1

Języki Programowania

Podstawy Java. Maszyny wirtualne.

2

Kompilacja



Kompilator

tłumaczy program zapisany w języku

wysokiego poziomu na język maszynowy

my_prog.c

my_prog.exe

program wykonywalny

2

3

Kompilacja i platformy



Każda

platforma

(procesor + system operacyjny) ma własne unikatowe

wymagania odnośnie postaci kodu programu wykonalnego



Dla n języków i m platform potrzebne jest n



m kompilatorów

PC + UNIX

PC + Windows

PC + MacOS

4

Maszyna wirtualna (VM)



Maszyna wirtualna (VM

─

virtual machine

) jest hipotetycznym

(wirtualnym) komputerem



VM można uruchomić na dowolnym rzeczywistym komputerze jako
symulator (emulator)



Język maszyny wirtualnej jest językiem pośredniczącym między
oprogramowaniem a rzeczywistym komputerem. Zapis programu w
tym języku nosi nazwę

bytecode



Dla dowolnego języka wystarczy tylko jeden kompilator tego języka
na język VM

3

5

Koncepcja VM



Niezależnie od liczby platform, dla n języków potrzeba n
kompilatorów

Maszyna wirtualna

– VM

PC + UNIX

PC + Windows

PC + MacOS

6

Wady koncepcji VM



Utrata efektywności



Stosując wspólną maszynę wirtualną VM dla różnych platform sprzętowych nie

można wykorzystać w pełni jej unikatowych cech przyspieszających wykonanie

niektórych operacji



akceleratory graficzne



operacje DSP ...

 Sprowadzenie zapisu programu do zunifikowanego bytecode prowadzi do utraty

efektywności języków w zakresie pewnych konstrukcji programistycznych



rekursja itp..

 Idealna maszyna wirtualna w praktyce nie istnieje



W praktyce decydując się na określoną VM dokonuje się kompromisu, godząc

się na utratę efektywności



Stąd szybkość programów interpretowanych przez VM jest zwykle mniejsza od

szybkości programów kompilowanych bezpośrednio na daną platformę



programy napisane w języku Java są wolniejsze od programów napisanych w języku
C/C++

4

7

JVM

– wirtualna maszyna Java

Java

Maszyna wirtualna Java

JVM

PC + UNIX

PC + Windows

PC + MacOS



Maszyna wirtualna Java (

Java Runtime Engine

) jest dostępna dla niemal

wszystkich platform



JVM dla Windows to

java.exe

8

Maszyny wirtualne

 Maszyny wirtualne



dla jednego języka

 wielu platform
były znane już wcześniej, ale nie zdobyły większej popularności



Najbardziej dojrzałe rozwiązania wcześniejszych VM to

 Pascal:

p-

Machine (połowa lat 80-tych XX w.)

 Smalltalk: Smalltalk Bytecode Interpreter
 Prolog:

WAM

 Smalltalk 80

może być uważany za protoplastę języka Java. Rynek

nie był w roku 1980 przygotowany na taką ideę. Smalltalk
wyprzedził swój czas o ponad 20 lat

5

9

Wielojęzyczne JVM



Współczesne implementacje JVM są zdolne do interpretacji

bytecode

generowanego przez różne języki

10

Kompilacja programu Java



Program źródłowy z rozszerzeniem

.java

jest kompilowany przez

kompilator

javac

na plik o tej samej nazwie, ale z rozszerzeniem

.class



Plik ten zawiera

bytecode

dla JVM

Source code

Hello.java

Hello.class

Hello.java

Hello.class

6

11

Wykonanie programu Java

 Bytecode

jest wykonywany przez JVM



Bytecode może również pochodzić z innych kompilatorów, np.. JPython,
JBasic lub Smalltalk/JVM

Hello

Hello.class

Hello.class

12

JDK

– główne elementy

Java Virtual Machine

java.exe

Narzędzia dokumentacji

javadoc.exe

Kompilator Java

javac.exe

7

13

Środowisko JDK / DOS



Utworzyć program źródłowy

hello.java



W linii poleceń DOS wywołać
kompilator

javac

i skompilować

program

hello.java



Powstanie bytecode o nazwie

hello.class



Uruchomić program w JVM

public class hello{
public static void
main(String[] args)
{ System.out.println
("Hello World"); }
}

C:>javac hello.java


C:>java hello
Hello World

14

Środowisko JDK / Windows



Utworzyć program źródłowy

hello.java



Wywołać konsolę

cmd



Wywołać kompilator
>

javac hello.java

Powstanie bytecode o nazwie

hello.class



Uruchomić program w JVM
>

java hello



Na konsoli

pojawi się
tekst

Hello World

8

15

Środowisko JDK / Windows



Metoda pisania, kompilowania i uruchamiania programów podana na
poprzednim slajdzie działa, ale jest anachroniczna



Dziś nie posługujemy się już linią poleceń, bo jest to niewygodne



Stosuje się specjalnie zaprojektowane graficzne środowiska uruchomieniowe



Interaktywne, graficzne środowiska uruchomieniowe dla języka Java

 JBuilder (Borland)
 NetBeans (Sun Microsystems)



Swing

– do budowy GUI

 Eclipse



Zaletą (ale też i wadą) wymienionych narzędzi jest bogactwo opcji, funkcji



Nauka jest długa i żmudna

 Dokumentacja jest bardzo obszerna



Dlatego opracowano uproszczone środowiska uruchomieniowe, przeznaczone
głównie do celów dydaktycznych

 BlueJ (University of Kent, Deakin University)
 jGRASP