The 1-st lecture from the course "Java Core". Chair of Information Net Technologies. St-Petersburg State University Of Aerospace Instrumentation. Russia

1. Язык программирования
JAVA
Лекция# 1
Введение
Базовый синтаксис и типы данных
Управление выполнением программы
Моисеенко Антон
canggu@mail.ru
СПГУАП
Кафедра Информационно-Сетевых Технологий

2. Содержание курса
■ Введение. Базовый синтаксис и типы данных.
Управление выполнением программ.
■ Создание собственных классов. Работа со
строками. Внутренние классы.
■ Наследование и полиморфизм. Массивы и
коллекции.
■ Абстрактные классы и интерфейсы.
■ Обработка исключений.
■ Создание интерфейса пользователя.
■ Работа с потоками ввода/вывода.
■ Мультизадачность в Java.

3. Что такое JAVA?
• Язык программирования
• Платформа
• Технологии
• Сообщество
разработчиков

4. Что такое JAVA?
■ Объектно-ориентированный язык
программирования
■ Изначально был разработан для
управления бытовой электроникой
■ Поставляется с большой
библиотекой классов
■ Использует виртуальную машину
(JVM) для выполнения программ

5. Популярность JAVA технологий
• 6 млн. Java разработчиков.
• 2.5 млн. серверов используют GlassFish.
• 5 млрд. устройств снабжены Java.
• 800 млн. настольных систем с установленной
JVM.
• 2.1 млрд. телефонов с поддержкой Java.
• 11 млн. пользователей используют JavaTV.
• Популярность курсов по Java технологиям в
ведущих университетах.
• >472,000 выданных сертификатов.

6. Платформа Java
• Средства разработки существуют для
большинства аппаратных платформ.
• Виртуальная машина Java (Java Virtual Machine,
JVM) гарантирует единообразие интерфейса с
операционной системой.
• Переносимость: «Write once, run everywhere».
• Поставляется с богатой библиотекой классов
JDK (Java Development Kit).
• JRE (Java Runtime Environment) – среда,
позволяющая запустить программу, написанную
на языке Java.

7. Общий вид платформы Java SE

8. Отличия от С++
• Перегрузка операторов
• Множественное наследование
• Автоматическое согласование типов
• Адресная арифметика
• Деструкторы

9. Инструментарий
В состав JDK входит набор утилит для создания Java
приложений.
Утилита для создания дистрибутивов Java программ.jar
Дизассемблерjavap
утилита создания заголовочные файлов для интеграции.javah
Утилита формирования стандартной документации JavaDoc.javadoc
Интерпретатор байт-кода. Запускает класс на выполнение.java
Компилятор языка Java. Преобразует исходный код в
промежуточный байт-код.
javac

10. Среда разработки
Среда разработки предлагает редактор,
компилятор и набор вспомогательных программ,
упрощающих разработку ПО.
• Eclipse http://www.eclipse.org/
• NetBeans http://www.netbeans.org/
• IntelliJ Idea http://www.jetbrains.com/
• JBuilder, CodeGear http://www.borland.com/

11. Ключевые особенности JAVA
• Простой
• Объектно-ориентированный
• Распределенный
• Интерпретируемый
• Надежный
• Безопасный
• Архитектурно-нейтральный
• Переносимый
• Многопоточный

12. Объектно-ориентированный подход
■ Объекты и классы
○ Объект-представление «вещи» в реальном
мире
○ Класс – «шаблон», определяющий «вещи»
■ Модель классов объединяет
○ Существующие классы и объекты
○ Поведение, цели и структуру
○ Отношения между классами
○ Отношения между объектами
■ Модель используется во всем проекте

13. Независимость от платформы
■ Исходные тексты хранятся в текстовом
виде в файле .java
■ Файл .java компилируется в файл .class
■ Этот файл содержит байт-код
(инструкции для выполнения
интерпретатором)
■ Байт-код интерпретируется во время
выполнения

14. Just-In-Time (JIT) компилятор
■ Компилирует байт-код в
исполняемый код для конкретной
платформы
■ Увеличивает производительность
■ Оптимизирует повторяющийся код,
например, циклы

15. Java - приложения
■ Клиентские
○ JVM выполняет отдельное приложение
из командной строки
○ Классы загружаются с локального
диска
■ Серверные
○ Обслуживают несколько клиентов
○ Применяются для многозвенных
приложений

16. Java - апплеты
■ Предназначены для встраивания в
HTML страницы
■ Выполняются внутри браузера и
могут взаимодействовать с
сервером
■ Могут быть преобразованы в
обычное приложение

17. Java SDK (JDK)
■ Sun Java SDK включает в себя
○ Компилятор (javac)
○ Библиотеку классов
○ Отладчик (jdb)
○ Интерпретатор (java)
○ Генератор документации (javadoc)
○ Архиватор (jar)
○ Другое…

18. Варианты поставки
■ J2ME (Micro Edition) – для
мобильных устройств
■ J2SE (Standard Edition) – разработка
обычных приложений
■ J2EE (Enterprise Edition) –
разработка приложений
многозвенной архитектуры

19. Инструменты, используемые в
данном курсе
■ Java 6 SE
■ В качестве IDE будет
использоваться Eclipse

20. Основы объектно-ориентированного
программирования
■ Объектная модель
■ Объекты и классы
■ Взаимодействие классов

21. Зачем нужна объектная модель?
■ Единое представление об
окружающем мире в одном проекте
■ Простота модификации
■ Расширяемость

22. Объекты и классы
■ Объект – некоторая КОНКРЕТНАЯ
сущность моделируемой
предметной области
■ Класс – шаблон или АБСТРАКЦИЯ
сущности предметной области
Квадрат

23. Свойства классов и объектов
■ Уникальные характеристики,
которые необходимы при
моделировании предметной
области
■ ОБЪЕКТЫ различаются значениями
свойств
■ Свойства отражают состояние
объекта

24. Методы классов и объектов
■ Метод отражает ПОВЕДЕНИЕ
объектов
■ Выполнение методов, как правило,
меняет значение свойств
■ Поведение объекта может меняться
в зависимости от состояния

25. Инкапсуляция
■ Значение свойств
можно менять
ТОЛЬКО
ПОСРЕДСТВОМ
ВЫЗОВА МЕТОДОВ

26. Наследование
■ Класс может иметь
одного или нескольких
потомков. Потомки
(подклассы) содержат
в себе тот же набор
свойств и методов,
что и класс-родитель
(суперкласс).

27. Наследование
■ В Java нет множественного
наследования
■ Все методы в Java – виртуальные
(могут быть перекрыты), если явно
не указано обратное

28. Полиморфизм
■ Технология, позволяющая
задать для одного и того же
(по смыслу) метода
различные способы
выполнения, в зависимости
от класса, в котором этот
метод реализован
■ Основан на наследовании
■ Методы ОБЯЗАНЫ иметь
одно и то же имя и набор
параметров (сигнатуру)

29. Взаимодействие классов
■ Зависимость (uses-a) – класс
использует другой класс
■ Агрегирование (has-a) – класс
содержит объекты другого класса
■ Наследование (is-a) – класс
является наследником (родителем)
другого класса

30. Итоги
■ Java – объектно-ориентированный,
платформонезависимый язык
программирования
■ Выполняется в виртуальной Java
машине (JVM)
■ Программы, написанные на Java,
могут выполняться внутри HTML
страниц (апплеты)

31. Базовый синтаксис языка
■ Ключевые компоненты SDK
■ Структура файла
■ Определение классов
■ Базовые типы данных и операторы
■ Использование переменной
CLASSPATH
■ Компиляция и запуск приложения

32. Ключевые компоненты SDK
■ Компилятор (javac) – создает из
исходного кода байт-код
■ Интерпретатор (java) – выполняет
байт-код

33. Пакеты
■ Классы объединяются в специальные
структуры, называемые пакетами
■ Стандартные пакеты для
○ Поддержки базовых конструкций языка
(java.lang)
○ Создания оконного интерфейса (javax.swing)
○ Управления вводом/выводом (java.io)

34. Структура исходного файла класса Java
■ Исходный файл состоит из следующих частей
○ Необязательное слово package, за которым следует
наименование пакета, в котором содержится класс
○ Необязательный оператор import (может быть
несколько), который указывает, какие классы из
сторонних пакетов используются создаваемым
классом
○ Одно или более определение class или interface,
за которым следует программный блок
○ Файл должен иметь ТО ЖЕ имя, что и создаваемый
класс
■ Ключевые слова языка Java ЧУВСТВИТЕЛЬНЫ
К РЕГИСТРУ
■ В файле может быть ТОЛЬКО ОДИН public класс

35. Пример класса Java
package ru.vsu.test;
import java.util.Date;
public class FirstProgram {
private Date today;
public Date getToday(){
return today;
}
public void setToday(Date aToday){
today = aToday;
}
public static void main (String[] args){
FirstProgram fp = new FirstProgram();
fp.setToday(new Date());
System.out.println (fp.getToday());
}
}

36. Соглашения об именовании
■ Имена файлов
○ Customer.java
○ Person.class
■ Имена пакетов
○ java.util
○ javax.swing
■ Имена классов
○ Customer
○ Person
■ Имена свойств класса
○ firstName
○ id
■ Имена методов
○ getName
○ isAlive
■ Имена констант
○ SQUARE_SIZE
Также могут использоваться цифры 1..9, _, $

37. Определение класса
■ Определение класса включает:
○ Модификатор доступа
○ Ключевое слово class
○ Свойства класса
○ Конструкторы
○ Методы
○ Статические свойства
○ Статические методы

38. Пример
public class FirstProgram {
private Date today;
public Date getToday(){
return today;
}
public static final PROGRAM_SIZE=560;
public static void main (String[] args){
...
}
}

39. Блоки кода
■ Блоки кода обрамляются в
фигурные скобки “{“ “}”
■ Охватывают определение класса
■ Определения методов
■ Логически связанные разделы кода
import java.util.Date;
public class FirstProgram {
public static void main (String[] args){
System.out.println (new Date());
}
}

40. Объявление методов
■ Методы определяются только
внутри класса
■ Указывается
○ Модификатор доступа
○ Слово static
○ Тип возвращаемого значения
○ Аргументы

41. Пример
import java.util.Date;
public class FirstProgram {
private Date today;
public Date getToday(){
return today;
}
public void setToday(Date aToday){
int i = 0;
i++
today = aToday;
}
}

42. Переменные
■ Основное место для хранения
данных
■ Должны быть явно объявлены
■ Каждая переменная имеет тип,
идентификатор и область
видимости
■ Определяются для класса, для
экземпляра и внутри метода

43. Объявление переменных
■ Может быть объявлена в любом месте блока
кода
■ Должна быть объявлена перед использованием
■ Обычно переменные объявляются в начале
блока
■ Область видимости определяется блоком
■ Необходимо инициализировать переменные
перед использованием
■ Переменные простых типов инициализируются
автоматически

44. Объявление переменных
■ Основная форма объявления
○ тип идентификатор [ = значение];
■ При объявлении переменные могут
быть проинициализированы
public class FirstProgram {
public static void main (String[] args){
int itemsSold = 10;
float itemCost = 11.0f;
int i, j, k;
double interestRate;
}
}

45. Именование переменных
■ Имя переменной должно начинаться
с буквы, знака подчеркивания или со
знака “$”
■ Имя переменной может включать
цифры
■ Давайте переменным осмысленные
имена

46. Простые типы данных
■ Восемь простых типов данных
○ Шесть числовых
○ Символьный
○ Логический
■ Определяемые пользователем типы
○ Классы
○ Интерфейсы
○ Массивы

47. Простые типы данных
Целые С плавающей
точкой
Символьный Логический
byte
short
int
long
float
double
char boolean
1, 2, 3, -2
012
0x23f
2553L
3.0F
.9937F
3.455E8
1.0D
‘s’
‘141’
‘u0061’
‘n’
true
false

48. Строки
■ Класс java.lang.String представляет собой хранилище символов
и функциональность для работы с ними.
■ Строка имеет фиксированную длину и не завершается
специальным символом.
■ Объект класса String – неизменяем.
■ Возможности:
– обращение к символу по его номеру,
– поиск,
– выделение подстроки,
– изменение регистра,
– и т.п.

49. Размещение сущностей
• Переменная может быть размещена в одном из
двух хранилищ:
• Стек – расположен в памяти VM и имеет
поддержку в виде указателя стека.
• Куча (heap) – область памяти VM, в которой
хранятся все ссылочные типы.
• Переменной простого типа выделяется память в
стеке.
• Ссылки располагаются в куче.

50. Операторы
■ Пять типов операторов
○ Присваивание
○ Арифметические
○ Побитовый сдвиг
○ Равенство
○ Логические

51. Оператор присваивания
■ Оператор присваивания – выражение и может
использоваться там, где допустимы выражения
■ Сначала вычисляется правая часть, а затем
полученное значение присваивается левой
части
int itemsSold = 10;
double itemCost = 11.0F+12.0D;
int i = i+7;
i = j = k = 100;

52. Арифметические операторы
■ Сложение (+)
■ Умножение (*)
■ Вычитание (-)
■ Деление (/)
■ Остаток от деления (%)
Все арифметические операции производятся над int или long
ВНИМАНИЕ:
byte a = 100;
byte b = 100;
byte c = a+b;
c = -56!!!

53. Операции инкремента и декремента
■ Увеличение на 1 (++)
■ Уменьшение на 1 (--)
int var1 = 3;
int var2 = 0;
var2 = ++var1; //сначала увеличивается var1, а затем
//присваивается var2
var2 = var1++; //сначала присваивается var2, а затем
// увеличивается var1

54. Побитовый сдвиг
■ << - сдвиг влево
■ >> - сдвиг вправо
■ >>> - сдвиг вправо с заполнением нулями
■ Правая часть сокращается до остатка от
деления на длину числа, т.е. 1 << 35 == 1 << 3
0 0 0 0 1 0 1 0 0 01 << 3 == 8
1 1 0 0 0 1 0 0 0 1-8 >> 3 == -1
1 1 0 0 0 0 0 0 0 1-8 >>> 3 = …

55. Операторы сравнения
■ < - меньше
■ > - больше
■ >= - больше или равно
■ <= - меньше или равно
■ == - равно
■ != - не равно

56. Логические операторы
■ && - and
■ || - or
■ ^ - xor
■ ! – not

57. Приоритет операций
№ Операция Порядок выполнения
1 [ ] . () (вызов метода) Слева направо
2 ! ~ ++ -- +(унарный) -(унарный) () (приведение) new Справа налево
3 * / % Слева направо
4 + - Слева направо
5 << >> >>> Слева направо
6 < <= > >= instanceof Слева направо
7 == != Слева направо
8 & Слева направо
9 ^ Слева направо
10 | Слева направо
11 && Слева направо
12 || Слева направо
13 ?: Слева направо
14 = += -= *= /= %= |= ^= <<= >>= >>>= Справа налево

58. Управление выполнением программы
■ Типы выполнения
○ Последовательность
○ Выбор
○ Итерация
○ Переход

59. Последовательность
■ Каждый оператор завершается
точкой с запятой
■ Группы операторов обрамляются
фигурными скобками
■ Каждая группа выполняется как
единый оператор внутри
последовательности операторов

60. Оператор if
if (логическое выражение)
оператор1;
[else
оператор2];
if (i % 2 == 0)
System.out.println(“Even”);
else
System.out.println(“Odd”);
if (i % 2 == 0){
System.out.print(i);
System.out.println(“ is even”);
}

61. Оператор switch
■ Используется для
выбора из
счетного
количества
вариантов
■ Выражения const
должны быть типа
byte, int, char или
short
switch (выражение целого типа){
case const1:
statement1;
break;
case const2:
statement2;
break;
default:
statement3;
}

62. Циклы
■ Три типа
○ while
○ do..while
○ for
■ Все циклы имеют две части
○ Условие выполнения
○ Тело

63. Цикл while
while (логическое выражение)
оператор;
int i = 0;
while (i < 100){
System.out.println(“i = ”+i);
i++;
}

64. Цикл do..while
do
оператор;
while (условие выхода);
int i = 0;
do{
System.out.println(“i = ”+i);
i++;
}
while (i < 10);

65. Цикл for
for (инициализация; условие выхода; условие итерации)
оператор;
for (int i = 0; i < 10; i++)
{
System.out.println(“i = ”+i);
}
for (int i = 0, j = 10; i < j; i++, j--)
{
System.out.println(“i = ”+i);
System.out.println(“j = ”+j);
}

66. Массивы
■ Для хранения нескольких однотипных
значений используется ссылочный тип –
массив:
//примитивный тип, размер массива задан явно
int price[] = new int[10];
//неявное задание размера
int rooms[] = new int[]{1, 2, 3};
//содержит ссылочные переменные
Item [] items = new Item[10];
Item [] undefinedItems = new Item[]{
new Item(1),
new Item(2),
new Item(3)};

67. Доступ к элементам массива
Доступ осуществляется по индексу.
Размер хранится в немодифицируемом
поле массива length.
for (int i = 0;
i < undefinedItems.length;
i++){
// должен быть представим в виде
// строки (переопределен метод
// toString())
System.out.println(undefinedItems[i]);
}

68. Многомерный массив
• Является массивом массивов.
• Многомерный массив концептуально представляет
собой многомерную матрицу.
int twoDim [][] = new int[4][5];

69. Массив массивов
• Каждый из массивов может иметь отличную от
других длину.
int twoDim [][] = new int[4][];
twoDim[0] = new int [10];
twoDim[1] = new int [20];
twoDim[2] = new int [30];
twoDim[3] = new int [100];

70. Ошибки времени выполнения
• Обращение к несуществующему индексу массива
отслеживается виртуальной машиной во время
исполнения кода:
public class Main {
public static void main(String[] args) {
int array [] = new int[]{1, 2, 3};
System.out.println(array[3]);
}
}
//попытка обратиться к несуществующему
//индексу:
Exception in thread "main"
java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException: 3
at Main.main(Main.java:27)

71. Ошибки времени выполнения
• Попытка поместить в массив
неподходящий элемент пресекается
виртуальной машиной:
Object x[] = new String[3];
//попытка поместить в массив содержимое //несоответствующего
типа
x[0] = new Integer(0);
Exception in thread "main" java.lang.ArrayStoreException:
java.lang.Integer
at Main.main(Main.java:22)

72. Переменная среды CLASSPATH
■ Определяется в операционной системе
■ Указывает JVM, где необходимо искать
файлы .class
■ Может ссылаться на каталоги и файлы
.jar и .zip
■ Интерпретатор загружает встроенные
классы перед тем, как загрузить
пользовательские
■ Используется с командами java и javac

73. Выполнение JAVA программ
■ Для того, чтобы класс можно было
запустить, в нем должен быть определен
метод main
public class FirstProgram {
public static void main (String[] args){
int itemsSold = 10;
float itemCost = 11.0f;
int i, j, k;
double interestRate;
}
}

74. Компиляция и запуск JAVA программ
■ Компиляция .java файла
■ Запуск .class файла
> javac [-classpath <path>] FirstProgram.java
> java [-classpath <path>] FirstProgram

75. Рекомендуемая литература
■ Java Platform SE7 Specification
■ Хорстманн, Корнелл Java2, в 2-х томах
■ Bruce Eckel Thinking in Java
■ Ильдар Хабибуллин. "Java 7. В подлиннике"
Изд. - БХВ-Петербург. 2012.
■ Герберт Шилдт. "Java. Полное руководство"
Изд. - Вильямс. 2012. "Java 7: The Complete
Reference"

76. Ссылки
■ httphttp://http://ruhttp://ru.http://ru.wikipediahttp://ru.
wikipedia.http://ru.wikipedia.orghttp://ru.wikipedia.or
g/http://ru.wikipedia.org/wikihttp://ru.wikipedia.org/wi
ki/http://ru.wikipedia.org/wiki/Java
■ http://www.oracle.com/technetwork/java/index.html
■ http://www.oracle.com/technetwork/java/javase/doc
umentation/index.html
■ http://jdk7.java.net/
■ http://www.oracle.com/technetwork/java/javase/dow
nloads/jdk-7u1-download-513651.html
■ http://java.sun.com/learning/tutorial/index.html

77. Вопросы?