javie

Wiemy już, że nazwy własne w Javie mogą być napisane z użyciem dużych jak
i małych liter. Przyjmuje się następujące umowy:

Wszystkie nazwy zmiennych zaczynają się małą literą.

Rozdział 5

Tworzenie modeli w Javie

Po poznaniu podstawy programowania w Java, następnym krokiem jest zrozu-
mienia modelowania obiektowego. Czym zajmuje się modelowanie obiektowe?
Otóż, jak widać w świecie rzeczywistym, występują różne twory różnych typów
np. psy, koty, ludzie, kamienie, itd. Twory te posiadają pewne cechy, które należą
do 1 z 3 grup: charakterystyk, umiejętności i relacji. Przykładem charakterystyki
jest waga człowieka. Każdy człowiek ma jakąś wagę, która jest dokładnie niemu
przypisana. Przykładem umiejętności np. chodzenie. Przykładem relacji jest dla
człowieka bycie ssakiem i posiadanie cech ssakowi przypisanym. Modelowanie
stara się rozpoznać te 3 grupy cech i oddać zasadę ich pracy za pomocą pól,
funkcji oraz dziedziczeń. Sprowadza się to do utworzenia nowe rodzaju danych,
które mają przybliżyć złożoność konstrukcji danego tworu. Wszelkie abstrakty
istniejące w świecie są oddawane za pomocą typu danych jakim jest klasa, na-
tomiast twory pasujące do danego abstraktu są oddawane za pomocą obiektu
pewnej klasy.

Mówiąc na przykładach, jeśli chcielibyśmy w programie stworzyć Reksia,

potrzebujemy najpierw opisać abstrakt psa:

Jakie są jego cechy? (Jak się wabi, kiedy się urodził, kto jest jego opieku-

nem, czy był szczepiony)

Jakie są jego umiejętności? (Czy aportuje, je, chodzi, szczeka)

Gdzie znajduje się jego miejsce w hierarchii (Pies - Psowate - Ssaki -

Zwierzęta)

. A w dalszej kolejności należy podać cechy jakie posiada Reksio w kwestii bycia
psem.

5.1

Tworzenie nowej klasy

Dowiedzieliśmy się już, że celem zamodelowania nowego obiektu należy utworzyć
nową klasę. Do tej pory używaliśmy do tworzenia klasy konstrukcji statycznej
która pozwalała nam tworzyć klasę w klasie. Po prawdzie używamy metody,
której sensu i działania jeszcze nie rozumiemy i która jest daleka od tej naj-
prostszej. Otóż, nową klasę tworzymy w nowym pliku. Klikając PPM na paczce
oprogramowania w oknie widoku projektu i wybierając nową ”java class”. Tam

ROZDZIAŁ 5. TWORZENIE MODELI W JAVIE

podajemy nazwę klasy i klasa zostaje automatycznie wygenerowana i pojawia
się w widoku projektu. Dla ustalenia uwagi przyjmijmy, że tworzymy nową klasę
procesor

package modelowanie;

/**

*
* @author Piotr Kowalski
*/

public class Procesor {

}

W tak stworzonym pliku możemy zamodelować dowolny istniejący obiekt. Z

elementów które znamy wymienić i przypomnieć warto:

pola oddające charakter cechy lub składowej elementu. np taktowanie proce-

sora jako int, nazwa procesora jako String czy podobne

pola statyczne pola dotyczące procesorów ogólnie, jak np data wypuszczenia

procesora na rynek

metody funkcje, która dany obiekt potrafi wykonywać. Np. każdy procesor

umie dodawać dwie liczby

int add(int a,int b)

metody statyczne funkcje, do użycia których nie potrzebny jest obiekt pro-

cesora np. przeliczyć taktowanie na ilość operacji na sekundę.

Teraz powiemy sobie o kolejnych możliwościach:

5.2

Dziedziczenie i polimorfizm

Okazuje się, że dziedziczenie jest już czymś co zdążyliśmy po części pokazać
przy okazji pokazania obsługi błędów. Powiedzmy sobie teraz jeszcze raz i ogól-
niej. W przyrodzie istnieją w sposób naturalny związki pomiędzy obiektami
różnych rodzajów. Można się doszukiwać w tym użycia matematycznej zasady
abstrakcji, lub zwykłego nazywania podobieństw. I tak człowiek jest ssakiem,
ssak zwierzęciem, zwierzę istotą żywą. Oznacza to że człowiekowi przypisane
są wszystkie cechy zarówno ssaka co i zwierzęcia co i istoty żywej. Podobnie
wszystko co potrafi abstrakcyjne zwierzę, potrafi i człowiek (np. jeść czy pić).
Języki programowania starają się oddać naturę tego związku.

Chcąc napisać że dany typ (czyli klasa) dziedziczy inny typ piszemy

class A extends B {}

Oznacza to, że wszystko co cechuje klasę B wyląduje w klasie A. Okazuje się jed-
nak, że dziedziczenie w ten sposób może być wykonane tylko jeden raz. Ponadto
pisząc

class A {}

ROZDZIAŁ 5. TWORZENIE MODELI W JAVIE

tak naprawdę piszemy

class A extends Object {}

Czyli wszystkie klasy (prócz Object) w którymś momencie dziedziczą klasę Ob-
ject, nadrzędną wszystkich klas. W efekcie okazuje się, że klasy tworzą strukturę
drzewa skierowanego z Objectem jako korzeniem.

Możliwość dziedziczenia jedynie po jednej klasie sprawia nam duży kłopot

przy tworzeniu ciekawszych typów. Często przywoływanym jest przykład amfi-
bii, która jednocześnie jest samochodem co statkiem. Jako że nie może odziedzi-
czyć jednocześnie po statku i samochodzie to oznacza, że należy wykonać mo-
delowanie w inny sposób. Twórcy języka Java, chcieli nas w ten sposób ustrzec
przed problemem podwójnego odziedziczenia pewnych rzeczy. I samochód i sta-
tek dziedziczą prawdopodobnie pojazd. Czy w takim układzie amfibia powinna
mieć te pola pochodzące od pojazdu podwójnie? Czy jeśli będą pojedynczo to
funkcje samochodu i amfibii będą dalej dobrze działać? Jak w takim układzie
uzyskiwać do nich dostęp? Skąd programista ma wiedzieć czy taki konflikt się
pojawi?

Okazuje się Java pozwala na dziedziczeniu wielu klas jednak jedynie na spe-

cjalnych zasadach. Okazuje się, że jedynie specjalna część klas może zostać odzie-
dziczona dodatkowo. Klasy te nazywane są interfejsami.

5.2.1

Interfejsy

Interfejsy stanowią specjalną podrodzinę klas. Nałożone są na nie specjalne i
duże ograniczenia, które w efekcie pozwalają uniknąć problemów wielokrotnego
dziedziczenia. Definiuje się również w specjalny sposób. Przy tworzeniu nowego
interfejsu w Netbeans zamiast new Java Class wybieramy new Java Interface.

/**

*
* @author Piotr Kowalski
*/

public interface Interfejs {

}

Omówmy cechy, które posiadają interfejsy

Interfejs może dziedziczyć tylko inny interfejs, niewolno nam jednak w tej

implementacji się zapętlić.

Wszystkie pola w interfejsach są traktowane jako stałe i statyczne.
Wszystkie metody muszą być poprzedzone przez modyfikator ’abstract’ i

nie posiadać wnętrza (sama definicja)

Aby użyć interfejsu w tworzeniu nowej klasy wykonujemy dziedziczenie innym
słowem kluczowym

class A implements InterfejsB {}

Często w takim układzie nazywa się te dwa typy dziedziczenia rozszerzaniem
i implementacją. Aby lepiej zrozumieć zasadę działania interfejsów przytoczmy
przykład. Przyjmijmy, że

ROZDZIAŁ 5. TWORZENIE MODELI W JAVIE

class Syn extends Ojciec{}

czyli Ojciec przekazał synowi całą swoją wiedzę i umiejętności. Nikt nie odbierze
ojcu jego prawa ojcowskiego. Jedna Syn mógł otrzymać również umiejętności
pochodzące skądinąd. Np. jazdy na rowerze nauczył go wujek. I tak

class Syn extends Ojciec implements Wujek,Szkoła,Studia {}

Syn otrzymuje dodatkowe umiejętności. Przykład choć nie oddaje klasycznie
charakteru dziedziczenia, wprawnie oddaje rolę interfejsu. Chodzi w skrócie o
to by przekazać informację o tym, że pewne obiekty potrafią wykonywać okre-
ślone czynności. Weźmy np. umiejętność grania. Na czym można grać. Np na
instrumentach muzycznych. Ale grać można również na komputerze czy czasa-
mi na czyiś nerwach. Instrument i komputer dziedziczą co prawda po wspólnej
klasie przedmiot, jednakże nie na każdym przedmiocie można grać.

interface IMoznaGracNa {
abstract public void grajNa();
}
class InstrumentMuzyczny implements IMoznaGracNa {
@Override
public void grajNa(){}
}
class Komputer implements IMoznaGracNa {
@Override
public void grajNa(){}
}

W efekcie czego i klasa InstrumentMuzyczny i Komputer pozwalają na granie.
Całkiem nową zalecą modą jest rozpoczynanie nazwy interfejsu od wielkiej litery
I. Moda ta pochodzi z języka C# ale zdaje się mieć coraz więcej popleczników.
Pozostaje zatem wyjaśnić czym jest ’abstract’ i ’@Override’.

5.2.2

Modyfikator ’abstract’ i adnotacja ’@Override’

Słowo kluczowe ’abstract’ jest narzędziem do realizacji pojęcia tzw. polimorfi-
zmu czyli wielu postaci kodu. Jaka jest ogólna idea ukryta za tajemniczym poli-
morfizmem. Wyobraźmy sobie, że mamy gromadę różnych zwierzątek. Wszyst-
kie te zwierzątka doskonale rozumieją polecenie ’idź tam’. Zauważmy jednak,
że ’idź tam’ papugi, węża, psa i małpki znacząco się będzie różnić. Pomimo,
że to ’idź tam’ jest jednakowe w użyciu to każde z zwierzątek wykona je na
swój typowy sposób, papuga poleci, wąż popełźnie, pies poczłapie na czterech
łapkach, a małpka na dwóch.

Tłumacząc na to na języki programowania. Wszystkie klasy Papuga, Wąż,

Pies, Małpa posiadają metodę ’idź tam’. Jednak każde z tych metod jest wyko-
nywana przez ciut inny ciąg instrukcji czyli jest innym kodem. Skoro instrukcja
’idź tam’ używa się tak samo to jest jedna jednak wykonuje w wielu postaciach
(poli-morfizm wiele postaci).

Cel c = new Cel();
Pies pies = new Pies();
Papuga papuga =new Papuga();

ROZDZIAŁ 5. TWORZENIE MODELI W JAVIE

Waz waz = new Waz();
Malpa malpa = new Malpa();
pies.idzTam(c);
papuga.idzTam(c);
waz.idzTam(c);
malpa.idzTam(c);

Czyli widać, że pod jedną nazwą może ukrywać się wiele różnych działań. Praw-
dziwa moc tej konstrukcji, ujawnia się dopiero gdy użyjemy rzutowań. Obiekty
bowiem same pamiętają na czym polega ich funkcja

...
Zwierzeta[] gromadaZwierzat = new Zwierzeta[]{pies,papuga,waz,malpa};
for (int i =0; i< gromadaZwierzat.length;i++){

gromadaZwierzat[i].idzTam(c);

}

Do realizacji tego wykorzystujemy właśnie duet słowa kluczowe ’abstract’ i

adnotację ’@Override’. Aby zrealizować powyższe wystarczy, że klasa Zwierzeta
zasygnalizuje, że ona i jej klasy potomne będzie używać takiej funkcji jak idzTam

abstract class Zwierzeta {

abstract void idzTam(Cel c);
}
class Pies extends Zwierzeta{
@Override
void idzTam(Cel c){/*idzie na 4 łapach*/};
}
class Papuga extends Zwierzeta{
@Override
void idzTam(Cel c){/*leci*/};
}
class Waz extends Zwierzeta{
@Override
void idzTam(Cel c){/*pelza*/};
}
class Malpa extends Zwierzeta{
@Override
void idzTam(Cel c){/*idzie na 2 nogach*/};
}

Dodatkowo klasa zwykła, która posiada co najmniej jedną metodę abstrak-

cyjną musi być poprzedzona słowem abstract. Klasę taką nazywa się abstrakcyj-
ną (chyba że mamy do czynienia z interfejsem, który zawsze jest abstrakcyjny)
i nie można utworzyć obiektu takiej klasy.

5.3

Modyfikatory dostępu

Poznaliśmy już słowo kluczowe ’abstract’ które zmodyfikowało funkcje na funk-
cję polimorficzną. Poznamy jeszcze tzw. modyfikatory dostępu.

ROZDZIAŁ 5. TWORZENIE MODELI W JAVIE

Jaka jest idea zasięgu dostępu. Domyślnie jeśli klasa posiada jakąś funkcję

czy zmienną bez modyfikacji to w każdym miejscu w danym pakiecie oprogramo-
wania można uzyskać do niej dostęp. Nazywane jest to dostępem pakietowym.
A ten może być zmodyfikowany przez jeden z 3 poniższych modyfikatorów

public - dostęp publiczny - poprzedzając klasę, funkcję czy zmienną czyni ją

widzialną w dowolnym oprogramowaniu Javy, która uzyskuje do niego
dostęp

private - dostęp prywatny - poprzedzając klasę, funkcję czy zmienna czyni ją

niewidzialną dla dowolnego spoza danego pliku. Służy do ukrywania tego
co nie powinno być zobaczone przez nikogo

protected - dostęp chroniony - działa tak jak private z tą jedyną różnicą, że

wszystkie klasy dziedziczące daną również mogą uzyskać do niej dostęp.

Poznanie wszelkich wyników kombinacji poszczególnych modyfikatorów zaj-

muje dużo czasu. Dlatego w tym miejscu wymieńmy jedynie kilka reguł

Wszystkie pola w klasie powinny być protected, a w szczególnych przy-

padkach private.

Klasy są z reguły prywatne i potrzeba klas prywatnych i chronionych zda-

rza się w praktyce niezwykle rzadko. Klasy takie są klasami wewnętrznymi

Można stworzyć klasę nieabstrakcyjną, której obiektów nie będzie moż-

na tworzyć. Wystarczy przy wszystkich konstruktorach dać modyfikator
protected lub private

Metody podane w interfejsach są z reguły publiczne. Nigdy prywatne.

Niemal nigdy chronione.

Klasa, która może być odziedziczona powinna mieć co najmniej jeden kon-

struktor co najmniej chroniony

Modyfikatory dostępu bez problemu łączą się ze słowem kluczowym ’static’.

5.3.1

Modyfikator ’final’

Z pewnych względów może nam zależeć aby pewne fragmenty kodu były nie-
zmienne niezależnie od tego co się z nimi potem ma dziać. W języku Java do
wymuszania niezmienności używane jest specjalne( i po raz pierwszy pojawiają-
ce się właśnie w tym języku) słowo final. W zależności od tego co modyfikujemy
użyciem tego słowa kluczowego otrzymamy różne efekty.

Zmienne finalne oraz zmienne statyczne finalne

Słowo final jest często (nie do końca słusznie) traktowane jako nowy sposób
tworzenia stałych na zasadach modyfikatora const z języka C++. O ile w przy-
padku typów prymitywnych działanie to ma właśnie takie zastosowanie o tyle
w przypadku reszty czyli typów referencyjnych zastosowanie jest zupełnie in-
ne. Operator final w zasadzie wyklucza jedynie możliwość wywołania operatora
przypisania na obiekcie który jest nim zmodyfikowany. Oznacza to że posiadając
finalną referencje do tablicy, jej elementy nie są chronione przed jakimikolwiek

ROZDZIAŁ 5. TWORZENIE MODELI W JAVIE

zmianami, a jedynie uniemożliwione jest wstawienie innego obiektu danego ty-
pu pod tą samą referencję. Identyczna zasada dotyczy się zmiennych, które są
dodatkowe modyfikowane poprzez słowo kluczowe ’static’.

Puste zmienne finalne

Możliwe jest tworzenie zmiennych finalnych bez natychmiastowego określania
ich wartości. Zmienne te oczekiwać będą na ustawienie na wartość początko-
wą w późniejszym fragmencie kodu i dopiero tą przypisaną wartość/referencję
potraktują jako niezmienną.

Finalne argumenty

Jeśli argument w funkcji jest podany jako finalny, to podobnie jak przy defi-
nicji zmiennej, nie jest możliwe wywołanie na nim operatora przypisania. W
zakresie działania funkcji wartość nie może być zmieniona, natomiast referencja
przestawiona na inny obiekt.

Metody finalne

W związku z wymaganiami projektowymi, możliwe jest tworzenie metod (funk-
cji) będących finalnymi. Oznacza to, że żadna z klas dziedziczących tę metodę
nie może zmienić jej kodu. Wyobraźmy sobie, że napisaliśmy funkcję czyHasło-
Prawdziwe, która sprawdza czy użytkownik podał prawdziwe hasło. Jeśli metoda
ta nie byłaby finalna, inny użytkownik mógł odziedziczyć naszą klasę i napisać
nową funkcję np. taką jak poniżej

@Override
boolean czyHasloPrawdziwe(Uzytkownicy user, String hasło){

return true;

}

W który to sposób uzyskał by dostęp do zasobów bez podania poprawnego
hasła.

Ponadto funkcje, które wykonują się bardzo krótko (z reguły jednolinijkowe)

oznacza się jako finalne, aby przyśpieszyć ich wykonywanie.

Warto też odnotować, że wszystkie funkcje prywatne są również finalne. Nie

przynosi żadnego efektu łączenie tych dwóch słów kluczowych.

Klasy finalne

W odniesieniu do problemu, który motywuje istnienie metod finalnych, można
pójść krok dalej i zabronić nie nadpisania funkcji, ale w jej dziedziczenia w ogóle.
Klasy finalne nie mogą zostać odziedziczone.

5.4

Słowo kluczowe ’this’ oraz o konstruktorach

W końcu działu o tworzeniu modeli w języku Java opowiemy sobie o meto-
dach konstruowania obiektów. Zacznijmy jednak od tajemniczej referencji this.
Słowa kluczowego this możemy używać w dowolnej niestatycznej metodzie aby

ROZDZIAŁ 5. TWORZENIE MODELI W JAVIE

odwoływać się do obiektu na rzecz którego wywoływana jest funkcja. Jest ona
przydatna, głównie po to by nie mylić nazw.

Do rzeczy o konstruktorach. Obiekty z punktu widzenia komputera są tylko

obszarami w pamięci. Mogą być zatem zajmowane i zwalniane. Okres od zajęcia
do zwolnienia nazywa się czasem istnienia obiektu. Obiekty są zwalniane auto-
matycznie przez jvm, gdy program zgubi wszystkie referencje do niej. Tworzenie
ich jednak występuje jedynie na życzenie programisty.

Konstruktor ze swojej pisowni przypomina zwykłą funkcję, jednak różnice

w jego pisowni są dość znaczne.

Konstruktor nie zwraca żadnego typu. Nawet typu ’void’

Nazywa się tak jak klasa którą ma tworzyć. Jest to zatem jedyna funkcja

pisana z dużej litery.

Nie używamy ’return’ w jego wnętrzu.

public NowaKlasa(){

}

Java w odróżnieniu od C++ pozwala nam używać innych konstruktorów.

Spełnione muszą być jednak pewne istotne warunki:

Użycie konstruktora musi wystąpić w pierwszej linijce kodu

nie wolno wywoływać w tej linijce żadnych funkcji

public NowaKlasa(Strins s){
this.nazwa = s;
}
public NowaKlasa(){
this("domyslna"); // wywolanie innego konstruktora
}

Musi to być pierwsza linijka kodu z uwagi na to jak w Javie tworzone są

obiekty

1. Tworzone są pola i metody nadklasy po której dziedziczymy

2. Tworzone są pola i metody klasy

3. Rozpoczyna się kod konstruktora

Dwie pierwsze czynności są robione automatycznie. Więc gdy chcemy użyć in-
nego konstruktora, musimy wyraźnie od razu napisać by to tamten konstruktor
zajął się generowaniem nadklasy oraz pól i metod. Możemy wywołać dowolny
konstruktor tej klasy używając funkcji ’this(parametry konstruktora)’ lub też
wykorzystać konstruktor nadklasy pisząc ’super(parametry konstruktora)’.

By stworzyć nowy obiekt należy nazwę i parametry konstruktora poprzedzić

słowem kluczowym ’new’, która zainicjuje proces tworzenia referencji.

Rozdział 6

Korzystanie z pakietów
podstawowych języka Java

6.1

Kontenery

Kontenerami w Javie nazywamy klasy i interfejsy pomagające programiście
w gromadzeniu danych w dynamicznych prostych strukturach danych. Są one
znacznie częściej stosowane z uwagi na możliwość zmieniającego się ich rozmia-
ru. W tej części omówimy stosowanie najprostszych z tych konstruktów. Do
najprostszych zastosowań używać będziemy niemal zawsze albo kolekcji albo
tablic asocjacyjnych. Ogólnie omawiając różnicę pomiędzy tymi dwoma typami
polega ona tym, że kolekcje grupują elementy, a tablice asocjacyjne ich pary.
Przykładami kolekcji są ciągi, zbiory a relacje i grafy przykładami tablic aso-
cjacyjnych. W przypadku programowania dochodzi do tego jeszcze mnóstwo
aspektów związanych z wydajnością w czasie dostępu co oszczędności pamięci.

6.1.1

Kolekcje

Wśród podstawowych kolekcji oferowanych przez Javę należy wyróżnić stosy,
listy, kolejki oraz drzewa. Stos jest zdecydowanie najprostszą ze struktur dyna-
micznych, posiada jedynie 5 prostych operacji

Push umieszcza nowy element na stosie

Pop pobiera element z wierzchołka

Peek odczytuje wartość z wierzchołka bez jej zdejmowania

Empty sprawdzające czy stos jest pusty

Search poszukujące w stosie danego elementu i zwracające ”głębokość” jego

położenia na stosie. Warto dodać, że poszukiwanie w stosie jest operacją
mało wydajną.

Aby użyć stosu w Javie, załóżmy że posiadamy następują klasę:

class A {
public A(String n){

ROZDZIAŁ 6. KORZYSTANIE Z PAKIETÓW PODSTAWOWYCH JĘZYKA JAVA42

this.name=n;

}
@Override
public String toString() {
return "A{" + "name=" + name + ’}’;
}
private String name;
}

Wtedy

public static void main(String[] args) {
Stack<A> stos = new Stack<A>();
A a = new A("A"),
b = new A("B");
stos.push(a);
stos.push(b);
System.out.println("Peek

"+stos.peek());

System.out.println("Search a

"+stos.search(b));

System.out.println("Search b

"+stos.search(a));

System.out.println("Pop once

"+stos.pop());

System.out.println("Czy pusty

"+(stos.empty()?"TAK":"NIE"));

System.out.println("Pop second "+stos.pop());
System.out.println("Czy pusty

"+(stos.empty()?"TAK":"NIE"));

}

Spowoduje wyprodukowanie następującego wyniku

Peek

A{name=B}

Search a

Search b

Pop once

A{name=B}

Czy pusty

NIE

Pop second A{name=A}
Czy pusty

TAK

Stos podobnie jak inne kolekcje jest tzw. typem ogólnym. Charakterystyczne

dla typów ogólnych jest to, że należy podać nazwę klasy w nawiasie ¡¿.

Drugim typem danych jest kolejka.

6.1.2

Iteratory

6.1.3

Tablice asocjacyjne

6.1.4

Przeszukiwanie i sortowanie kontenerów

Rozdział 7

Tworzenie aplikacji z
interfejsem graficznym
Swing

Język Java pozwala na tworzenie prostych aplikacji okienkowych. Najczęstszym
pakietem umożliwiającym tworzenie prostych widoków, jest tzw. Swing. Platfor-
ma Netbeans posiada wbudowany edytor graficzny, pozwalający na łatwe i przy-
jemne tworzenie klas pakietu Swing i dostosowywanie ich do potrzeb działania
aplikacji. Jest to tak zwany budowniczy interfejsu użytkownika (ang. Graphical
User Interface Builder lub gui builder). W tym rozdziale omówimy podstawy
związane z tworzeniem aplikacji wielo-okienkowej.

7.1

Elementy pakietu Swing

Aby rozpocząć pracę z budowniczym okienek, najlepiej utworzyć sobie nowy
projekt. Do nowego projektu dodajmy sobie klasę JFrame Form z kategorii
Swing Gui Forms. Ta klasa odpowiada nam za okno programu. Po utworzeniu
nowej klasy i nazwaniu jej dla przykładu: OknoGlowne.java zostaniemy powitani
przez widok okna budowniczego.

Pierwszym najważniejszym miejscem jakie powinniśmy zauważyć, jest prze-

łącznik Source-Design. Okno Swing jest zwykłą klasą Javy, a zatem Budowniczy
Okien jest programem generującym kod Javy w oparciu o nasze wytyczne. W
czasie gdy włączony jest przełącznik Design, działa Budowniczy okien i on za-
rządza generowaniem kodu dla okna. Przełączając się na Source widzimy bezpo-
średnio wygenerowany kod Java. Z uwagi na to, że Budowniczy Okien wygene-
rował sporą część klasy i gdybyśmy zaczęli ją zmieniać to Budowniczy utraciłby
zdolność dalszego kontrolowania klasy, część linijek jest wyszarzana i nie moż-
na ich edytować. Oznacza to, że pogląd źródeł ma na celu raczej możliwość
dodawania własnych rzeczy do klasy, niż też zmieniania tych generowanych.

Drugim ważnym miejscem Budowniczego Okien jest pasek podręcznych rze-

czy pojawiający się z reguły po prawej stronie. Zawiera on wszystkie ważne kom-
ponenty Swing, potrzebne do konstruowania nawet dość skomplikowanych okien.
Szczegółowo do działania poszczególnych komponentów dojdziemy za chwilę.

ROZDZIAŁ 7. TWORZENIE APLIKACJI Z INTERFEJSEM GRAFICZNYM SWING44

7.1.1

Uruchamianie okna głównego aplikacji

W chwili utworzenia okna JFrame tworzona jest również do niego metoda mają-
ca na celu wyświetlenie go użytkownikowi. Nie jest to już proces tak prosty jak
wcześniejsze, wymaga bowiem pracy na tzw. wątkach. Oznacza to, że możliwe
jest posiada kilkunastu okien i każde z nich będzie pracować zupełnie niezależ-
nie od pozostałych. Sprawia jednak, że komunikowanie się okien staje się trochę
uciążliwe.

Nowo utworzony projekt standardowo posiada klasę wyposażoną w funk-

cję main, która służy do uruchamiania całości projektu. Nowo-tworzone okna
również wyposażone są w taką metodę, a zatem aby okno uruchamiało wraz
ze startem projektu funkcja main powinna zostać usunięta z klasy okna, a jej
wnętrze wklejone do głównej metody main. Powinno to wyglądać mniej więcej
w taki sposób:

public class Okna {

/**

* @param args the command line arguments
*/

public static void main(String[] args) {

java.awt.EventQueue.invokeLater(new Runnable() {

@Override
public void run() {

new OknoGlowne().setVisible(true);

}

});}

}

Jest to niebanalna konstrukcja mająca następujące działanie.

1. Fragment

new Runnable() {
@Override
public void run() {
new OknoGlowne().setVisible(true);

}

tworzy specjalną klasę, której zadaniem jest uruchomienie okna. Takie kla-
sy są nazywane z reguły Runnerami. Automatycznie wygenerowany kod
nie oddaje z pełni istoty uruchamiaczy okien, ale do ich tematu powró-
cimy jeszcze przy tworzeniu pod-okienek. Tworzona jest tutaj tzw. klasa
anonimowa tzn. że nie posiada ona swojej nazwy ani konstruktora. Aby
stworzyć taką klasę należy wskazać klasę po której dziedziczy oraz uzu-
pełnić resztę jej wnętrza. W tym wypadku klasa anonimowa pochodzi od
interfejsu wszystkich uruchamiaczy czyli Runnable. Interfejs ten posiada
jedną jedyną metodę run czyli uruchom. Zadaniem naszej uruchamiacza
jest stworzenie nowego okna ( new OknoGlowne()) oraz wyświetlenia go
(.setVisible(true));

2. Fragment

ROZDZIAŁ 7. TWORZENIE APLIKACJI Z INTERFEJSEM GRAFICZNYM SWING45

java.awt.EventQueue.invokeLater( \cdot );

odpowiada natomiast za tworzenie nowych wątków. Domyślnie oznacza
on ”Przekaż uruchamiacz do uruchomienia w nowym wątku w najbliższej
wolnej chwili”. Parametr, który otrzymuje funkcja invokeLater musi być
typu Runnable.

W powyższy sposób można tworzyć dowolną ilość okien. Nie jest jednak

banalnym aby nauczyć tak utworzone okna komunikować się ze sobą. Jak to
zrobić umówimy w sekcji tworzenia nowych okienek.

7.1.2

Swing - menu

Jednym z pierwszych rzeczy jakie zapragniemy dodać do naszego okna jest głów-
ny pasek menu. Rzeczy związane z jego tworzeniem znajdziemy przy działają-
cym Budowniczym Okien po prawej stronie w oknie palety. Należy odszukać
Pasek Menu czyli Menu Bar. Każde okno może posiadać jeden pasek menu przy-
pięty do siebie. Domyślnie pasek ten posiada dwa elementu rozwijalne. Plik/File
oraz Edycja/Edit. Można je wykorzystać do swoich potrzeb, zmienić lub usu-
nąć. Aby dodać pasek menu należy przeciągnąć go z palety do lewego górnego
narożnika okna w którym chcemy go umieścić.

Do paska menu, można dodawać wyłącznie elementy typu menu. Analogicz-

nie jak poprzednio polega to na przesunięciu ich z palety i upuszczeniu na Pasku
Menu.

Do danego menu, można dodawać inne menu, elementy menu (menu item),

elementy będące polami do zaznaczenia (menu checkbox), elementy będące po-
lami wyboru jednokrotnego (menu radiobox) lub separatorami czyli liniami roz-
dzielającymi.

Każdy z tych elementem kliknięty PPM w Budowniczym Okien pozwala na

edytowanie wielu posiadanych przez siebie właściwości. Pierwszą nam niezbędną
jest zmiana nazwy menu lub elementu z menu. Inna, ciut ważniejszą gdy już
zaczniemy dopisać rzeczy do kodu wygenerowanego, będzie zmiana nazwy danej
zmiennej.

W dalszej części zajmiemy się jednak najważniejszymi czynnościami jakie

można przypisać elementom menu, jakimi są opisanie ich wydarzeń.

7.1.3

Swing - kontenery

Obszar we wnętrzu okna można podzielić na obszary, które posłużą nam do
przechowywania w swoim wnętrzu innych elementów Swing.

Zakładki

Najprostszym kontenerem jest kontener zakładek. Aby stworzyć w obszarze
okna zakładki należy przeciągnąć i odpowiednio rozszerzyć obszar zakładek/
Tabbed Pane. Aby utworzyć zakładkę należy do niego przeciągnąć Panel. Każ-
da z zakładek może posiadać swoją unikatową nazwę. Zakładki są niezwykle
skuteczną metodą radzenia sobie z nadmiarem okien. Pisanie nowych okien wy-
maga tworzenia ich runnerów oraz opisywania dokładnej komunikacji między
nimi. Tymczasem gdy kilka okien połączyć w jedno okno z zakładkami, całość
staje znacznie przyjemniejsza w opisywaniu.

ROZDZIAŁ 7. TWORZENIE APLIKACJI Z INTERFEJSEM GRAFICZNYM SWING46

7.1.4

Swing - kontrolki

Tym co naprawdę wypełnia powierzchnie okna i kontenerów są kontrolki. Kon-
trolki są dla okna tym co elementy menu dla samego menu. To one odpowiadają
za akcje, wprowadzenia i wyprowadzenia tekstów czy wszystkie inne modyfika-
cje.

7.2

Okienka dialogowe

W Javie występuje szereg bardzo prostych okienek, których użycie pozwala na
przyśpieszenie działania programu. Są to okienka:

1. Potwierdzenia z opcjami tak,nie, cofnij

2. Wprowadzenia, celem podania jakiejś danej

3. Wiadomości, wyświetlenia wiadomości

4. Ogólne okno opcji

7.2.1

Przykładowe użycia okienek dialogowych

Dla przykładu jeśli chcemy wywołać okienko upewniające się czy program po-
winien się zakończyć:

int n = JOptionPane.showConfirmDialog(this,"Czy zakończyć działanie programu ?" ,
"Wyjść?", JOptionPane.OK_CANCEL_OPTION, JOptionPane.QUESTION_MESSAGE);
if (n == JOptionPane.OK_OPTION)
System.exit(0);

7.3

Wydarzenia

7.3.1

Akcja wykonana

Najczęściej stosowanym wydarzeniem jest wykonanie akcji. Aby opisać co się
dzieje gdy przycisk zostanie naciśnięty, menu item wybrany albo tekst wypeł-
niony. Aby dodać wykonanie jakiś czynności dla danego obiektu należy kliknąć
PPM na nim i wybrać Events -¿ Action Performed. Doprowadzi to do przełą-
czenia do widoku kodu i wnętrza automatycznie wygenerowanej funkcji której
zadaniem jest spełnić wszystkie czynności niezbędne do wykonania całej akcji
wywołanej przy wciśnięciu przycisku.

7.4

Właściwości okna

7.5

Nasłuchiwacze

Dodatek A

Zadania laboratoryjne

Laboratorium 1. Rozwiązywanie równania kwadratowego.

Napisać program służący do rozwiązywania równania kwadratowego. Pro-

gram powinien działać w interfejsie terminalowym i wczytywać od użytkownika
współczynniki wielomianu stopnia drugiego. Na polecenie użytkownika, powinna
istnieć możliwość wykonania następujących akcji:

Wprowadzenia nowego wielomianu stopnia 2

Policzenia i wypisania wyróżnika wielomianu

Policzenia i wypisania miejsc zerowych

Wyjścia z programu

Należy utworzyć klasę Równanie Kwadratowe implementującą dwie funkcje

double[] rozwiaz()

double wyroznik()

Które odpowiednio wyznaczają wektor rozwiązań oraz wyróżnik równania.

Laboratorium 2. Rozwiązywanie równania trzeciego stopnia.

Rozszerzyć poprzedni program o możliwość rozwiązywania równań trzeciego

stopnia. W tym celu należy zaprojektować odpowiednia hierarchię klas i cech.
Należy utworzyć abstrakcyjną klasę Równanie Wielomianowe, które będzie po-
siadało swój stopień oraz listę swoich współczynników. Należy stworzyć jeszcze
interfejs Rozwiazywalne Metodą Wyznacznikową posiadający funkcje

double[] rozwiaz()

double wyroznik()

W reszcie należy najpierw poprawić klasę Równanie kwadratowe tak by to

dziedziczyło klasę abstrakcyjną oraz interfejs, oraz napisać klasę równania trze-
ciego stopnia. Na sam koniec należy przystosować program do możliwości od-
czytu Równań kwadratowych.

Dodatkowo! Można przystosować program do wczytywania dowolnego wielo-

mianu, a w wypadku próby użycia metody wyznacznikowej dla nieodpowiedniego
typu wielomianu, zgłaszać błąd. Nie można rozwiązać metodą wyznaczników,

DODATEK A. ZADANIA LABORATORYJNE

lub w wypadku równania 4 rzędu - Nie utworzona funkcjonalność. Można kon-
tynuować rozwój programu o rozwiązywanie równanie liniowego i sprawdzanie
równania bez zmiennych (wielomian stopnia 0 równy zeru).

Laboratorium 3. Figury płaskie.

Napisać program pozwalający na utworzenie różnych figur płaskich

Koło

Trójkąt

Czworokąt

Prostokąt

Romb

Kwadrat

Figury mają posiadać umiejętność obliczenia swojego pola i obwodu. Należy za-
projektować odpowiednia strukturę klas. Ponadto należy utworzyć klasę punk-
tu na płaszczyźnie oraz wektora. Opracować interfejs przesuwalne i umożliwić
wszystkim obiektom przesuwanie się o wektor. Ponadto należy klasy wyposażyć
w odpowiednie implementacje funkcji abstrakcyjnej, która odpowiada na pytanie
czy wskazany punkt należy do danej figury.

Laboratorium 4. Rzut kostką n-ścienną

Napisać program okienkowy w Java Swing pozwalający na wygenerowanie

rzutu dowolną kością n-ścienną. Program powinien korzystać z klasy Kostka,
która posiada w sobie wszystkie elementy losowości, a interfejs graficzny jedy-
nie służy do ich wywołania. Aplikacja powinna zawierać w sobie pasek menu,
umożliwiający jej zamknięcie, przycisk losowania, odpowiednie etykiety oraz pole
tekstowe do podania przez użytkownika ilości ścian. Dane podawane przez użyt-
kownika powinny być zabezpieczone przed podaniem danej złego formatu (innego
niż liczba całkowita) oraz spoza zakresu ( zero lub mniej).

Laboratorium 5. Stos

Napisać własną obsługę stosu i wyposażyć tak zdefiniowana klasę w odpo-

wiednie funkcje jak

Push włóż na stos

Pop pobierz z wierzchołka stosu

Top odczytaj wartość z wierzchołka stosu, bez jej zdejmowania

isEmpty czy stos jest pusty

Contains czy stos zawiera element o danym kluczu

Remove usuń element o wskazanym kluczu ze stosu

Laboratorium 6. Bank - 2 zajęcia

Napisać aplikację okienkową polegającą na zarządzaniu kontami bankowymi.

Aplikacja ma pozwalać na

DODATEK A. ZADANIA LABORATORYJNE

tworzenie użytkowników

zamykanie kont użytkowników

realizowanie wpłat i wypłat

realizowanie przelewów pomiędzy kontami użytkowników

dane powinny być zapisywane w plikach tekstowych w języku xml

Obowiązuje zasada 1 użytkownik = 1 konto.

Dodatek B

Zadania projektowe

Projekt 1. Napisać program obliczający liczbę π jako granicę ciągu. Ciąg może
być dowolnie wybrany z tych które w granicy posiadają liczbę π. Np. wiadomo,
że

∞

i=0

(B.1)

Powyższe można przekształcić do utworzenia ciągu zbieżnego do liczby. Do stwo-
rzenia w ramach zadania jest klasa Ciąg Liczbowy posiadająca funkcję zwracają-
cą wartość ciągu dla podanego miejsca w ciągu. Następnie w ciele funkcji main
napisać algorytm obliczający wartość liczby pi jako granicy ciągu, przy ustalo-
nym parametrze dokładności.

Każdy projekt musi wykorzystywać inną zależność związaną z liczbą π.

Projekt 2. Rozszerzyć zadanie laboratoryjne o jedną z figur płaskich takich jak:

1. Kwadrat

2. Prostokąt

3. Romb

4. Trapez

5. Elipsa

6. Deltoid

7. Sześciokąt

Klasa ma zostać wyposażona w własne implementacje dziedziczonych metod (z
wyłączeniem przesun w szczególnych przypadkach) i posiadać co najmniej 4 me-
tody jej konstruowania (4 różne konstruktory). Dla przykładu dla czworokąta
alternatywną metodą konstruowania jest podanie punktu oraz dwóch wektorów o
różnych kierunkach.

Projekt 3. Napisać bibliotekę realizującą algorytmy sortowania

bąbelkowego

przez wstawianie

DODATEK B. ZADANIA PROJEKTOWE

przez wybór

Oraz zaprezentować jej działanie z użyciem testów JUnit

Projekt 4. Napisać bibliotekę realizującą algorytmy sortowania

szybkiego

przez łączenie

Oraz zaprezentować jej działanie z użyciem testów JUnit

Projekt 5. Napisać program odszukujący minimum funkcji unimodalnej (po-
siadającej pojedynczy punkt minimum w zadanym przedziale) metodami

dychotomii

Fibonacci

Dodatek C

Zadania do samodzielnego
rozwiązania

C.1

Zadanie z prostych algorytmów

Zadanie C.1. Napisz program, którego zadaniem będzie zapytać użytkownika
o imię, a potem ładnie się z nim przywitać.

Zadanie C.2. Napisać program, którego zadaniem jest porównać dwie liczby
rzeczywiste, oraz porównać moduły tych liczb i wypisać, która z liczb pod którym
względem jest większa.

Zadanie C.3. Napisz program, którego zadaniem będzie wczytać linijkę tekstu
z pojedynczą operacją matematyczną +,-,*,/. Program ma policzyć wynik i wy-
pisać go na ekranie. Zamiana wczytanego ciągu znaków na wartość ma odbyć
się z pomocą funkcji (napisanej przez programistę)

double compute(String text){}

Zadanie C.4. Napisać program, którego zadaniem jest sprawdzić czy liczba
podana przez użytkownika jest liczbą pierwszą. Jeśli nie jest, program ma wypisać
jej wszystkie dzielnik właściwe. Do wykonania powyższego należy napisać dwie
funkcje

boolean isPrime(int number){}
int[] findDivisors(int number){}

Zadanie C.5. Napisać program do liczenia liczby silnia oraz symbolu newtona

Zadanie C.6. Napisać implementacje sita Eratostenesa poszukiwania liczb pierw-
szych

Zadanie C.7. Napisać program do obliczania potęgi liczby naturalnej bez uży-
wania operatora mnożenia. Wskazówka. Przypomnieć sobie wzory z szeregów.

C.2

Zadania z modelowania w języku Java

Zadanie C.8. Napisać program, którego zadaniem jest realizacja podstawowych
operacji na liczbach zespolonych. W szczególności należy uzupełnić klasę Com-
plexNumber o postaci

DODATEK C. ZADANIA DO SAMODZIELNEGO ROZWIĄZANIA

static class ComplexNumber {

double real;
double imaginary;
/**
* Dodaje dwie liczby zespolone
* @param left lewy operand
* @param right prawy operand
* @return wynik dodawania
*/
static ComplexNumber add(ComplexNumber left, ComplexNumber right) {

return null;

}
/**
* Odejmuje dwie liczby zespolone
* @param left lewy operand
* @param right prawy operand
* @return wynik odejmowania
*/
static ComplexNumber subtract(ComplexNumber left, ComplexNumber right) {

return null;

}
/**
* Mnoży dwie liczby zespolone
* @param left lewy operand
* @param right prawy operand
* @return wynik mnożenia
*/
static ComplexNumber multiply(ComplexNumber left, ComplexNumber right) {

return null;

}
/**
* Dzieli dwie liczby zespolone
* @param left lewy operand
* @param right prawy operand
* @return wynik dzielenia
*/
static ComplexNumber divide(ComplexNumber left, ComplexNumber right) {

return null;

}
/**
* Wypisuje liczbę zespoloną
* @return liczba zespolona w postaci (a+bi)
*/
String print() {

return null;

}
}

DODATEK C. ZADANIA DO SAMODZIELNEGO ROZWIĄZANIA

Programista ma zapewnić użytkownikowi swobodę wyboru operacji oraz podania
liczb zespolonych. Program powinien kończyć się po podaniu specjalnej komendy
kończącej.

Wskazówka. Dodawania dwóch liczb będzie miało postać:

ComplexNumber c1,c2;
...
ComplexNumber c3 = ComplexNumber.add(c1,c2);

Zadanie C.9. Napisać program pozwalający na utworzenie wielu różnych pojaz-
dów (samolot, pociąg, samochód, motocykl, rower), które mogą się przemieszczać
pomiędzy punktami A i B na płaszczyźnie. Pojazd posiada jaką swoje prywatne
składowe:

prędkość

bieżącą pozycje (klasy punkt)

Pojazdy posiadają funkcję jedź(), która powoduje przesunięcie się o odległość
zgodną z ich prędkością w kierunku ustalonego celu, lub osiągnięcie go jeśli jest
on w zasięgu. Funkcja jedź jest wywoływana cyklicznie i z równą częstością dla
każdego pojazdu umieszczonego na trasie. Na zakończenie cyklu wszystkie pojaz-
dy podają przebytą odległość oraz czy osiągnęły cel.

C.3

Zadania z prostych aplikacji graficznych

Zadanie C.10. Napisać prosty program do przeliczania walut wg podanego kur-
su

Zadanie C.11. Napisać program do gry w wisielca. Słownik słów powinien być
podany poprzez plik tekstowy, i do gry powinno być losowane dowolne słowo ze
słownika. Gracz może wykonać dwie akcje

Szukaj spółgłoski

Zgadnij hasło

Szukanie spółgłoski oraz nieudane zgadywanie hasła ma powodować wyczerpy-
wanie się możliwości do błędu gracza.

Spis rysunków

Spis tabel

Bibliografia

[1] Bruce Eckel. Thinking in Java. Helion, Gliwice, 4 edition, 2006.

[2] Jerzy Grębosz. Symfonia C++ standard, volume 1. Edition 2000, Kraków,

3 edition, 2008.

Wyszukiwarka

Podobne podstrony:

więcej podobnych podstron