Программирование на языке JAVA

Методические указания по выполнению СРС

для групп специальности: «5В071900 - Радиотехника,электроника и телекоммуникации»

Рассмотрено и одобрено на заседании кафедры, протокол №____

от «____» ______________2015г.

К.ф.-м.н, зав.кафедрой информатики____________ Мурзабекова Г.Е.

АСТАНА - 2015 г.

Практикум по программированию представляет собой учебно-методические материалы по курсу “Программирование на языке JAVA”, который ориентирован на использование при проведении практических занятий, лабораторных работ.

В практикуме приведены методы и рекомендации по решению типовых задач, необходимые сведения с средствах языка JAVA, примеры, формулировки заданий для лабораторных работ.

Предполагается, что типовые задачи сначала обсуждаются на практических занятиях: рассматривается постановка задачи, общая схема решения, особенности применяемых типов и языковых конструкций, особенности реализации при программировании на конкретных примерах. Затем выдается индивидуальное задание, которое необходимо выполнить с учетом требований и рекомендаций. Задание должно быть выполнено на компьютере по принятой на занятиях технологии, программа отлажена, результаты продемонстрированы преподавателю в удобной для анализа форме.

Язык Java — это объектно-ориентированный язык программирования, ведущий свою историю от известного языка C++. Но в отличие от последнего Java является языком интерпретируемым, программы, написанные на нем, способны работать в разных местах сети и не зависят от платформы, на которой выполняются написанные на нем приложения.

Изучая Java, вы будете приятно удивлены тем, что его синтаксис близок к синтаксису языка C++. Унаследовав самое лучшее от языка программирования C++, язык Java при этом избавился от некоторых недостатков C++, в результате чего на нем стало проще программировать. В этом языке нет, например, указателей, которые сложны в использовании и потенциально могут послужить причиной доступа программы к не принадлежащей ей области памяти. Нет множественного наследования и шаблонов, хотя функциональные возможности языка Java от этого не пострадали. Если вы умеете программировать на C++, для вас не составит особого труда изучить язык Java.

Огромное преимущество Java заключается в том, что на этом языке можно создавать приложения, способные работать на различных платформах. К сети Internet подключены компьютеры самых разных типов - Pentium PC, Macintosh, рабочие станции Sun и так далее. Даже в рамках компьютеров, созданных на базе процессоров Intel, существует несколько платформ, например, Microsoft Windows 2000, Windows NT, Windows ХР, OS/2, Solaris, различные разновидности операционной системы UNIX с графической оболочкой X­Windows. Приложения Java предназначены для работы на различных платформах и не зависят от конкретного типа процессора и операционной системы.

Программы, составленные на языке программирования Java, можно разделить по своему назначению на две большие группы.

К первой группе относятся приложения Java, предназначенные для автономной работы под управлением специальной интерпретирующей машины Java. Реализации этой машины созданы для всех основных компьютерных платформ.

Вторая группа - это так называемые апплеты (applets). Апплеты представляют собой разновидность приложений Java, которые интерпретируются виртуальной машиной Java, встроенной практически во все современные браузеры.

Приложения, относящиеся к первой группе (мы будем называть их просто приложениями Java), - это обычные автономные программы. Так как они не содержат машинного кода и работают под управлением специального интерпретатора, их производительность заметно ниже, чем у обычных программ, составленных, например, на языке программирования C++. Однако не следует забывать, что программы Java без перетрансляции способны работать на любой платформе, что само по себе имеет большое значение в плане разработок для Internet.

Для повышения производительности приложений Java в современных браузерах используется компиляция "на лету"- Just-In-Time compilation (JIT). При первой загрузке апплета его код транслируется в обычную исполнимую программу, которая сохраняется на диске и запускается. В результате общая скорость выполнения апплета Java увеличивается в несколько раз.

Язык Java является объектно-ориентированным и поставляется с достаточно объемной библиотекой классов. Так же как и библиотеки классов систем разработки приложений на языке C++, библиотеки классов Java значительно упрощают разработку приложений, представляя в распоряжение программиста мощные средства решения распространенных задач. Поэтому программист может больше внимания уделить решению прикладных задач, а не таких, как, например, организация динамических массивов, взаимодействие с операционной системой или реализация элементов пользовательского интерфейса.

Под жизненным циклом мы будем понимать процесс, необходимый для создания работающего приложения. Для программ на Java он отличается от жизненного цикла программ на других языках программирования. (рис.1).

Из рисунка видно, что исходная Java-программа должна быть в файле с расширением java. Программа транслируется в байт-код компилятором javac.exe. Оттранслированная в байт-код программа имеет расширение class. Для запуска программы нужно вызвать интерпретатор java.exe, указав в параметрах вызова, какую программу ему следует выполнять. Кроме того, ему нужно указать, какие библиотеки нужно использовать при выполнении программы. Библиотеки размещены в файлах с расширением jar.

Рис. 1. Жизненный цикл программ на языке Java

Как уже было отмечено, Java - объектно-ориентированный язык. Это дало возможность зафиксировать достаточно компактное ядро языка, ограничив его сравнительно небольшим числом различных синтаксических конструкций, а большую часть возможностей языка вводить с помощью классов. Так, нити включены в язык с помощью классов Thread и ThreadGroup. В виде классов реализованы и такие базовые языковые понятия, как функции обработки строк и обработка исключений. Развитие языка Java тоже ведется путем включения в него новых классов и пакетов (пакеты заменяют в системе программирования Java файлы-заголовки окружения C/C++, однако, в отличие от файлов-заголовков, пакеты содержат как спецификацию классов, так и их реализацию; подробнее о пакетах см. [14 ]). Такой способ расширения языка удобен тем, что старые компиляторы остаются пригодными и для расширенного языка. Многие новые свойства языка, введенные в него через новые классы и пакеты

Что же было исключено из C++ при разработке Java? Прежде всего, были исключены указатели. Указатели или адреса в памяти - наиболее мощное средство написания высокоэффективных программ в окружении C/C++, но это и наиболее опасное средство этих языков. И дело даже не в том, что, как отмечают авторы языка Java, при недостаточно аккуратном обращении с указателями могут возникать трудно устранимые ошибки в C++-программе. Более существенные трудности в работе с указателями выявляются при разработке распределенных программ, когда требуется осуществить удаленный вызов функции (метода), среди параметров которой есть указатели.

1. JAVA - объектно-ориентированный язык
программирования

Java является объектно-ориентированным языком программирования. Если сравнивать в этом смысле Java и C++, то между ними есть существенные различия. В ней нет средств, позволяющих писать не объектно-ориентированные программы. Из этого сразу следует один вывод. Нельзя научиться программировать на Java, не овладев основами объектно-ориентированного подхода. Отметим 5 принципов ООР -

● Все является объектом. Все данные программы хранятся в объектах. Каждый объект создается (есть средства для создания объектов), существует какое-то время, потом уничтожается

● Программа есть группа объектов, общающихся друг с другом. Кроме того, что объект хранит какие-то данные, он умеет выполнять различные операции над своими данными и возвращать результаты этих операций. Теоретически эти операции выполняются как реакция на получение некоторого сообщения данным объектом. Практически это происходит при вызове метода данного объекта

● Каждый объект имеет свою память, состоящую из других объектов и/или элементарных данных. Объект хранит некоторые данные. Эти данные - это другие объекты, входящие в состав данного объекта и/или данные элементарных типов, такие как целое, вещественное, символ, и т.п

● Каждый объект имеет свой тип (класс). Т.е. в объектно-ориентированном подходе не рассматривается возможность создания произвольного объекта, состоящего из того, например, что мы укажем в момент его создания. Все объекты строго типизированы. Мы должны сначала описать (создать) тип (класс) объекта, указав в этом описании из каких элементов (полей) будут состоять объекты данного типа. После этого мы можем создавать объекты этого типа. Все они будут состоять из одних и тех же элементов (полей).

● Все объекты одного и того же типа могут получать одни и те же сообщения. Кроме описания структуры данных, входящих в объекты данного типа, описание типа содержит описание всех сообщений, которые могут получать объекты данного типа (всех методов данного класса). Более того, в описании типа мы должны задать не только перечень и сигнатуру сообщений данного типа, но и алгоритмы их обработки