Java Sommarkurs. Institutionen för datavetenskap. Här sitter vi. Kursen kontaktpersoner utbildningsprogram

Transkript

1 Institutionen för datavetenskap Java Sommarkurs Jürgen Börstler Thomas Johansson Marie Nordström utbildningsprogram Datavetenskap Teknisk datavetenskap C:a 80 anställda (5 professorer) Forskning inom många olika ämnen Teknisk-vetenskapliga o parallella beräkningar Medicinsk informatik Kognitionsvetenskap Flera forskningscentra Kognitionsvetenskap Interaktion och design Programvaruteknik Teoretisk datalogi MDI... HPC2N VR-Lab Interactive Institute Java--SU01 jubo, marie, thomasj@cs.umu.se, Kursen kontaktpersoner Här sitter vi Studentexpeditionen Inga Bohman (inga, 5598) Anne-Lie Persson (anne-lie, 6130) Studievägledare Peter Stenberg (peter, 6985) Support Magdalena Kågström (support, 9950) Kursens lärare Jürgen Börstler (jubo, 6735) Marie Nordström (marie, 7708) Thomas Johansson (thomasj, 6259) Vä Ex MN TJ JB Su Java--SU01 jubo, marie, thomasj@cs.umu.se, Java--SU01 jubo, marie, thomasj@cs.umu.se,

2 Här finns labsalarna Kursens mål Kunskaper om problemlösning och programmering Färdighet i datoranvändning och programmering i Java Kännedom om begrepp, metoder och hjälpmedel för programkonstruktion Datorlab Java--SU01 jubo, marie, thomasj@cs.umu.se, Java--SU01 jubo, marie, thomasj@cs.umu.se, Lektioner Datorövningar Obligatoriska uppgifter Individuell handledning Studie Kursens uppläggning Två olika sätt att förmedla stoffet Samma innehåll totalt Gemensamma föreläsningar Olika datorövningar Grupp 1: Objekt och design tidigt Grupp 2: Vår beprövade ansats Grupp 3: Deltar ej i övningarna Examination 3 obligatoriska uppgifter Teoriprov Praktikprov Regelbundet deltagandet viktig! Lunch på Björken Java--SU01 jubo, marie, thomasj@cs.umu.se, Kursmaterial Kursbok Lewis/Loftus: Java Software Solutions, 2nd edition, Addison- Wesley, OBS! Vi följer inte bokens upplägg till punkt och pricka OH bilderna från föreläsningen (finns på websidan) Diverse material som kommer att delas ut så småningom Hemsidan: Java--SU01 jubo, marie, thomasj@cs.umu.se,

3 Innehåll Programvaruutveckling Programvaruutveckling och programmering OOP snabbintroduktion Triangel exemplet Datatyper Uttryck Satser Arv Polymorfi Interfaces Metodik i programvaruutveckling Fält Undantag Filer och in-/utmatning Grafik GUI:s Design (CRC) Rekursion Applets Vitsen med att skriva ett program är att lösa ett problem Typiska steg för att lösa ett problem: Första problemet Dela in problemet i hanterliga delar Skissa och konsra en lösning Fundera på alternativa lösningar Förfina lösningen Realisera lösningen Testa lösningen och åtgärda alla fel Java--SU01 jubo, marie, thomasj@cs.umu.se, Java--SU01 jubo, marie, thomasj@cs.umu.se, Programmering Programmering är att formulera en lösning till ett problem i ett programspråk. Känt problem Känd lösning Känt programspråk Problemlösning m h a datorer 0. Lös problemet 1. Skriv ett program som löser problemet 2. Mata in programmet i datorn 3. Exekvera programmet 4. Läs av resultatet Programmering är inte ett sätt att komma fram till en lösning. Java--SU01 jubo, marie, thomasj@cs.umu.se, Java--SU01 jubo, marie, thomasj@cs.umu.se,

4 Programmering i Java Kodning är bara en liten del i programvaruutvecklingen programmering <fil>.java Java programkod översättning compiler exekvering <fil>.class Java bytekod exekvering exekvering 67% 6% 1% 6% 5% 7% 8% Analys Planering Design Kodning Testning Integration Underhåll Java--SU01 jubo, marie, thomasj@cs.umu.se, Java--SU01 jubo, marie, thomasj@cs.umu.se, Sent upptäckta fel blir dyra att åtgärda Problemlösning igen Olika studier IBM AS/400 (1994) 368 Många projekt misslyckas, eftersom utvecklarna inte till fullo förstår problemet som ska lösas Alla antaganden måste klargöras Möjliga feltolkningar måste undanröjas Kravinsamling Analys Planering Design 10 Kodning Integration Underhåll När problem blir större, måste lösningen delas in i hanterliga delar Denna teknik är fundamental för programvaruutveckling I objektorienterad utveckling delas lösningen in i så kallade objekt och klasser Java är ett objektorienterad språk Java--SU01 jubo, marie, thomasj@cs.umu.se, Java--SU01 jubo, marie, thomasj@cs.umu.se,

5 Innehåll Objekt Programvaruutveckling och programmering OOP snabbintroduktion Triangel exemplet Datatyper Uttryck Satser Arv Polymorfi Interfaces Metodik i programvaruutveckling Fält Undantag Filer och in-/utmatning Grafik GUI:s Design (CRC) Rekursion Applets Ett objekt är en individuellt identifierbar entitet som kan vara konkret eller abstrakt. Ett objekt har tillstånd, beteende och identitet. Reellt, gripbart, synligt ting (t ex en specifik person) Abstrakt ting (t ex en tid eller en kurs) Varje objekt har ett tillstånd, ett beteende och en identitet. Tillståndet beskriver objektets egenskaper (t ex adress och ålder hos en person) Beteendet beskriver vad objektet kan göra (t ex flytta). OBS! Detta kan innebära att tillståndet ändras Identiteten skiljer ett objekt från alla andra objekt Java--SU01 jubo, marie, thomasj@cs.umu.se, Java--SU01 jubo, marie, thomasj@cs.umu.se, Klass Objekt vs klass En klass är en byggplan för objekt av samma sort. Alla objekt av en klass (instanser) har samma sorts egenskaper och beteendet En klass beskriver en mängd liknande objekt namn ålder address flytta... Person namn egenskaper (attribut) beteende (metoder) bigyellowtriangle smallbluetriangle height width xposition yposition color Triangle changecolor changesize move... Java--SU01 jubo, marie, thomasj@cs.umu.se, Java--SU01 jubo, marie, thomasj@cs.umu.se,

6 Ett programspråk specificerar ord och symboler som får användas för att skriva program regler som bestämmer hur ord och symboler får sättas ihop Syntaxen beskriver hur giltiga programstrukturer (satser) måste se ut (se Appendix L i kursboken) Basic assignment Identifier = Programspråk Expression Semantiken beskriver vad precis olika satser betyder (dvs hur datorn ska tolka programmen) Värdet av uttrycket i expression tilldelas ( sparas i ) variablen identifier. Java--SU01 jubo, marie, thomasj@cs.umu.se, ; Identifierare och variabler Identifierare är namn på olika storheter som definieras av programmeraren Identifierare får innehålla bokstäver, siffror, understrykningstecknet (_), och valuta tecknen (t ex dollar tecknet) Identifierare får ej inledas med en siffra Identifierare måste vara entydiga Java är case sensitive, dvs Total är olika total Identifierare för värden eller objekt kallas variabler Identifier Java Letter Java Letter Java Digit Java Letter Java--SU01 jubo, marie, thomasj@cs.umu.se, a - z A - Z $ _ Java Digit 0-9 Reserverade ord får inte användas som identifierare Exempel på reserverade ord (det finns 59 sty): abstract boolean class const class extends float for Reserverade ord if implements import int import private public return static this void while Reserverade ord brukar visas i en annan färg i editorn Variabler och datatyper Variabler används för att spara data Variabler måste deklareras med datatyp och namn innan de får användas Basic Variable Declaration Primitive Type Identifier ; Class Type, En primitiv datatyp kan vara heltal (byte, short, int, long), flyttal (float, double), tecken (char) eller boolean En klasstyp är ett namn på en klass (t ex Triangle) Primitiva datatyper kallas också inbyggda datatyper Klasstyper kallas också användardefinierade datatyper Java--SU01 jubo, marie, thomasj@cs.umu.se, Java--SU01 jubo, marie, thomasj@cs.umu.se,

7 Tilldelning av värden En variabel innehåller antingen ett primitivt värde eller en referens till ett objekt Värdet av en variabel efter deklarationen är odefinierad Referenser som inte pekar till ett objekt har värdet null Variabler måste initialiseras En variabel tilldelas ett (nytt) värde genom = Basic assignment Identifier = Expression ; Exempel int value, discount; float net_price; value = 123; net_price = 123.0; discount = -15; net_price = 1.23e2; char acharacter; acharacter = A ; acharacter = \n ; boolean continue = ; Triangle bigyellowtriangle, smallbluetriangle; bigyellowtriangle =??? Hur skaffas objekt? Initialisering är tillåten i samband deklarationen! Java--SU01 jubo, marie, thomasj@cs.umu.se, Java--SU01 jubo, marie, thomasj@cs.umu.se, Skapa och manipulera objekt Varje klass har (minst) en konstruktor för skapa (nya) objekt (s k instanser) av denna klass Variabeln tilldelas en referens till objektet Konstruktorn används genom new operatorn Referenser vs värden Tilldelning har lite olika effekt för primitiva datatyper och klasstyper! Primitiva datatyper: Variabel själva värdet Klasstyper: Variabel = referens till objektet Triangle bigyellowtriangle = new Triangle(); Objektet manipuleras med hjälp av objektets metoder Kom ihåg: Metoderna definieras i klassen Klassnamn Attribut (egenskaper) Metoder (beteendet) int i1 = 5, i2 = 10; i1: 5 i2: 10 i2 = i1; i1: 5 i2: 5 Triangle t1 = new Triangle(); Triangle t2 = new Triangle(); t1 t2 t2 = t1; t1 t2 Java--SU01 jubo, marie, thomasj@cs.umu.se, Java--SU01 jubo, marie, thomasj@cs.umu.se,

8 Alias och garbage collection Innehåll Triangle t1 = new Triangle(); Triangle t2 = new Triangle(); t1 t2 t2 = t1; t1 t2 t2.changecolor ( red ); t1 t2 Ett objekt med flera namn; namnen kallas alias Objekt som inte längre kan nås; rensas bort automatiskt (garbage collection) Båda trianglar (t1 och t2) har blivit röda Var försiktig med aliasing Programvaruutveckling och programmering OOP snabbintroduktion Triangel exemplet Datatyper Uttryck Satser Arv Polymorfi Interfaces Metodik i programvaruutveckling Fält Undantag Filer och in-/utmatning Grafik GUI:s Design (CRC) Rekursion Applets Java--SU01 jubo, marie, thomasj@cs.umu.se, Java--SU01 jubo, marie, thomasj@cs.umu.se, Triangle height width xposition yposition color changecolor changesize move... Instantiering och manipulation Triangle atriangle = new Triangle(); atriangle.move(); atriangle.changecolor( blue ); atriangle.move(); atriangle.changesize(50, 100); En vanlig metodanrop ser ut så här <objektnamn>.<metodnamn> (<parameterlista>); Java--SU01 jubo, marie, thomasj@cs.umu.se, public class Triangle private int height; private int width; private int xposition; private int yposition; private String color; Triangle i detalj 1 /** * Create a new triangle at default position with default color. */ public Triangle()... height = 30; width = 40; xposition = 50; yposition = 15; color = "green"; draw(); Att göra attribut oåtkomliga är bra programmeringsstil Konstruktorn Kommentar Java--SU01 jubo, marie, thomasj@cs.umu.se,

9 Triangle i detalj 2 /** * Move the square a few pixels down. */ Kommentar public void move() erase(); // clear old position yposition = yposition + 100; // determine new position draw(); // draw on new position En metod /** * Change the size to the new size (in pixels). * PRE: Size must be >= 0. */ public void changesize (int newheight, int newwidth) erase(); height = newheight; width = newwidth; draw(); Parameter... Java--SU01 jubo, marie, thomasj@cs.umu.se, Syntax: Class Declaration Modifier Class Body Basic Class Member Klassdeklaration class Class Member Field Declaration Constructor Declaration Method Declaration Identifier Class Associations Motsvarar variabel deklaration Class Body Java--SU01 jubo, marie, thomasj@cs.umu.se, Syntax: Basic Method Declaration Modifier Exempel: Metoddeklaration Type void Identifier Ej resultat Parameters Method Body public void changesize (int newheight, int newwidth) Parameter public float getarea ( ) Resultatets datatyp Parameter En metod kan ta noll eller flera parameter Varje parameter specificeras med datatyp och namn, de s k formella parametrar Antal, datatyperna och ordningen av de formella parametrar, metodnamnet och resultattyp kallas en metods signatur De s k aktuella parametrar i metodanropet måste vara kompatibelt med metodens signatur Exempel: atriangle.changesize (100, 50); atriangle.changesize (100); atriangle.changesize ( 1, 50); char c = atriangle.getarea (); // OK // fel antal // fel datatyp // fel datatyp Java--SU01 jubo, marie, thomasj@cs.umu.se, Java--SU01 jubo, marie, thomasj@cs.umu.se,

10 Parameteröverföring I Java överförs alla parameter by value Värdet på den aktuella parametern kopieras till den formella parametern (motsvarar tilldelningssats) När en referens överförs blir den formella parametern ett alias för aktuell parameter Return-satsen anger vilket värde som returneras (dvs överförs tillbaka) Överförs också by value Metodbody Innehåller lokala deklarationer & exekverbara satser Om resultattyp är inte void måste minst en returnsats finnas Exempel: public float getarea () float temp = 0.0; temp = height * width / 2; return temp; Java--SU01 jubo, marie, thomasj@cs.umu.se, Java--SU01 jubo, marie, thomasj@cs.umu.se, Konstruktordeklaration En konstruktor är en speciell metod Samma namn som klassen Ingen explicit resultattyp Används för att initialisera objektets attribut Får ha parameter, t ex för att påverka initialiseringen Exempel: public Triangle () Grafisk notation - int height - int width - int xposition - int yposition - String color Triangle + Triangle ( ) + changecolor (String newcolor) + changesize (int newheight, int newwidth) + move ( ) + float getarea ( ) + boolean isequilateral ( ) // liksidigt?... Java--SU01 jubo, marie, thomasj@cs.umu.se, Java--SU01 jubo, marie, thomasj@cs.umu.se,

11 Abstraktion, information hiding och inkapsling En abstraktion är en förenklad men trogen modell av nånting som kan vara väldigt komplicerat En objekt/klass är abstrakt i den meningen att vi inte behöver känner till alla detaljer för att kunna använda det Vi behöver t ex inte känna till koden till move Med information hiding menas att viss information görs oåtkomlig för användaren T ex för att säkerställa att xposition och yposition bara förändras på ett kontrollerad sätt (genom move) Med inkapsling menas att abstraktion och information hiding används för att definierar meningsfulla klasser Abstraktionen görs offentlig (public) Känslig och oväsentlig data görs oåtkomlig (private) Java--SU01 jubo, marie, thomasj@cs.umu.se, Programmeringsfel En dator gör inte det programmeraren menade, den gör precis det ett programs semantik föreskriver. Man kan skiljer tre typer av fel Kompileringsfel När kompilatorn upptäcker att syntaxreglerna ej har följts eller att vissa typer ej är kompatibla (t ex int i = c ;) Run-time fel När programmet kraschar när det körs, t ex pga division med noll eller att typer ej är kompatibla Logiska fel När programmet verkar fungera bra, men levererar fel resultat Java--SU01 jubo, marie, thomasj@cs.umu.se, Programvaruutveckling och programmering OOP snabbintroduktion Triangel exemplet Datatyper Uttryck Satser Arv Polymorfi Interfaces Innehåll Metodik i programvaruutveckling Fält Undantag Filer och in-/utmatning Grafik GUI:s Design (CRC) Rekursion Applets Primitiva datatyper: Hel- och flyttal De olika heltal och flyttal typer har olika storlek Kan ta upp olika värden med olik noggrannhet Typ byte short int long float double Storlek 8 bits 16 bits 32 bits 64 bits 32 bits 64 bits Minimum ,768-2,147,483,648 < -9 x /- 3.4 x /- 1.7 x Maximum ,767 2,147,483,647 > 9 x med 7 signifikanta siffror med 15 signifikanta siffror Java--SU01 jubo, marie, thomasj@cs.umu.se, Java--SU01 jubo, marie, thomasj@cs.umu.se,

12 Primitiva datatyper: Tecken En variabel av datatypen char sparar precis ett s k Unicode tecken A character set is an ordered list of characters, and each character corresponds to a unique number Det finns 65,536 unika Unicode tecken (16 bit) med tecken och symboler från olika språk, t ex 'å' och 'ö' Alla tecken är ordnade och varje tecken motsvarar en siffra (detta underlättar att kolla om ett tecken ligger t ex mellan 'a' och 'z') Se Appendix C för detaljer Primitiva datatyper: Boolean En variabel av datatypen boolean innehåller antingen värdet eller värdet Används ofta för att definiera villkor logik Det finns tre logiska operatorer i Java inte (!), och (&&) och eller ( ) a!a a b a && b a b Java--SU01 jubo, marie, thomasj@cs.umu.se, back Java--SU01 jubo, marie, thomasj@cs.umu.se, Konstanter Innehåll Variabler som får inte ändras Markeras med reserverade ordet final Guideline: Använd bara stora bokstäver Exempel: final double PI = ; final char NEWLINE = \n ; Fördelar Vettiga namn istället för konstiga siffror eller tecken Lättare att förstå koden Enklare att uppdatera Programvaruutveckling och programmering OOP snabbintroduktion Triangel exemplet Datatyper Uttryck Satser Arv Polymorfi Interfaces Metodik i programvaruutveckling Fält Undantag Filer och in-/utmatning Grafik GUI:s Design (CRC) Rekursion Applets Java--SU01 jubo, marie, thomasj@cs.umu.se, Java--SU01 jubo, marie, thomasj@cs.umu.se,

13 Uttryck 1 Uttryck 2 Ett uttryck är en programkonstruktion som producerar (evalueras till) ett resultatvärde av en viss datatyp. Ett uttryck kan (bl a) vara: Ett primitivt värde (literal) -5, 1.23e2, c, En variabel smallbluerectangle, PI En metodanrop atriangle.changesize(50, 100); En tilldelning height = newheight Java--SU01 jubo, marie, thomasj@cs.umu.se, Ett uttryck är en syntaktiskt korrekt kombination av literaler, variabler, metodanrop, tilldelningar och operatorer. Typiska exempel på operatorer: Aritmetiska, t ex +, -, *, /, Logiska:!, &&, Relationala, t ex ==,!=, <, >=, Uttryck kan vara komplext Priotitetsordning för att bestämma hur det ska evalueras Se Appendix D för en fullständig lista Java--SU01 jubo, marie, thomasj@cs.umu.se, Prioritetsordning Exempel Operatorer med lägre prioritet evalueras först Vid samma prioritet avgör associativiteten hos operatorerna (vänster-höger / höger-vänster) Uttryck: Prioritetsordning: Evalueringsordning: Resultat: / 5-10 % 3 Använd parenteser för att vara på säkra sidan (5 + (12 / 5)) - (10 % 3) Uttryck * 4 / 2 3 * (3 * 13) * (13 + 2) 4 * (11-6) * ( ) (5 * (4-1)) / 2 Resultat Java--SU01 jubo, marie, thomasj@cs.umu.se, Java--SU01 jubo, marie, thomasj@cs.umu.se,

14 Uttryck 3 Innehåll Resultatvärdets datatyp hos ett uttryck beror på operatorn och datatyperna hos operanderna. Uttryck 17 / / 5 17 / / 12 9 / % 2 7 % % 2.5 Resultat int dollar = 25; float money; money = dollar; // OK, money blir 25.0 dollar = money; // FEL, typerna är // icke kompatibla Programvaruutveckling och programmering OOP snabbintroduktion Triangel exemplet Datatyper Uttryck Satser Arv Polymorfi Interfaces Metodik i programvaruutveckling Fält Undantag Filer och in-/utmatning Grafik GUI:s Design (CRC) Rekursion Applets Java--SU01 jubo, marie, thomasj@cs.umu.se, Java--SU01 jubo, marie, thomasj@cs.umu.se, Satser Satserna (statements) är grundinstruktionerna i ett programspråk. Block används för att grupperar satser sats; sats; OBS! Varje sats kan i sin tur vara ett block Sekvens Satserna exekveras en efter en Standard Urval Ordning på satserna Man väljer om satser ska exekveras eller ej If-sats, if-else-sats, switch-sats Repetition Satsen exekveras ett visst antal gånger while-loop, do-loop, for-loop Java--SU01 jubo, marie, thomasj@cs.umu.se, Java--SU01 jubo, marie, thomasj@cs.umu.se,

15 If-satsen Villkor if (villkor) sats; villkor sats Villkoret är ett uttryck Måste evaluera till / Ett s k boolskt uttryck Kan vara mer eller mindre komplicerat Exempel: i == j!(a > b) && (i == j+5-k) Java--SU01 jubo, marie, thomasj@cs.umu.se, Java--SU01 jubo, marie, thomasj@cs.umu.se, If-else-satsen Switch-satsen if (villkor) sats1; else sats2; villkor switch (expression) case value1: sats1; break; case value2: sats2; break; Uttrycket måste vara heltal eller tecken Motsvarar nästade if-satser sats1 sats2 default: satsn; OPTIONAL Java--SU01 jubo, marie, thomasj@cs.umu.se, Java--SU01 jubo, marie, thomasj@cs.umu.se,

16 While-satsen Oändliga loopar while (villkor) sats; Gå runt i varv Villkoret evalueras på nytt före varje varv Satsen utförs/utförs inte en gång till Villkoret testas inte kontinuerligt Satsen utförs alltid helt villkor sats Det får hända att satsen exekveras inte alls Villkoret måste någon gång bli falskt, annars kommer man inte ut ur loopen Vanligt logiskt fel Se t ex Forever.java (s.138) int count = 1; while (count <= 25) System.out.println (count); count = count - 1; System.out.println ("Done"); // exekveras aldrig Java--SU01 jubo, marie, thomasj@cs.umu.se, Java--SU01 jubo, marie, thomasj@cs.umu.se, Do-satsen For-satsen do sats while (villkor); Motsvarar omvänd while-sats Villkoret evalueras på nytt efter varje varv Satsen utförs minst en gång sats villkor for (initialisering; villkor; förändring) sats; motsvarar initialisering; while (villkor) sats; förändring; Fast loop Initialisering, villkor och förändring brukar refererar till samma variable Loop-variabeln bör inte ändras i satserna Java--SU01 jubo, marie, thomasj@cs.umu.se, Java--SU01 jubo, marie, thomasj@cs.umu.se,

17 For-satsen Exempel initialisering for (int antal=1; antal < 75; antal++) System.out.println (antal); villkor sats förändring for (int num=5; num <= total; num = num*2) sum = sum + num; System.out.println (sum); Java--SU01 jubo, marie, thomasj@cs.umu.se, Java--SU01 jubo, marie, thomasj@cs.umu.se, Programflödet Programflödet är sekventiellt Sats efter sats i den beskrivna ordningen Återhoppet sker till anropsstället Referenser en gång till... Primitiva datatyper Storlek av variabler är fastlagd (se OH 44) Alla variabler av samma datatyp ta samma utrymme i minnet Värdet kan sparas direkt method1() sats; method2(); sats; method2() return ; Klasstyper Storlek av variabler varierar Variabler av samma datatyp kan ta olika utrymme i minnet Värdet kan inte sparas direkt Referenser ( pekare ) Olika effekt (semantik) för = och == Java--SU01 jubo, marie, thomasj@cs.umu.se, Java--SU01 jubo, marie, thomasj@cs.umu.se,

18 Minnet 1 Minnet 2 Minnet består av en rad celler Alla celler har samma storlek (en byte) Varje cell har en unik adress En variabel är i princip ett (vettigt) namn på en adress Stora värden sparas i konsekutiva celler Exempel (primitiva datatyper): byte b = 5; char c = A ; int i = 6; b c A i Referenser är också adresser Triangle t1 = Exempel new (klasstyper): Triangle(); Triangle t2 = new Triangle(); Utförligt exempel: Se föreläsning 9278 t1 t2 Java--SU01 jubo, marie, thomasj@cs.umu.se, Java--SU01 jubo, marie, thomasj@cs.umu.se,