Основы программирования на Java

учебное пособие

Ульяновск: УлГТУ

2006

ВВЕДЕНИЕ

Java - это язык программирования для Internet. Java - это язык для создания безопасных, переносимых, надежных, объектно-ориентированных интерактивных программ с параллельно выполняющимися подпроцессами.

Создание языка Java — это действительно один из самых значительных шагов вперед в области разработки сред программирования за последние 20 лет. Язык HTML (Hypertext Markup Language — язык разметки гипертекста) был необходим для статического размещения страниц во «Всемирной паутине» WWW (World Wide Web). Язык Java потребовался для качественного скачка в создании интерактивных продуктов для сети Internet.

Три ключевых элемента объединились в технологии языка Java и сделали ее в корне отличной от всего, существующего на сегодняшний день:

-  Java предоставляет для широкого использования свои аплеты — небольшие, надежные, динамичные, не зависящие от платформы активные сетевые приложения, встраиваемые в страницы Web. Аплеты Java могут настраиваться и распространяться потребителям с такой же легкостью, как любые документы HTML.

-  Java предоставляет мощные объектно-ориентированные принципы разработки приложений, сочетая простой и знакомый синтаксис с надежной и удобной в работе средой разработки. Это позволяет широкому кругу программистов быстро создавать новые программы и новые аплеты.

-  Java предоставляет программисту богатый набор классов объектов для ясного абстрагирования многих системных функций, используемых при работе с окнами, сетью и для ввода-вывода. Ключевая черта этих классов заключается в том, что они обеспечивают создание независимых от используемой платформы абстракций для широкого спектра системных интерфейсов.

Программирование на Java очень привлекательно. Можно очень быстро начать писать программы, получая удовлетворительные результаты. Это пособие дает основы объектно-ориентированного программирования, необходимого для успешной работы на Java. Кроме этого, пособие знакомит с базовыми конструкциями этого языка.

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ 1. ПЕРЕМЕННЫЕ

Переменная - это основной элемент хранения информации в Java- программе. Переменная характеризуется комбинацией идентификатора, типа и области действия. В зависимости от того, где объявлена переменная, она может быть локальной, например, для кода внутри метода, либо это может быть переменная экземпляра класса, доступная всем методам данного класса. Локальные области действия объявляются с помощью фигурных скобок.

1.1. Объявление переменных

Все переменные должны быть объявлены до первого их использования в программе. Основная форма объявления переменной такова:

тип идентификатор [ = значение] [, идентификатор [ = значение ]...];

Тип — это либо один из встроенных типов, либо имя класса или интерфейса. Ниже приведено несколько примеров объявления переменных различных типов. Обратите внимание на то, что некоторые примеры включают в себя инициализацию начального значения. Переменные, для которых начальные значения не указаны, автоматически инициализируются нулем.

Таблица 1.1. Объявление переменных различных типов

№	Тип	Вид переменной
1	int а, b, с;	Объявляет три целых переменных а, b, с
2	int d = 3, е, f = 5;	Объявляет еще три целых переменных, инициализирует d и f
3	byte z = 22;	Объявляет переменную z типа byte и инициализирует ее
4	double pi = 3.14159;	Объявляет переменную pi типа double и инициализирует ее числом пи
5	char x = V;	Символьная переменная х получает значение 'х'

Идентификатор – это наименование переменной. В качестве идентификатора может использоваться любая последовательность строчных и прописных букв, цифр и символов _ (подчеркивание) и $ (доллар). Идентификаторы не должны начинаться с цифры.

Значение - это любой литерал или выражение, результатом которого является значение того же (или совместимого с указанным в объявлении переменной) типа. В приведенном ниже примере создаются три переменные, соответствующие сторонам прямоугольного треугольника, а затем с помощью теоремы Пифагора вычисляется длина гипотенузы, в данном случае числа 5, величины гипотенузы классического прямоугольного треугольника со сторонами 3-4-5.

class Variables {

public static void main (String args []){

double a = 3;

double b = 4;

double c;

с = Math.sqrt (a* a + b* b);

                   System.out.println ("c = "+ c);

}

1.2. Область видимости переменной

Блоки составных операторов в Java отмечаются парой фигурных скобок {}. Переменные в Java начинают действовать с того места в программе, где они объявлены до конца содержащего их блока. Блоки могут быть вложены друг в друга, и у каждого может быть свой собственный набор локальных переменных.

2. ТИПЫ

Тип - это классификация, основанная на содержимом и индивидуальности. В программировании тип определяет свойства выражения или переменной таким образом, что можно предсказать ее поведение.

2.1. Простые типы

Простые типы в Java не являются объектно-ориентированными, они аналогичны простым типам большинства традиционных языков программирования. Простые типы служат для представления элементарных, содержащих единственные значения сущностей - целых и вещественных чисел, символов и логических значений. В Java имеется восемь простых типов: byte, short, int, long, char, float, double и boolean. Их можно разделить на четыре группы:

1. Целые. К ним относятся типы byte, short, int и long. Эти типы предназначены для целых чисел со знаком.

2. Типы с плавающей точкой — float и double. Они служат для представления чисел, имеющих дробную часть.

3. Символьный тип char. Этот тип предназначен для представления элементов из таблицы символов, например, букв или цифр.

4. Логический тип boolean. Это специальный тип, используемый для представления логических величин.

В Java в отличие от некоторых других языков отсутствует автоматическое приведение типов. Несовпадение типов приводит к сообщению об ошибке. Для каждого типа строго определены наборы допустимых значений и разрешенных операций.

2.1.1. Числовые типы

Числовые типы - это типы, предназначенные для хранения чисел. Когда вы выполняете математические операции, вы имеете дело с числовыми значениями. Существует два вида числовых типов. Те, которые предназначены для хранения чисел без дробной части, называются целыми типами, а те, в которых может храниться и дробная часть числа - вещественными, или типами с плавающей точкой.

В языке Java понятие беззнаковых чисел отсутствует. Все числовые типы этого языка — знаковые. Например, если значение переменной типа byte равно в шестнадцатиричном виде 0x80, то это число -1.

2.1.1.1. Целые типы

Отсутствие в Java беззнаковых чисел вдвое сокращает количество целых типов. В языке имеется 4 целых типа, занимающих 1, 2, 4 и 8 байтов в памяти. Для каждого типа — byte, short, int и long - есть свои естественные области применения.

Тип byte

Тип byte — это знаковый 8-битовый тип. Его диапазон — от -128 до 127. Он лучше всего подходит для хранения произвольного потока байтов, загружаемого из сети или из файла,

byte b;

byte с = 11;

Если речь не идет о манипуляциях с битами, использования типа byte, как правило, следует избегать. Для нормальных целых чисел, используемых в качестве счетчиков и в арифметических выражениях, гораздо лучше подходит тип int.

Тип short

Short — это знаковый 16-битовый тип. Его диапазон — от -32768 до 32767. Это, вероятно, наиболее редко используемый в Java тип, поскольку он определен как тип, в котором старший байт стоит первым,

short s;

short t= 129;

Тип int

Тип int служит для представления 32-битных целых чисел со знаком. Диапазон допустимых для этого типа значений — от -2147483648 до 2147483647. Чаще всего этот тип данных используется для хранения обычных целых чисел со значениями, достигающими двух миллиардов. Этот тип прекрасно подходит для использования при обработке массивов и для счетчиков. В ближайшие годы этот тип будет прекрасно соответствовать машинным словам не только 32-битовых процессоров, но и 64-битовых с поддержкой быстрой конвейеризации для выполнения 32-битного кода в режиме совместимости. Всякий раз, когда в одном выражении фигурируют переменные типов byte, short, int и целые литералы, тип всего выражения перед завершением вычислений приводится к int.

int i;

int j = 1000;

Тип long

Тип long предназначен для представления 64-битовых чисел со знаком. Его диапазон допустимых значений достаточно велик даже для таких задач, как подсчет числа атомов во вселенной,

long m;

long n = 123;

He надо отождествлять разрядность целочисленного типа с занимаемым им количеством памяти. Исполняющий код Java может использовать для ваших переменных то количество памяти, которое сочтет нужным, лишь бы только их поведение соответствовало поведению типов, заданных вами.

Таблица 2.1. Таблица разрядностей и допустимых диапазонов для различных типов целых чисел

№	Имя	Разрядность	Диапазон
1	long	64	-9, 223, 372,036, 854, 775, 808 ... 9, 223, 372, 036, 854, 775, 807
2	int	32	-2, 147, 483, 648 .... 2, 147, 483, 647
3	short	16	-32,768 .... 32, 767
4	byte	8	-128 ... 127

2.1.1.2. Числа с плавающей точкой

Числа с плавающей точкой, часто называемые в других языках вещественными числами, используются при вычислениях, в которых требуется использование дробной части. В Java реализован стандартный (IEEE-754) набор типов для чисел с плавающей точкой — float и double и операторов для работы с ними.

Таблица 2.2. Характеристики типов чисел с плавающей точкой

№	Имя	Разрядность	Диапазон
1	double	64	1.7e-308 .... 1.7e+ 308
2	float	32	3.4e-038 .... 3.4e+ 038

Тип float

В переменных с обычной, или одинарной точностью, объявляемых с помощью ключевого слова float, для хранения вещественного значения используется 32 бита,

float f;

float f2 = 3.14;

Тип double

В случае двойной точности, задаваемой с помощью ключевого слова double, для хранения значений используется 64 бита. Все трансцендентные математические функции, такие как sin, cos, sqrt, возвращают результат типа double,

double d;

double pi = 3.14159265358979323846;

2.1.2. Символы

Поскольку в Java для представления символов в строках используется кодировка Unicode, разрядность типа char в этом языке — 16 бит. В нем можно хранить десятки тысяч символов интернационального набора символов Unicode. Диапазон типа char — 0..65536. Unicode — это объединение десятков кодировок символов, он включает в себя латинский, греческий, арабский алфавиты, кириллицу и многие другие наборы символов,

char с;

char с2 = 0xf132;

char с3 =’а’;

char с4 = ‘\n’;

Хотя величины типа char и не используются как целые числа, вы можете оперировать с ними так, как если бы они были целыми. Это дает вам возможность сложить два символа вместе, или инкрементировать значение символьной переменной. В приведенном ниже фрагменте кода мы, располагая базовым символом, прибавляем к нему целое число, чтобы получить символьное представление нужной нам цифры,

int  three = 3;

char one = ‘1’;

char four = (char) (three+ one);

В результате выполнения этого кода в переменную four заносится символьное представление нужной нам цифры — '4'. Обратите внимание — тип переменной one в приведенном выше выражении повышается до типа int, так что перед занесением результата в переменную four приходится использовать оператор явного приведения типа.

2.1.3. Тип boolean

В языке Java имеется простой тип boolean, используемый для хранения логических значений. Переменные этого типа могут принимать всего два значения — true (истина) и false (ложь). Значения типа boolean возвращаются в качестве результата всеми операторами сравнения, например (а < b) — об этом разговор пойдет в следующей главе. Кроме того, вы узнаете, что boolean — это тип, требуемый всеми условными операторами управления — такими, как if, while, do,

2.2. Приведение типов

Иногда возникают ситуации, когда у вас есть величина какого-то определенного типа, а вам нужно ее присвоить переменной другого типа. Для некоторых типов это можно проделать и без приведения типа, в таких случаях говорят об автоматическом преобразовании типов. В Java автоматическое преобразование возможно только в том случае, когда точности представления чисел переменной-приемника достаточно для хранения исходного значения. Такое преобразование происходит, например, при занесении литеральной константы или значения переменной типа byte или short в переменную типа int. Это называется расширением (widening) или повышением (promotion), поскольку тип меньшей разрядности расширяется (повышается) до большего совместимого типа. Размера типа int всегда достаточно для хранения чисел из диапазона, допустимого для типа byte, поэтому в подобных ситуациях оператора явного приведения типа не требуется. Обратное в большинстве случаев неверно, поэтому для занесения значения типа int в переменную типа byte необходимо использовать оператор приведения типа. Эту процедуру иногда называют сужением (narrowing), поскольку вы явно сообщаете транслятору, что величину необходимо преобразовать, чтобы она уместилась в переменную нужного вам типа. Для приведения величины к определенному типу перед ней нужно указать этот тип, заключенный в круглые скобки. В приведенном ниже фрагменте кода демонстрируется приведение типа источника (переменной типа int) к типу приемника (переменной типа byte). Если бы при такой операции целое значение выходило за границы допустимого для типа byte диапазона, оно было бы уменьшено путем деления по модулю на допустимый для byte диапазон (результат деления по модулю на число — это остаток от деления на это число),

int а = 100;

byte b = (byte) а;

2.2.1. Автоматическое преобразование типов в выражениях ...