Введение в программирование на языке Java
Источник: IBM developerWorks Россия
Рой В. Миллер, IBM
Оглавление
О данном руководстве
Начало работы
Концепции ООП
Язык Java изнутри
ООП с использованием Java-технологии
Ваш первый Java-объект
Добавление поведения
Условное выполнение
Коллекции
Усовершенствование вашего объекта
Java-приложения
Написание хорошего Java-кода
Резюме
О данном руководстве
О чем данное руководство?
Данное руководство знакомит вас с объектно-ориентированным программированием (ООП) с использованием языка Java. Платформа Java - это очень обширная тема, поэтому здесь мы не будем рассматривать ее полностью, но дадим достаточно информации для начала работы с ней. Последующее руководство предоставит дополнительную информацию для работы с Java.
Язык Java, естественно, имеет как сторонников, так и противников, но его влияние на индустрию разработки программного обеспечения неоспоримо. Положительная сторона Java состоит в том, что он дает программистам меньше шансов сделать ошибку, чем C++. В нем отсутствуют некоторые наиболее обременительные задачи программирования, например, явное управление памятью, что позволяет программистам сфокусироваться на бизнес-логике. Отрицательная сторона - по канонам ООП язык Java имеет слишком много не объектно-ориентированных элементов, для того чтобы быть хорошим инструментом. Однако, независимо от вашей позиции, знание того, как использовать Java в тех случаях, когда он подходит для выполнения работы, является большим преимуществом.
Нужно ли мне это руководство?
Данное руководство предназначено для начинающих Java-программистов, которые, возможно, не очень хорошо знакомы с концепциями ООП, или конкретно с Java-платформой. Предполагается наличие общих знаний по загрузке и установке программного обеспечения, общих знаний программных структур и структур данных (например, массивов). Для работы с руководством нужны не более чем поверхностные знания ООП.
В данном руководстве будет рассмотрена установка Java-платформы на вашей машине, установка и использование Eclipse, свободно распространяемой интегрированной среды разработки (integrated development environment - IDE), для написания Java-кода. Вы изучите основы программирования на языке Java (в том числе ООП-парадигму и ее применение в Java), синтаксис и использование Java, создание объектов и добавление поведения, работу с коллекциями и обработку ошибок, советы по улучшению кода. К концу руководства вы станете Java-программистом - начинающим, но, тем не мене, Java-программистом.
Требования к программному обеспечению
Для выполнения примеров из данного руководства необходимо наличие установленных Java 2 Platform Standard Edition (J2SE) версии 1.4.2 или выше и Eclipse IDE. Не беспокойтесь, если вы еще не установили эти пакеты - мы покажем вам, как это сделать в разделе "Начало работы". Все примеры кода из данного руководства были протестированы с J2SE 1.4.2 на Windows XP. Однако одной из великолепных возможностей платформы Eclipse является то, что она работает практически на всех операционных системах, которые вы можете использовать, в том числе Windows 98/ME/2000/XP, Linux, Solaris, AIX, HP-UX и даже Mac OS X.
Начало работы
Указания по установке
В следующих нескольких разделах я в пошаговом режиме рассмотрю процедуру загрузки и установки Java 2 Platform Standard Edition (J2SE) версии 1.4.2 и Eclipse IDE. Первая система дает вам возможность компилировать и выполнять Java-программы. Вторая предоставляет мощную и дружественную среду для написания кода на языке программирования Java. Если Java SDK и Eclipse у вас уже установлены, можете сразу перейти к разделу "Краткая экскурсия по Eclipse" или к разделу "Концепции ООП".
Установка Java SDK
Первоначальной целью языка Java являлось предоставление возможности для программистов писать одну программу, которая могла бы работать на любой платформе. Эту цель можно выразить афоризмом "Write Once, Run Anywhere" (написать один раз, выполнять везде) (WORA). В действительности все не так просто, но все идет именно к этому. Поддерживают эту цель различные компоненты технологии Java. Платформа Java поставляется в трех редакциях: Standard, Enterprise и Mobile (последние две предназначены для разработки мобильных устройств). Мы буди работать с J2SE, в которую входят все основные библиотеки Java. Все что вам нужно - загрузить и установить ее.
Чтобы загрузить J2SE SDK (software development kit - комплект для разработки программного обеспечения), выполните следующие действия:
Откройте браузер и перейдите на страницу Java Technology. В верхней средней части страницы вы увидите ссылки на различные предметные области Java-технологии. Выберите J2SE (Core/Desktop).
В списке текущих версий J2SE выберите J2SE 1.4.2.
В левой навигационной панели появившейся страницы выберите Downloads.
На данной странице имеется несколько загружаемых пакетов. Найдите и выберите ссылку Download J2SE SDK.
Подтвердите условия лицензии и нажмите Continue.
Вы увидите список загружаемых пакетов для различных платформ. Выберите соответствующий пакет для вашей системы.
Сохраните файл на ваш жесткий диск.
После завершения загрузки запустите программу установки SDK на ваш жесткий диск, желательно в какую-либо папку с удобным названием в корне диска.
Все! Теперь у вас есть Java-среда. Следующий шаг - установка интегрированной среды разработки (integrated development environment - IDE).
Установка Eclipse
Интегрированная среда разработки (IDE) скрывает большинство из рутинных технических подробностей работы с языком программирования Java, поэтому вы можете сконцентрироваться на написании и запуске кода. Только что установленный вами JDK имеет несколько инструментальных средств командной строки, которые предоставляют возможность компилировать и выполнять Java-программы без IDE, но использование этих средств быстро становится головной болью для всех программ, не являющихся слишком простыми. Использование IDE скрывает детали, предоставляет инструменты для ускорения и улучшения работы и просто является более удобным способом разработки программ.
Теперь не надо платить за отличную IDE. Eclipse IDE является проектом с открытым исходным кодом, который вы можете бесплатно загрузить и использовать. Eclipse хранит и отслеживает ваш Java-код в файлах, расположенных в вашей файловой системе. Вы можете также использовать Eclipse для работы с кодом, расположенным в CVS-репозитории. Хорошей новостью является то, что Eclipse позволяет вам работать с нужными файлами, но скрывает детали файлов при работе с различными Java-конструкциями, такими как классы (которые мы рассмотрим подробно далее).
Загрузить и установить Eclipse просто. Выполните следующие действия:
Откройте браузер и перейдите на Web-сайт Eclipse.
Нажмите ссылку Downloads в левой части страницы.
Нажмите ссылку Main Eclipse Download Site для перехода на страницу загрузки проекта Eclipse.
Вы увидите список типов и названий версий компоновки. Нажмите ссылку 3.0.
В средней части страницы вы увидите список Eclipse SDK для различных платформ; выберите соответствующую вашей платформе версию.
Сохраните файл на ваш жесткий диск.
После завершения загрузки запустите программу установки и установите Eclipse на вашем жестком диске, желательно в каталоге с удобным названием в корне диска.
Все, что осталось - это настроить IDE.
Настройка Eclipse
Для использования Eclipse при написании Java-кода вы должны указать Eclipse, где на вашей машине расположена платформа Java. Выполните следующие действия:
Запустите Eclipse, выполнив двойной щелчок мышкой на файле eclipse.exe или на эквивалентном файле для вашей платформы.
Когда появится экран Welcome, нажмите ссылку Go To The Workbench. Это приведет вас в так называемую перспективу Resource (более подробно об этом далее).
Выберите Window>Preferences>Installed JREs, что позволит вам указать месторасположение вашей Java-среды, установленной в системе (см. рисунок 1).
Рис. 1. Настройки Eclipse
Eclipse найдет установленные Java Runtime Environment (JRE), но вы должны явно указать одну из них, установленную в разделе "Установка Java SDK". Это можно сделать в диалоговом окне Preferences. Если Eclipse выводит существующую JRE, выберите ее и нажмите Edit; в противном случае нажмите Add.
Укажите путь к папке JRE JDK, который вы установили в разделе "Установка Java SDK".
Нажмите OK.
Теперь Eclipse настроен на компилирование и запуск Java-кода. В следующем разделе мы совершим краткую экскурсию по среде Eclipse, для того чтобы вы познакомились с этой программой.
Краткая экскурсия по Eclipse
Работа с Eclipse - это обширная тема, и она, в основном, выходит за рамки данной статьи. Здесь же мы рассмотрим только самое необходимое для знакомства с работой среды Eclipse и ее использованием для Java-разработки.
Запустив Eclipse, вы попадаете в перспективу Resource (Eclipse предлагает набор перспектив для вашего кода). Перспектива Resource показывает вашу файловую систему в используемом вами рабочем пространстве Eclipse. В рабочем пространстве хранятся все файлы, относящиеся к Eclipse-разработке. В данное время в вашем рабочем пространстве еще нет ничего, о чем вам нужно беспокоиться.
Вообще говоря, Eclipse имеет перспективы, содержащие виды (view). В перспективе Resource вы увидите вид Navigator, вид Outline и др. Вы можете по желанию перемещать эти виды в любую позицию на экране. Eclipse - это неограниченно настраиваемая среда, хотя пока для работы нам достаточно размещения по умолчанию. Но то, что мы видим, не позволяет нам сделать то, что мы хотим. Первым шагом для написания Java-кода в Eclipse является создание Java-проекта. Это не конструкция языка Java; это просто конструкция Eclipse, которая дает возможность организовать ваш Java-код. Для создания Java-проекта выполните следующие действия:
Выберите File>New>Project для отображения мастера New Project (рисунок 2). Это на самом деле "мастер мастеров"; другими словами, - это мастер, позволяющий вам выбрать мастера для использования (мастер New Project, мастер New File и т.д.).
Рис. 2. Мастер New project
Выберите Java Project и нажмите Next.
Введите какое-либо название проекта (например, "Intro"), оставьте выбранными все настройки по умолчанию и нажмите Finish.
Сейчас Eclipse должен спросить вас, желаете ли вы переключиться в перспективу Java. Нажмите No.
Вы только что создали Java-проект с названием Intro, который вы должны увидеть в виде Navigator в верхнем левом углу экрана. Мы не переключились в перспективу Java после создания проекта потому, что существует более подходящая перспектива для наших текущих целей. Нажмите кнопку Open Perspective в панели в верхнем правом углу окна, затем выберите перспективу Java Browsing. Эта перспектива показывает все, что необходимо для легкого создания Java-программ. При создании Java-кода мы рассмотрим дополнительные функциональные возможности Eclipse для создания, изменения и управления вашим кодом. Но перед этим необходимо рассмотреть некоторые основные концепции объектно-ориентированного программирования, что мы и сделаем в следующем разделе. А сейчас завершим этот раздел рассмотрением интерактивной документации по Java.
Интерактивная справка по Java API
Интерфейс прикладного программирования (application programming interface - API) Java очень объемен, поэтому важно уметь находить нужную информацию. Платформа Java достаточно большая и предоставляет вам практически любое инструментальное средство, в котором вы нуждаетесь как программист. Изучение способов использования этих возможностей может потребовать стольких же усилий, что и изучение механизмов языка программирования.
Если вы перейдете на страницу документации по Java фирмы Sun (ссылка приведена в разделе "Ресурсы"), то увидите ссылку на документацию по API для каждой версии SDK. Выберите версию 1.4.2 для просмотра документации.
Вы увидите в вашем браузере три фрейма:
Список встроенных пакетов в левом верхнем фрейме
Список всех классов в нижнем левом фрейме
Подробная информация по выбранной теме в правом фрейме
Здесь присутствует каждый класс в SDK. Выберите класс HashMap. Справа вы увидите описание класса. В верхней части вы увидите название и пакет, в котором он находится, его иерархию классов, реализованные интерфейсы (их рассмотрение выходит за рамки данного руководства) и все прямые подклассы, которые он может иметь. После всего этого идет описание класса. Иногда в описание входит пример использования, связанные ссылки, рекомендации по стилю и т.д. После описания вы увидите список конструкторов, затем список всех методов класса, всех наследованных методов и подробные описания всех методов. Информации очень много, поэтому в верхней и нижней части правого фрейма расположен полный указатель.
Многие из терминов предыдущего параграфа (например, пакет ) являются для вас новыми. Не беспокойтесь. Мы рассмотрим каждый из них подробно. Пока важно знать, что документация по языку Java доступна в интерактивном режиме.
Концепции ООП
Что такое объект?
Java - это так называемый объектно-ориентированный (ОО) язык, при помощи которого вы можете заниматься объектно-ориентированным программированием (ООП). Такой стиль программирования очень отличается от процедурного программирования и может показаться немного странным для большинства программистов, не сталкивавшихся с ООП. Прежде всего, надо понять, что такое объект; именно на этом понятии базируется ООП.
Объект - это самостоятельный фрагмент кода, который знает о себе и может рассказать об этом другим объектам, если они зададут вопрос, который он понимает. Объект имеет члены (переменные) и методы, являющиеся вопросами, на которые он может ответить (даже если они не выглядят вопросами). Набор методов, на которые объект знает как реагировать, является его интерфейсом. Некоторые методы являются общедоступными (public), это означает, что другой объект может вызвать (или активизировать) их. Этот набор методов известен под названием public-интерфейс .
Когда один объект вызывает метод другого объекта, это называется передачей сообщения. Эта фраза соответствует ОО-терминологии, но чаще всего в Java-мире люди говорят "Вызвать этот метод", а не "Передать это сообщение". В следующем разделе мы рассмотрим концептуальный пример, который должен прояснить все это.
Концептуальный пример объекта
Предположим, что мы имеем объект Человек. Каждый объект Человек имеет имя, возраст, национальность и пол. Каждый объект Человек знает, как говорить и ходить. Один объект может спросить у другого о его возрасте, или может cказать, чтобы другой объект начал (или закончил) перемещение. В терминах программирования вы можете создать объект Person и назначить ему некоторые переменные (например, имя и возраст). Если вы создали второй объект Person, он может спросить у первого его возраст или сказать ему начать перемещение. Он может сделать это путем вызова методов первого объекта Person. Когда мы начнем писать код на языке Java, вы увидите, как язык реализует концепцию объекта.
Обычно концепция объекта остается неизменной и в языке Java и в других объектно-ориентированных языках программирования, хотя реализуют они ее по-разному. Эта концепция универсальна. По этой причине объектно-ориентированные программисты, независимо от применяемого ими языка, общаются не так, как процедурные программисты. Процедурные программисты часто говорят о функциях и модулях. Объектно-ориентированные программисты говорят об объектах и часто говорят о них, используя личные местоимения. Вы часто можете услышать, как один ОО-программист говорит другому: "Этот объект Supervisor говорит здесь объекту Employee "Дай мне свой ID", поскольку он должен назначить задания для Employee".
Процедурные программисты могут считать такой способ мышления странным, но он является естественным для ОО-программистов. В их программном мире все является объектом (с некоторыми исключениями в языке Java), а программы представляют собой взаимодействие (или разговор) объектов между собой.
Фундаментальные принципы ООП
Естественно, концепция объекта является критичным понятием для ООП, как идея о том, что объекты общаются между собой при помощи сообщений. Но существуют также три других фундаментальных принципа, которые вы должны понимать.
Вы можете запомнить три фундаментальных принципа ООП при помощи акронима PIE (ПНИ):
Polymorphism (Полиморфизм)
Inheritance (Наследование)
Encapsulation (Инкапсуляция)
Это все необычные названия, но эти концепции не трудно понять. В следующих нескольких разделах мы подробно рассмотрим каждую из них в обратном порядке.
Инкапсуляция
Вспомните, что объект является самодостаточной сущностью, содержащей элементы данных и действия, которые он может выполнить с этими элементами. Это реализация принципа, известного под названием сокрытие информации. Идея заключается в следующем. Объект знает о себе. Если другой объект хочет узнать информацию о другом объекте, он должен спросить о ней. В терминах ООП он должен послать сообщение объекту, например, для запроса информации о его возрасте. В терминах Java он должен вызвать метод объекта, который возвращает возраст.
Инкапсуляция гарантирует индивидуальность каждого объекта, а программы представляют собой общение между объектами. Язык программирования Java позволяет программисту нарушить этот принцип, но это почти всегда является плохой идеей.
Наследование
При вашем рождении, говоря с биологической точки зрения, вы являлись комбинацией ДНК ваших родителей. Вы не были точной копией ни одного из них, но были похожи на обоих. ОО использует для объектов этот же принцип. Представьте опять объект Человек. Вспомните, что каждый этот объект имеет национальность. Не все эти объекты имеют одинаковую национальность, но не являются ли они похожими? Конечно! Это не Лошади, или Шимпанзе, или Киты. Это объект Человек. Все объекты Человек имеют определенные общие признаки, отличающие их от животных других типов. Но они немного отличаются друг от друга. Похож ли Ребенок на Подростка? Нет. Они двигаются и говорят по-разному. Но Ребенок определенно является Человеком.
В терминах ООП Человек и Ребенок являются классами в одной иерархии и (вероятнее всего) Ребенок наследует характеристики и поведение от своего родителя. Мы говорим, что конкретный Ребенок имеет тип Человек, или что этот Ребенок наследуется из объекта Человек. Это не срабатывает в обратную сторону - Человек не обязательно Ребенок. Каждый объект Ребенок является экземпляром класса Ребенок, и когда мы создаем объект Ребенок, мы создаем его экземпляр. Представляйте класс как шаблон для экземпляров этого класса. Обычно то, что может делать объект, зависит от типа объекта или, другими словами, от того, экземпляром какого класса он является. И Ребенок, и Подросток имеют тип Человек, но один может работать, а другой нет.
В терминах Java Человек - это суперкласс классов Ребенок и Подросток, которые являются подклассами класса Человек. Еще одной концепцией, связанной с наследованием, является абстракция. Человек находится на более высоком уровне абстракции, чем Ребенок или Подросток. Оба они имеют тип Человек, но несколько отличаются. Все объекты Человек имеют некоторые общие свойства (например, имя и возраст). Вы можете создать экземпляр класса Человек? Нет. Вы имеете либо экземпляр класса Ребенок, либо класса Подросток. Человек, в терминах Java, является абстрактным классом. Вы не можете иметь прямой экземпляр класса Человек. Только Ребенок или Подросток, которые оба имеют тип Человек, являются реальными. Рассмотрение абстрактных классов выходит за рамки данного руководства, поэтому мы больше о них говорить не будем.
Теперь, подумайте, что значит для объекта Ребенок действие "говорить". Мы рассмотрим смысл этого в следующем разделе.
Полиморфизм
"Говорит" ли Ребенок также как Подросток? Конечно же, нет. Ребенок издает шум, который не всегда является распознаваемыми словами, которые используют объекты Подросток. Поэтому, когда я создаю экземпляр объекта Ребенок (высказывание "создать экземпляр Ребенка" означает то же самое - слово "объект" подразумевается) и указываю ему "говорить", он может ворковать или булькать. Ожидается, что Подросток будет более внятен.
В иерархии человечества мы имеем класс Человек на вершине иерархии и классы Ребенок и Подросток ниже, в качестве подклассов. Все объекты Человек могут говорить, поэтому объекты Ребенок и Подросток тоже могут, но делают это по-разному. Ребенок булькает и издает простейшие звуки. Подросток произносит слова. Вот что означает полиморфизм: объекты делают вещи по-разному.
В чем состоит (и в чем нет) объектно-ориентированность языка Java
Как мы увидим, язык Java позволяет создавать первоклассные объекты, но не все в языке является объектом. Это немного не так, как в некоторых других объектных языках, например Smalltalk. Smalltalk является чистым объектно-ориентированным языком, т.е. все в нем является объектом. Язык Java является смесью объектов и других сущностей, не являющихся объектами. Он также позволяет одному объекту знать внутренности другого, если вы, как программист, реализуете такую возможность. Это нарушает принцип инкапсуляции.
Однако язык программирования Java также предоставляет каждому программисту инструменты, необходимые для следования всем правилам ООП и создания очень хорошего объектно-ориентированного кода. Но это требует некоторой дисциплины. Язык не заставляет вас делать правильные вещи.
Хотя многие ярые сторонники объектно-ориентированного подхода справедливо спорят о том, является ли язык Java объектно-ориентированным или нет, это на самом деле не так уж и важно. Платформа Java появилась, чтобы остаться. Научитесь применять ООП с Java там, где это возможно, и оставьте аргументы о чистоте другим. Язык Java позволит вам писать понятные, относительно лаконичные и управляемые программы, которые достаточно хороши для большинства профессиональных ситуаций.
Язык Java изнутри
Как работает платформа Java
В языке Java, как и во многих других языках программирования, для создания программы вы пишете исходный код, затем компилируете его; компилятор проверяет соответствие вашего кода синтаксическим правилам языка. Java-платформа добавляет еще один шаг к этому процессу. После компиляции Java-кода получаются байт-коды. Виртуальная машина Java (JVM) затем интерпретирует эти байт-коды во время исполнения - то есть тогда, когда вы запускаете Java-программу.
С точки зрения файловой системы при написании кода вы создаете файл с расширением .java. После компилирования этого файла компилятор Java создает файл с расширением .class, который содержит байт-коды. JVM читает и интерпретирует этот файл во время исполнения, и то, как она делает это, зависит от платформы, на которой вы работаете. Для работы на других платформах вы должны откомпилировать ваш исходный код с библиотеками, специфичными для этой платформы. Как вы понимаете, обещание "Write Once, Run Anywhere" (написать один раз, запускать везде) превращается в высказывание "Write Once, Test Anywhere" (написать один раз, проверить везде). Существуют тонкие (или не такие тонкие) отличия платформ, которые могут вызвать различное выполнение вашего кода на различных платформах.
Сборка мусора
При создании Java-объектов JRE автоматически выделяет оперативную память для этого объекта из кучи, которая представляет собой большой пул памяти, доступный на вашей машине. Система времени исполнения отслеживает эти объекты за вас. Когда ваша программа больше не использует их, JRE избавляется от них. Вам не нужно об этом беспокоиться.
Если вы писали какие-либо программы на языке программирования C++, который тоже является (вероятно) объектно-ориентированным, то знаете, что как программист вы должны распределять и освобождать память для ваших объектов явно при помощи функций malloc() и free(). Для программистов это обременительная задача. Она также и опасна, поскольку может привести к утечкам памяти в ваших программах. Утечка памяти - это ничто иное, как ваша программа, поглощающая оперативную память с угрожающей скоростью, что нагружает процессор машины, на которой работает ваша программа. Java-платформа освобождает вас от каких-либо беспокойств по этому поводу, поскольку она имеет так называемый сборщик мусора .
Сборщик мусора в Java - это фоновый процесс, который занимается удалением неиспользуемых объектов вместо того, чтобы заставлять вас делать это явным образом. Компьютеры прекрасно подходят для слежения за тысячами вещей и для размещения ресурсов. Java-платформа позволяет компьютерам делать это. Она хранит счетчик ссылок для каждого объекта в памяти. Вы можете вручную вызвать сборщик мусора, но я никогда не делал этого на протяжении всей моей карьеры. Он обычно работает сам по себе и определенно будет работать для каждого примера из данного руководства.
Ide против инструментов командной строки
Как мы уже отмечали ранее, Java-платформа поставляется с инструментами командной строки, которые позволяют компилировать ( javac ) и запускать ( java ) Java-программы. Так зачем же тогда использовать такую IDE как Eclipse? Причина этого заключается в том, что использование инструментов командной строки может стать головной болью для работы с программами любой сложности. Они имеются под рукой, когда необходимы, но использование IDE в большинстве ситуаций является более мудрым решением.
Главной причиной использования IDE является управление файлами и путями в самой IDE и наличие мастеров, помогающих вам при необходимости изменить вашу среды времени исполнения. Если я хочу откомпилировать Java-программу при помощи инструмента командной строки javac, то должен заранее побеспокоиться об установке переменной среды CLASSPATH, для того чтобы JRE смог найти мои классы, либо я должен установить эту переменную во время компилирования. В такой IDE как Eclipse все, что я должен сделать - это указать Eclipse, где найти мою JRE. Если мой код использует классы, которые я не написал, все что я должен сделать - это указать Eclipse библиотеки, на которые ссылается мой код, и их месторасположение. Это намного проще, чем использование командной строки для ввода ужасно длинных строк, указывающих classpath.
Если вы хотите или вынуждены использовать инструменты командной строки, то можете найти дополнительную информацию по их использованию на Web-сайте Sun по Java-технологии.
ООП с использованием Java-технологии
Введение
Java-технология охватывает большую область, но язык сам по себе не является очень большим. Однако описать его - не простая задача. Данный раздел руководства не рассматривает язык полностью. Вместо этого будет рассмотрено все, что вам необходимо знать для начала работы с языком, и то, с чем вы наиболее вероятно столкнетесь как начинающий программист. В других учебниках рассмотрены различные аспекты языка Java, дополнительные полезные библиотеки фирмы Sun (и других источников) и даже разные IDE.
Мы приведем здесь достаточно информации с пояснениями и примерами кода, для того чтобы вы смогли начать написание Java-программ и научиться правильно применять ООП в среде Java. Сейчас это зависит только от практики и обучения.
Большинство руководств для начинающих читаются как справочные книги по спецификации языка. Сначала вы видите все синтаксические правила, затем некоторые примеры использования, затем более сложные темы, например, объекты. Мы не будем придерживаться этой схемы. Мы поступаем так потому, что главной причиной плохого объектно-ориентированного кода в программах на Java является отсутствие погруженности начинающих программистов в объекты с самого начала обучения. Объекты рассматриваются как дополнительная возможность, или вспомогательная тема. Вместо этого мы совместим изучение синтаксиса Java с изучением Java OO. Таким образом, в конце обучения вы будете иметь цельную картину использования языка в контексте объектно-ориентированного подхода.
Структура Java-объекта
Вспомните, что объект представляет собой инкапсулированную сущность, которая знает о себе и может выполнять какие-либо действия при соответствующем запросе. Каждый язык имеет свои правила определения объекта. В Java объекты обычно выглядят так, как представлено в следующем листинге, хотя они могут и не иметь всех этих частей:
package packageName ;
import packageNameToImport ;
accessSpecifier class ClassName { accessSpecifier dataType variableName [= initialValue ]; ...
accessSpecifier ClassName( аргументы ) { оператор (операторы) конструктора }
accessSpecifier returnValueDataType methodName ( аргументы ) { оператор (операторы) } } |
Здесь присутствуют несколько концепций, которые мы обсудим в следующих разделах.
Пакеты (package)
Объявление package идет первым при определении класса:
package packageName ; |
Каждый Java-объект существует в пакете. Если вы не укажете явно, к какому из них он принадлежит, Java поместит его в пакет по умолчанию. Пакет - это просто набор объектов, каждый из которых (обычно) как-то связан с другими объектами в пакете. Пакет ссылается на путь к файлу в вашей файловой системе. Названия пакетов используют схему с точками для преобразования этого пути к файлу в подходящий вид для Java-платформы. Каждая часть названия пакета называется узлом .
Например, в пакете java.util.ArrayList java - это узел, util - узел и ArrayList - тоже узел. Последний узел ссылается на файл ArrayList.java.
Выражения import
В определении класса далее следуют выражения import:
import packageNameToImport ;
... |
Когда ваш объект использует объекты из других пакетов, Java-компилятор должен знать, где их найти. Выраженияimport указывают компилятору месторасположение используемых вами классов. Например, если бы я хотел использовать класс ArrayList из пакета java.util, то должен был бы написать следующее выражение:
import java.util.ArrayList; |
Каждое выражение import заканчивается точкой с запятой, как и большинство выражений в языке Java. Вы можете иметь сколько угодно выражений import для указания Java месторасположения используемых вами классов. Например, если бы я хотел использовать класс ArrayList из пакета java.util и класс BigInteger из пакета java.math, то мог бы написать следующие выражения:
import java.util.ArrayList; import java.math.BigInteger; |
Если вы импортируете более одного класса из одного и того же пакета, то можете использовать сокращенную запись. Например, если бы я хотел использовать ArrayList и HashMap, оба из пакета java.util, я мог бы импортировать их следующим образом:
import java.util.*; |
Вы должны указывать выражение import для каждого уникального пакета, из которого вы выполняете импорт.
Объявление класса
Далее идет определение класса :
accessSpecifier class ClassName { accessSpecifier dataType variableName [= initialValue ]; ...
accessSpecifier ClassName( аргументы ) { оператор (операторы) конструктора }
accessSpecifier returnValueDataType methodName ( аргументы ) { оператор (операторы) } } |
Вы определяете Java-объект как класс. Представляйте класс как шаблон для объекта, примерно как форму для печенья. Класс определяет тип объекта, который вы можете создать с его помощью. Вы можете наштамповать любое количество объектов этого типа. Когда вы делаете это, то создаете экземпляр класса. Примечание: Слово объект обычно используется взаимозаменяемо как для ссылки на класс, так и для ссылки на экземпляр класса.
Спецификатор доступа (accessSpecifier) для класса может иметь несколько значений, но чаще всего он устанавливается в значение public (открытый), и мы будем рассматривать в данном руководстве только его. Назвать класс вы можете как угодно, но по соглашению имена классов начинаются с большой буквы, и с большой буквы начинается также каждое последующее слово в имени.
Классы имеют два типа членов: переменные (или данные-члены ) и методы. Все члены класса определены в теле класса, которое находится внутри одного набора фигурных скобок для класса.
Переменные
Значения переменных класса являются тем, чем отличается каждый экземпляр класса. Вот почему их часто называют переменными экземпляра. Переменная имеет спецификатор доступа, тип данных, имя и (не обязательно) начальное значение. Вот список спецификаторов доступа и их значений:
public (открытый): Любой объект любого пакета может видеть переменную.
protected (защищенный): Любой экземпляр класса, любой подкласс в этом же пакете и любой не подкласс этого же пакета может видеть переменную. Подклассы в других пакетах не могут видеть переменную.
private (закрытый): Ни один объект за исключением конкретного экземпляра данного класса не может видеть переменную, даже подкласс.
Спецификатор отсутствует (или p ackage protected ): Только классы того же пакета, в котором находится класс, содержащий переменную, могут видеть ее.
Если вы попробуете обратиться к недоступной для вас переменной, компилятор предупредит вас о том, что переменная не видима для вас. Обстоятельства, в которых вы должны использовать тот или иной спецификатор доступа, мы рассмотрим позже.
Методы
Методы класса определяют, что он может делать. Есть два типа методов в языке Java:
Конструкторы
Остальные методы
Оба типа методов имеют спецификаторы доступа (которые определяют, какие другие объекты могут их использовать), тела (между фигурными скобками) и содержат один или несколько операторов. Кроме этого, их форма и функция различны. Мы рассмотрим каждый из них по очереди в следующих двух разделах.
Конструкторы
Конструкторы позволяют вам указать, как создавать экземпляр класса. Конструктор объявляется следующим образом:
accessSpecifier ClassName( аргументы ) { оператор (операторы) конструктора } |
Вы всегда имеете конструктор по умолчанию (не имеющий аргументов) для каждого класса, который создаете. Вы даже не должны определять его. Конструкторы отличаются от других методов тем, что не имеют типа возвращаемых данных, поскольку возвращаемый тип данных собственно и является классом. Конструктор вызывается следующим образом:
ClassName variableHoldingAnInstanceOfClassName = new ClassName( аргументы ); |
При вызове конструктора используется ключевое слово new. Конструкторы могут иметь или не иметь параметры (конструктор по умолчанию не имеет). В строгом смысле конструкторы не являются методами или членами класса. Это особенный зверь в языке Java. На практике они чаще всего выглядят и работают как методы, и многие смешивают их вместе. Просто помните, что они особенные.
Другие методы
Остальными методами в языке Java вы будете пользоваться чаще всего. Объявляются они следующим образом:
accessSpecifier returnValueDataType methodName ( аргументы ) { оператор (операторы) } |
Каждый метод имеет тип возвращаемых данных, но не каждый метод возвращает что-либо. Если метод ничего не возвращает, в качестве возвращаемого типа используется ключевое слово void. Вы можете назвать метод как хотите, если это название является корректным идентификатором (например, он не может начинаться с точки (.)), но по соглашению имена методов:
Используют буквы
Начинаются с маленькой буквы
Последовательные слова начинаются с больших букв
Методы вызываются следующим образом:
returnType variableForReturnValue = instanceOfSomeClass.methodName(parameter1, parameter2, ...); |
Здесь, мы вызываем methodName() объекта instanceOfSomeClass и передаем несколько аргументов. Различия между параметрами и аргументами не велики, но они есть. Метод принимает параметры. Когда вы передаете конкретные значения в вызываемый метод, эти значения являются аргументами вызова.
Ваш первый Java-объект
Создание пакета
Перейдите в перспективу Java Browsing в Eclipse, если уже не находитесь в ней. Мы собираемся создать первый Java-класс. Первым шагом является создание места, где будет размещаться класс.
Вместо использования пакета по умолчанию давайте создадим один конкретно для проекта Intro. ВыберитеFile>New>Package. При этом должен отобразиться мастер Package (см. рисунок 3).
Рис. 3. Мастер Package
Введите intro.core в качестве имени пакета и нажмите Finish. В рабочей области вы должны увидеть следующий пакет в виде Packages:
intro.core |
Обратите внимание на то, что пиктограмма слева от пакета прозрачна, то есть, выглядит затемненной версией пиктограммы пакета. Это общее соглашение в пользовательском интерфейсе Eclipse для обозначения пустых элементов. Ваш пакет пока не содержит каких-либо Java-классов, поэтому пиктограмма затемнена.
Объявление класса
Вы можете создать Java-класс в Eclipse, выбрав File>New, но мы вместо этого будем использовать панель инструментов. Посмотрите на верхнюю часть вида Packages и найдите инструменты для создания проектов, пакетов и классов. Нажмите кнопку New Java Class (зеленая буква "C") для отображения мастера New Java Class. Введите Adult в качестве имени класса и примите все значения по умолчанию, нажав Finish. Теперь вы должны увидеть несколько изменений:
Класс Adult появляется в виде Classes справа от вида Packages (см. рисунок 4).
Рис. 4. Рабочая область
Пиктограмма пакета intro.core больше не затемнена.
Ниже этих видов отображается редактор для Adult.java.
Сейчас класс выглядит следующим образом:
package intro.core;
public class Adult { } |
Eclipse генерирует оболочку или шаблон для класса за вас и вставляет оператор package сверху. Пока тело класса пустое. Мы просто должны добавить в него чего-нибудь. Вы можете настроить шаблоны для новых классов, методов и т.д. в мастере Preferences, который использовали ранее (Window>Preferences). Можно настроить шаблоны кода вJava>Code Style>Code Templates. Фактически для упрощения отображения кода я собираюсь удалить все комментарии из шаблонов, то есть, все следующие строки: начинающиеся с // комментарии , окруженные символами /* комментарии */, окруженные символами /** комментарии */. С этого момента вы не увидите каких-либо комментариев в коде до тех пор, пока мы специально не обсудим их применение, что будет сделано в следующем разделе.
Однако прежде чем продолжить, давайте продемонстрируем способ работы в Eclipse IDE, который облегчает жизнь. В редакторе измените слово class на clas и подождите несколько секунд. Обратите внимание на то, что Eclipse подчеркнет его красной волнистой линией. Если вы поместите над ней указатель мыши, Eclipse отобразит информационное окно, предупреждающее вас о наличии синтаксической ошибки. Eclipse помогает вам, периодически компилируя ваш код и ненавязчиво предупреждая вас о наличии проблемы. Если бы вы использовали программу командной строки javac, то должны были бы сначала откомпилировать код и подождать отображения ошибки. Это может сильно замедлить процесс разработки. Eclipse устраняет эту проблему.
Комментарии
Как большинство других языков программирования, Java поддерживает комментарии, являющиеся простыми строками, которые компилятор игнорирует при проверке синтаксиса. Java поддерживает несколько вариантов комментариев:
// Комментарий в одной строке. Компилятор игнорирует любой текст, следующий за двумя прямыми косыми чертами. /* Комментарий в нескольких строках. Компилятор игнорирует любой текст, расположенный между звездочками. */ /** Комментарий в стиле javadoc. Компилятор игнорирует текст, расположенный между звездочками, а программа javadoc использует его. */ |
Последний вариант наиболее интересен. В двух словах, javadoc - это программа, поставляемая вместе с дистрибутивом Java SDK, которая может помочь вам сгенерировать HTML-документ для вашего кода. Вы можете сгенерировать документацию для ваших собственных классов, которая выглядит почти также, как и интерактивная документация по Java API. Если вы закомментируете ваш код соответствующим образом, то сможете выполнить программу javadoc из командной строки. Вы можете найти инструкции и всю доступную информацию по javadoc на Web-сайте Java Technology.
Зарезервированные слова
Существует еще одна тема, которую мы должны рассмотреть перед началом написания кода, который компилятор будет проверять. В языке Java существуют некоторые слова, которые вы не можете использовать при именовании ваших переменных. Вот их список:
abstract |
boolean |
break |
byte |
case |
catch |
char |
class |
const |
continue |
char |
class |
default |
do |
double |
else |
extend |
false |
final |
finally |
float |
for |
goto |
if |
implements |
import |
int |
instanceof |
interface |
long |
int |
native |
new |
null |
package |
private |
protected |
public |
package |
private |
static |
strictfp |
super |
switch |
synchronized |
short |
super |
this |
throw |
throws |
true |
try |
transient |
return |
void |
volatile |
while |
assert |
true |
false |
null |
|
|
|
Это не очень большой список, и Eclipse отображает зарезервированные слова жирным шрифтом при их вводе, поэтому вы даже не должны их запоминать. Все слова, кроме трех последних, являются ключевыми словами языка Java. Последние три слова - это зарезервированные слова. Для наших целей между ними нет разницы; вы не можете использовать ни те, ни другие.
Теперь немного реального кода.
Добавление переменных
Как я говорил ранее, экземпляр Adult знает свое имя, возраст, национальность и пол. Мы можем добавить эти данные к нашему классу Adult, объявляя их как переменные. Тогда каждый экземпляр класса Adult будет содержать их. Вероятнее всего, каждый экземпляр Adult будет иметь различные значения этих переменных. Вот почему переменные каждого объекта часто называются переменными экземпляра - они различны для каждого экземпляра класса. Давайте добавим их, используя в качестве спецификатора доступа ключевое слово protected:
package intro.core;
public class Adult { protected int age; protected String name; protected String race; protected String gender; } |
Теперь каждый экземпляр Adult будет содержать эти данные. Обратите внимание на то, что каждая строка кода заканчивается точкой с запятой. Это требование языка Java. Также отметим, что каждая переменная имеет тип данных. У нас есть одно целочисленная и три строковых переменных. Типы данных для переменных могут быть одной из двух разновидностей:
Примитивные типы данных.
Объекты (либо определенные пользователем, либо внутренние для языка Java), известные также как ссылочные переменные.
Примитивные типы данных
Существует девять примитивных типов данных, с которыми вы, вероятнее всего, регулярно будете сталкиваться:
Тип |
Размер |
Значение по умолчанию |
Пример |
boolean |
N/A |
false |
true |
byte |
8 bits |
0 |
2 |
char |
16 bits |
'u/0000' |
'a' |
short |
16 bits |
0 |
12 |
int |
32 bits |
0 |
123 |
long |
64 bits |
0 |
9999999 |
float |
32 бит с десятичной точкой |
0.0 |
123.45 |
double |
64 бит с десятичной точкой |
0.0 |
999999999.99999999 |
Мы использовали int для переменной age, потому что нам не нужны десятичные значения, а тип int достаточно большой для хранения любого реального возраста человека. Мы использовали String для остальных трех переменных, поскольку они не являются цифровыми. String - это класс из пакета java.lang, к которому вы можете обратиться в своем Java-коде автоматически в любое время (мы поговорим об этом подробнее в разделе "Строки"). Вы можете объявить также и определенный пользователем тип переменных, например Adult.
Мы определили каждую переменную в отдельной строке, но это не обязательно. Если у вас есть две или более переменных одного типа, вы можете определить их в одной строке, разделив запятыми, например:
accessSpecifier dataType variableName1, variableName2, variableName3 ,...
|
Если бы мы захотели инициализировать эти переменные при их объявлении, то могли бы просто добавить инициализацию после каждого названия переменной:
accessSpecifier dataType variableName1 = initialValue, variableName2 = initialValue, ...
|
Теперь наш класс знает о себе, и мы можем доказать это, что и сделаем в следующем разделе.
Метод main()
Существует специальный метод, который вы можете включить в любой класс, для того чтобы JRE мог выполнить код. Он называется main(). Каждый класс может иметь только один метод main(). Естественно, не каждый класс будет его иметь, но поскольку Adult - это единственный класс, который пока у нас есть, добавим к нему метод main(), для того чтобы можно было создать экземпляр класса Adult и проверить его переменные экземпляра:
package intro.core;
public class Adult { protected int age; protected String name; protected String race; protected String gender;
public static void main(String[] args) { Adult myAdult = new Adult();
System.out.println("Name: " + myAdult.name); System.out.println("Age: " + myAdult.age); System.out.println("Race: " + myAdult.race); System.out.println("Gender: " + myAdult.gender); } } |
В теле метода main() мы создали экземпляр класса Adult, затем распечатали значения переменных экземпляра. Посмотрите на первую строку. Это та ситуация, когда сторонники объектно-ориентированного кода критикуют язык Java. Они говорят, что new должен быть методом Adult, и вы, соответственно, должны вызывать его так: Adult.new(). Я, безусловно, принимаю их точку зрения, но язык Java не работает таким способом, и это один из случаев, когда сторонники ООП могут справедливо заявлять, что это не чистый объектно-ориентированный код. Снова посмотрите на первую строку. Вспомните, что каждый Java-класс имеет конструктор по умолчанию, который мы здесь и использовали.
После создания экземпляра Adult мы сохраняем его в локальной переменной под названием myAdult. Затем распечатываем значения его переменных экземпляра. Почти в каждом языке программирования вы можете распечатать что-либо на консоль. Язык Java не исключение. В Java вы делаете это при помощи вызова методаprintln() потока out объекта System. Не беспокойтесь о том, что пока не понимаете подробностей процесса. Просто знайте, что мы используем вспомогательный метод для вывода информации. В каждом вызове мы передаем строку символов и соединяем ее со значением переменной экземпляра myAdult. Мы рассмотрим этот метод подробно позже.
Выполнение кода в Eclipse
Для выполнения этого кода вам осталось сделать в Eclipse совсем немного. Выберите класс Adult в виде Types и нажмите на пиктограмму "бегущий человек" в панели инструментов. Должно появиться диалоговое окно Run, которое позволит вам создать конфигурацию для запуска вашей программы. Выберите Java Application в качестве типа конфигурации, которую вы хотите создать, и нажмите New. Eclipse укажет "Adult" как имя по умолчанию для конфигурации, что нам подходит. Нажмите Run для просмотра результатов. Eclipse отобразит вид Console ниже редактора кода; она должна выглядеть примерно так, как показано на рисунке 5.
Рис. 5. Результаты выполнения программы
Обратите внимание на то, что переменные содержали их значения по умолчанию. По умолчанию каждая переменная экземпляра пользовательского или встроенного типа имеет значение null. Почти всегда хорошей идеей является явная инициализация переменных, особенно для объектов, для того чтобы вы знали, какие значения в них содержатся. Вернитесь назад и проинициализируйте эти переменные следующими значениями:
Переменная |
Значение |
name |
"Bob" |
age |
25 |
race |
"inuit" |
gender |
"male" |
Запустите код повторно, нажав на пиктограмму "бегущий человек". Вы должны увидеть на консоли новые значения.
Теперь сделаем наш объект Adult способным рассказать другим объектам о своих данных.
Добавление поведения
Методы доступа (accessor)
Просмотр содержимого нашего объекта Adult при помощи прямых ссылок на переменные был удобен, но обычно это не очень хорошо, когда другой объект может копаться во внутренностях другого подобным образом. Это нарушает принцип инкапсуляции, о котором мы говорили ранее, и позволяет одному объекту вмешиваться во внутреннее состояние другого объекта. Более разумным подходом является предоставление возможности одному объекту рассказать другим объектам о значениях своих переменных экземпляра по запросу. Для этого используются методы доступа ( accessor ).
Методы доступа аналогичны всем остальным методам, но они обычно придерживаются специальных соглашений по наименованию. Для предоставления значения переменной экземпляра другому объекту создайте метод с названием getVariableName(). Таким же образом для разрешения другим объектам установки значений переменных экземпляра создайте метод с названием setVariableName() .
В Java-сообществе эти методы доступа обычно называются методами getter и setter, поскольку их названия начинаются с get и set. Они представляют собой простейшие методы, которые вы когда-либо увидите, поэтому они являются хорошими кандидатами для иллюстрации основных концепций методов. Вы должны знать, что методы доступа являются общим понятием для методов, которые получают информацию об объекте. Не все методы доступа следуют соглашениям по наименованию для методов getter и setter, что мы увидим далее.
Вот некоторые общие характеристики методов getter и setter:
Спецификатором доступа для методов getter и setter обычно является public.
Методы getter обычно не используют какие-либо параметры.
Методы setter обычно принимают параметры и часто только один, который является новым значением переменной экземпляра, которую они устанавливают.
Возвращаемый тип данных метода getter обычно такой же, что и тип переменной экземпляра, значение которой он возвращает.
Возвращаемый тип данных метода setter обычно равен void. Это означает, что они ничего не возвращают (они только устанавливают значение переменной экземпляра).
Объявление методов доступа
Мы можем добавить методы доступа для переменной экземпляра age объекта Adult следующим образом:
public int getAge() { return age; } public void setAge(int anAge) { age = anAge; }
|
Метод getAge() возвращает значение переменной age при помощи ключевого слова return. В методах, которые не возвращают результат, последним оператором является return void;. В данном методе getter мы ссылаемся на age по ее имени.
Мы также могли использовать оператор return this.age;. Переменная this ссылается на текущий объект. Она подразумевается, когда вы ссылаетесь на переменную экземпляра напрямую. Некоторые ОО-программисты из мира Smalltalk предпочитают использовать this всегда, когда ссылаются на переменную экземпляра, точно так же, как они использовали ключевое слово self при кодировании в Smalltalk. Я и сам люблю так поступать, но в языке Java это не требуется (и при этом на экран добавляется дополнительная информация), поэтому в примерах данного руководства мы не будем использовать этот прием до тех пор, пока код без него станет менее понятным.
Вызов методов
Теперь, когда у нас есть методы доступа, мы должны заменить прямой доступ к переменной age в нашем методе main()на вызов метода. main() теперь должен выглядеть следующим образом:
public static void main(String[] args) { Adult myAdult = new Adult(); System.out.println("Name: " + myAdult.name); System.out.println("Age: " + myAdult.getAge()); System.out.println("Race: " + myAdult.race); System.out.println("Gender: " + myAdult.gender); } |
Если вы выполните этот код снова, результаты должны быть такими же, что и раньше. Обратите внимание на то, что вызвать метод объекта легко. Используйте следующую форму:
instanceName.methodName()
|
Если метод не принимает параметры (как наш метод getter), вы все равно должны добавить круглые скобки после имени вызываемого метода. Если метод принимает параметры (как наш метод setter), укажите их внутри круглых скобок, разделяя запятыми в том случае, если их больше одного.
Пару слов о методе setter перед продолжением работы: Он принимает параметр int с названием anAge. Затем присваивает значение этого параметра переменной экземпляра age. Мы могли бы назвать параметр как угодно. Имя не важно, но, используя этот параметр внутри метода, вы должны применять именно указанное вами имя.
Перед продолжением работы давайте попробуем использовать метод setter. Добавьте следующую строку в методmain() сразу после создания экземпляра Adult:
myAdult.setAge(35); |
Теперь выполним код опять. Результат должен быть равен 35. Вот что происходило за кулисами:
Мы передали целочисленное значение в метод в качестве параметра.
JRE выделил оперативную память для параметра и назвал его anAge.
Методы, не являющиеся методами доступа
Методы доступа полезны, но мы хотим, чтобы наши объекты Adult могли выполнять что-либо еще, кроме как использовать совместно с другими свои данные, поэтому мы должны добавить другие методы. Мы хотим, чтобы наш объект Adult мог что-нибудь сказать, поэтому давайте создадим сейчас метод speak():
public String speak() { return "hello"; } |
Пока синтаксис должен быть вам знаком. Метод возвращает строку символов. Давайте используем его и очистим методmain(). Измените первый вызов println() на:
System.out.println(myAdult.speak()); |
Повторите выполнение кода. Вы должны увидеть слово hello на консоли.
Строки
Мы использовали несколько переменных с типом String, но до сих пор их не рассмотрели. Обработка строк в языке C трудоемка, поскольку они являются массивами 8-битных символов, заканчивающимися нулевым символом, которыми вы должны были управлять. В языке Java строки - это первоклассные объекты типа String, имеющие методы, которые помогут вам их обрабатывать. Что касается строк из C-мира, то наиболее похожим Java-кодом является примитивный тип данных char, который хранит один символ в кодировке Unicode, например 'a'.
Вы уже видели, как создать экземпляр объекта String и установить его значение, но существуют и другие способы сделать это. Вот несколько способов создания экземпляра String со значением "hello":
String greeting = "hello"; String greeting = new String("hello"); |
Поскольку строки в языке Java являются объектами, вы можете использовать оператор new для создания экземпляра. Установка переменной типа String приведет к этому же результату, поскольку Java создает объект String для хранения символов, затем присваивает этот объект переменной экземпляра.
Вы можете сделать многое с переменными String; класс имеет большое число полезных методов. Даже не используя методы, мы уже делали кое-что интересное с переменными String путем соединения пары строк:
System.out.println("Name: " + myAdult.getName()); |
Вместо использования + мы могли бы вызвать метод concat() String для соединения ее с другой строкой:
System.out.println("Name: ".concat(myAdult.getName())); |
Этот код может выглядеть немного странным, поэтому давайте рассмотрим его вкратце, слева направо:
System - это встроенный объект, который позволяет вам взаимодействовать с различными сущностями системной среды (в том числе и с некоторыми собственными возможностями Java-платформы).
out - это переменная класса в System. Это означает, что она доступна без создания экземпляра System. Она представляет консоль.
println() - это метод out, принимающий параметр String, отображающий его на консоли и завершающий отображение символом новой строки.
"Name: " - это строка символов. Java-платформа обрабатывает этот литерал как экземпляр String, поэтому мы можем вызывать его методы напрямую.
concat() - это метод экземпляра String, который принимает параметр String и соединяет его со строкой, чей метод вы вызвали.
myAdult это наш экземпляр Adult.
getName() - это метод доступа для name переменной экземпляра.
Итак, JRE берет имя нашего объекта Adult, вызывает в нем метод concat() и добавляет "Bob" к "Name: ".
В Eclipse вы можете увидеть все доступные методы любого объекта, поместив вашу точку вставки после точки, которая следует за переменной, содержащей экземпляр, и нажав затем Ctrl-Spacebar. При этом отобразится список методов объекта, находящегося слева от точки. Вы можете пролистать список (он свернут) при помощи стрелок управления курсором на вашей клавиатуре, выделить желаемый метод и нажать Enter для его выбора. Например, для просмотра всех методов, доступных для объектов String, поместите вашу точку вставки после точки, следующей после "Name: ", и нажмите Ctrl-Spacebar.
Использование строк
Теперь давайте используем соединение строк в нашем классе Adult. До сих пор мы имели переменную экземпляра name. Неплохо было бы иметь firstname и lastname, затем объединить их, когда кто-либо запрашивает у Adult его имя. Нет проблем! Добавьте следующий метод:
public String getName() { return firstname + " " + lastname; } |
Eclipse должен был показать красные волнистые линии в методе, поскольку эти переменные экземпляра еще не существуют. Это означает, что код не может быть откомпилирован. Теперь замените существующую переменную экземпляра name двумя следующими (со значениями по умолчанию они имеют больший смысл):
protected String firstname = "firstname"; protected String lastname = "lastname"; |
Затем замените первый вызов println() следующим вызовом:
System.out.println("Name: " + myAdult.getName()); |
Теперь у нас есть более симпатичный метод getter для наших переменных. Он соединяет их для создания полного имени Adult. Мы могли бы также записать getName() следующим образом:
public String getName() { return firstname.concat(" ").concat(lastname); } |
Этот код делает то же самое, но демонстрирует явное использование метода String и построение цепочки вызовов методов. Когда мы вызываем concat() для firstname со строкой символов (пробел), метод возвращает новый объектString, являющийся их комбинацией. Затем мы сразу же вызываем метод concat() этого нового объекта для соединения с lastname. В результате получаем красиво отформатированное полное имя.
Арифметические операторы и операторы присваивания
Наш объект Adult может говорить (метод speak), но не может двигаться (move). Давайте добавим поведение для "перемещения".
Прежде всего, добавим переменную экземпляра для отслеживания количества шагов, сделанных объектом Adult:
public int progress = 0; |
Теперь добавим метод с названием walk():
public String walk(int steps) { progress = progress + steps; return "Just took " + steps + " steps"; } |
Наш метод принимает целочисленный параметр, указывающий количество шагов, которые нужно сделать, обновляет переменную progress, хранящую это количество шагов, и отображает на экране некоторые результаты. Также хорошо было бы добавить метод getter для переменной progress; setter не нужен. Почему? Действительно, разрешать другому объекту телепортировать нас вперед на некоторое количество шагов, возможно, не такая хорошая идея. Если другой объект хочет указать нам переместиться, он может вызвать walk(). Это, безусловно, законный вызов, хотя наш пример и является тривиальным. В реальном проекте такие решения по дизайну приложения должны приниматься постоянно, и часто их нельзя предусмотреть, независимо от того, что говорят гуру объектно-ориентированного дизайна (ООД).
В нашем методе мы обновляем переменную progress, добавляя к ней значение steps. Мы опять сохраняем результат вprogress. Мы использовали самый общий оператор присваивания = для сохранения результата. Арифметический оператор + мы применили для сложения значений. Существуют другие способы достичь этой же цели. Следующий код делает то же самое:
public String walk(int steps) { progress += steps; return "Just took " + steps + " steps"; } |
Применение оператора присваивания += немного менее неуклюже, чем применение оператора = в нашем первом варианте. Это предохраняет нас от использования ссылки на переменную progress дважды. Но происходит то же самое: добавляется значение steps к переменной progress и результат сохраняется в progress.
В приведенной ниже таблице представлен список и краткое описание большинства обычно встречающихся в Java арифметических операторов и операторов присваивания (обратите внимание на то, что некоторые операторы являются бинарными и используют два операнда, а некоторые являются унарными и используют один операнд).
Оператор |
Использование |
Описание |
+ |
a + b |
Добавляет a и b |
+ |
+a |
Преобразовывает a к типу int, если эта переменная имела тип byte, short или char |
- |
a - b |
Вычитает b из a |
- |
-a |
Арифметическое отрицание a |
* |
a * b |
Умножает a и b |
/ |
a / b |
Делит a на b |
% |
a % b |
Возвращает остаток от деления a на b (другими словами, это оператор взятия по модулю) |
++ |
a++ |
Увеличивает a на 1; использует для вычисления значение переменной a перед увеличением |
++ |
++a |
Увеличивает a на 1; использует для вычисления значение переменной a после увеличения |
-- |
a-- |
Уменьшает a на 1; использует для вычисления значение переменной a перед уменьшением |
-- |
--a |
Уменьшает a на 1; использует для вычисления значение переменной a после уменьшения |
+= |
a += b |
Аналогично a = a + b |
-= |
a -= b |
Аналогично a = a - b |
*= |
a *= b |
Аналогично a = a * b |
%= |
a %= b |
Аналогично a = a % b |
Мы также уже встречали и другие обозначения, которые называются операторами в языке Java. Например: . (точка), которая определяет названия пакетов и вызывает методы; ( params ), который разделяет запятыми список параметров метода; new, который вместе с именем конструктора создает экземпляр объекта. В следующем разделе мы встретим несколько других операторов.
Условное выполнение
Знакомство с условным выполнением
Код, который просто выполняется от первого выражения до последнего без изменения направления, в действительности может сделать не многое. Чтобы быть полезными, ваши программы должны принимать решения и, возможно, действовать по-разному в разных ситуациях. Как и любой другой полезный язык программирования, Java предоставляет средства для этого в виде различных операторов и выражений. В данном разделе рассматривается большое число таких операторов и выражений, доступных вам при работе с Java-кодом.
Операторы отношения и условные операторы
Язык программирования Java предоставляет некоторые операторы и некоторые выражения по управлению потоком выполнения для того, чтобы вы могли принимать решения в вашем коде. Наиболее часто решение в коде начинается с булевого выражения (которое имеет значение истинно (true) или ложно (false)). Эти выражения используют операторы отношения, которые сравнивают один операнд или выражение с другим, и условные операторы. Вот их список:
Оператор |
Использование |
Возвращает true, если... |
> |
a > b |
a больше b |
>= |
a >= b |
a больше или равно b |
< |
a < b |
a меньше b |
<= |
a <= b |
a меньше или равно b |
== |
a == b |
a равно b |
! = |
a != b |
a не равно b |
&& |
a && b |
a и b оба имеют значение true, b вычисляется условно (если значение a равно true, нет необходимости вычислять b) |
// |
a // b |
a или b имеют значение true, b вычисляется условно (если значение a равно true, нет необходимости вычислять b) |
! |
! a |
значение a равно false |
& |
a & b |
a и b оба имеют значение true, всегда вычисляется b |
/ |
a / b |
a или b имеют значение true, всегда вычисляется b |
^ |
a ^ b |
a и b имеют разные значения (true, если значение a равно true, а значение b равно false, и наоборот, но не тогда, когда оба имеют значение true, или оба имеют значение false) |
Условное выполнение с if
Теперь мы должны использовать эти операторы. Давайте добавим простую логику к нашему методу walk():
public String walk(int steps) { if (steps > 100) return "I can't walk that far at once";
progress = progress + steps; return "Just took " + steps + " steps."; } |
Теперь логика в методе проверяет, насколько большим является значение steps. Если оно слишком большое, метод возвращает управление немедленно и говорит о том, что значение слишком велико. Каждый метод может вернуть управление только один раз. Но разве здесь не два оператора return? Да, но выполняться будет только один. Условный оператор Java if имеет следующую форму:
if ( булево выражение ) { операторы, выполняющиеся, если значение выражения равно true... } [else { операторы, выполняющиеся, если значение выражения равно false... }] |
Фигурные скобки необязательны, если после if и/или else идет одиночное выражение; вот почему в нашем коде они не используются. Не обязательно наличие и выражения else; у нас его нет. Мы могли бы поместить оставшийся код метода в выражение else, но результат работы был бы тот же, просто в код добавились бы так называемые необязательные синтаксические украшения, которые уменьшают читаемость кода.
Область видимости переменных
Каждая переменная в Java имеет область видимости, или характеристики, определяющие, где вы можете обратиться к этой переменной только по ее имени. Если переменная находится в области видимости, вы можете взаимодействовать с ней по ее имени. В противном случае - нет.
В языке Java существует несколько уровней области видимости, определяемые местом объявления переменной.Примечание: Насколько мне известно, ни один из них не является официальным, но это обычные названия, используемые программистами.
public class SomeClass {
область видимости переменной-члена (member variable)
public void someMethod( параметры ) { область видимости параметра метода (method parameter)
объявления локальных переменных локальная (local) область видимости
someStatementWithACodeBlock { область видимости блока (block) } } } |
Область видимости переменной простирается до конца секции (или блока) кода, в котором она была объявлена. Например, в нашем методе walk() мы обращаемся к параметру steps по его имени, поскольку он находится в области видимости. Вне метода ссылка на steps вызвала бы ошибку компилятора. Код может также ссылаться на переменную, объявленную в более широкой области видимости, чем текущее положение в коде. Например, мы можем обращаться к переменной экземпляра progress внутри метода walk().
Другие формы if
Мы можем сделать условную проверку более привлекательной, используя другую форму выражения if:
if ( булево выражение ) { операторы, выполняющиеся, если значение выражения равно true... } else if ( операторы, выполняющиеся, если значение выражения равно true... ) { операторы, выполняющиеся, если значение выражения равно false... } else if ( булево выражение ) { операторы, выполняющиеся, если значение выражения равно false... } else { операторы, выполняющиеся по умолчанию... } |
Наш метод мог бы выглядеть следующим образом:
if (steps > 100) return "I can't walk that far at once"; else if (steps > 50) return "That's almost too far"; else { progress = progress + steps; return "Just took " + steps + " steps."; } |
Существует также краткая версия выражения if, которая выглядит немного странно, но выполняет ту же задачу, хотя и не позволяет применять несколько операторов ни в части if, ни в части else. В этой версии используется тернарный оператор ?: (тернарным называется оператор, работающий с тремя операндами). Мы могли бы переписать наше простое условие if следующим образом:
return (steps > 100) ? "I can't walk that far at once" : "Just took " + steps + " steps."; |
Но это не выполнило бы нашу задачу, поскольку, если значение steps меньше 100, мы хотим возвратить сообщение и обновить переменную progress. Поэтому в данном случае использование сокращенного оператора ?: не подходит, так как мы не могли бы выполнить несколько выражений.
Выражение switch
Выражение if является только одним из выражений, которые позволяют вам проверять условия в вашем коде. Другим выражением, которое встречается часто, является выражение switch. Оно вычисляет целочисленное выражение, затем выполняет одно или больше выражений в зависимости от значения этого выражения. Его синтаксис обычно такой:
switch ( целочисленное выражение ) { case 1: выражение (выражения) [break;] case 2: выражение (выражения)) [break;] case n: выражение (выражения) [break;] [default: выражение (выражения) break;] } |
JRE вычисляет целочисленное выражение, выбирает подходящий вариант (case) и выполняет выражения этого варианта. Последним выражением каждого варианта, за исключением последнего, является break;. Оно "прерывает" выражение switch и управление передается в следующую за ним строку кода. Технически не требуется ни одно из выражений break;. Последнее выражение особенно не обязательно, поскольку управление все равно будет передаваться в следующую строку кода. Но хорошей практикой является включение этих выражений. Если вы не вставите break; в каждом case, выполнение программы будет продолжено в следующем case, и так далее до тех пор, пока не встретится break; или не встретится конец выражения. Вариант default выполняется тогда, когда целочисленное значение не подходит ни к одному из вариантов. Это выражение не обязательно.
По существу, выражение switch является выражением if-else с целочисленным условием; если ваше условие основано на одном целочисленном значении, вы можете использовать любой тип выражения. Нужно ли нам переписывать выражение if в методе walk() в виде выражения switch? Нет, поскольку мы проверяем булево выражение (steps > 100). Это не разрешается в switch.
Пример выражения switch
Ниже приведен тривиальный пример использования выражения switch (это классический пример):
int month = 3; switch (month) { case 1: System.out.println("January"); break; case 2: System.out.println("February"); break; case 3: System.out.println("March"); break; case 4: System.out.println("April"); break; case 5: System.out.println("May"); break; case 6: System.out.println("June"); break; case 7: System.out.println("July"); break; case 8: System.out.println("August"); break; case 9: System.out.println("September"); break; case 10: System.out.println("October"); break; case 11: System.out.println("November"); break; case 12: System.out.println("December"); break; default: System.out.println("That's not a valid month number."); break; } |
month - это целочисленное выражение, представляющее номер месяца. Поскольку оно имеет целый тип, использование выражения switch корректно. Для каждого правильного варианта мы выводим название месяца, затем прерываем (break) выражение. Вариант default обрабатывает номера месяцев, выходящих за диапазон корректных номеров месяцев.
Наконец, вот пример того, как использование перехода на следующий вариант может быть красивым приемом:
int month = 3; switch (month) { case 2: case 3: case 9: System.out.println("My family has someone with a birthday in this month."); break; case 1: case 4: case 5: case 6: case 7: case 8: case 10: case 11: case 12: System.out.println("Nobody in my family has a birthday in this month."); break; default: System.out.println("That's not a valid month number."); break; } |
Здесь мы видим, что варианты 2, 3 и 9 обрабатываются одним способом, а оставшиеся варианты - другим. Обратите внимание на то, что варианты не обязательно должны идти по порядку, и что переход в следующий вариант мы в данном случае использовали с пользой.
Повторение работы
В начале данного руководства мы все делали без использования условий, что в определенной мере хорошо, но имеет свои ограничения. Аналогично, иногда нужно выполнить какое-либо действие повторно, до тех пор, пока не будет выполнена какая-нибудь работа. Например, предположим, что мы хотим сказать больше, чем просто "hello" в нашем объекте Adult. Это относительно просто сделать в Java-коде (хотя это не так просто, как в языках-сценариях, например Groovy). Язык Java предоставляет несколько способов для итерации по коду или для повторного выполнения:
выражения for
выражения do
выражения while
Они известны под общим названием - циклы (например, "цикл for"), поскольку они повторяют фрагмент кода до тех пор, пока вы не укажете остановиться. В следующих нескольких разделах мы кратко рассмотрим каждый из циклов и используем их, для того чтобы сделать наш метод speak() более словоохотливым.
Циклы for
Самой главной циклической конструкцией в языке Java является выражение for, которое позволяет вам проходить по некоторому диапазону значений для определения количества выполнений цикла. Общий синтаксис выражения:
for ( инициализация; завершение; приращение ) { выражение (выражения) }
|
В выражении инициализации устанавливается начало цикла. В выражении завершения устанавливается условие завершения цикла. В выражении приращения определяется величина, на которую увеличивается переменная инициализации после каждого цикла. В каждом цикле выполняются выражения в блоке, который является набором выражений между фигурными скобками (помните, что любой блок кода в Java располагается между фигурными скобками, а не только блок в цикле for).
Использование циклов for
Изменим наш метод speak() таким образом, чтобы он выводил выражение "hello" три раза, используя цикл for. Одновременно мы изучим встроенный Java-класс, который делает объединение строк простой задачей:
public String speak() { StringBuffer speech = new StringBuffer(); for (int i = 0; i < 3; i++) { speech.append("hello"); } return speech.toString(); }
|
Класс StringBuffer из пакета java.lang позволяет легко манипулировать строками и прекрасно подходит для добавления строк (это то же самое, что и объединение строк). Мы просто создаем экземпляр этого класса, затем вызываем метод append() каждый раз, когда нужно добавить что-либо к speech. Реальная работа происходит в циклеfor. В круглых скобках цикла мы объявляем целочисленную переменную i для работы в качестве счетчика цикла (в качестве счетчиков цикла очень часто используются символы i, j и k, хотя вы можете использовать любое имя переменной). Следующее выражение говорит о том, что мы будем выполнять цикл до тех пор, пока значение счетчика цикла не достигнет величины 3. Следующее выражение говорит о том, что мы увеличиваем наш счетчик на единицу после каждого цикла (помните оператор ++?). В каждом цикле мы вызываем append() объекта speech и добавляем в конец еще одно выражение "hello".
Теперь замените наш старый метод speak() на новый, удалите все выражения println из main(), и добавьте одно выражение, в котором вызывается метод speak() объекта Adult. В результате вы должны получить следующий класс:
package intro.core;
public class Adult { protected int age = 25; protected String firstname = "firstname"; protected String lastname = "lastname"; protected String race = "inuit"; protected String gender = "male"; protected int progress = 0;
public static void main(String[] args) { Adult myAdult = new Adult(); System.out.println(myAdult.speak()); } public int getAge() { return age; } public void setAge(int anAge) { age = anAge; } public String getName() { return firstname.concat(" ").concat(lastname); } public String speak() { StringBuffer speech = new StringBuffer(); for (int i = 0; i < 3; i++) { speech.append("hello"); } return speech.toString(); } public String walk(int steps) { if (steps > 100) return "I can't walk that far at once"; else if (steps > 50) return "That's almost too far"; else { progress = progress + steps; return "Just took " + steps + " steps."; } } }
|
После его выполнения вы должны получить на консоли выражение hellohellohello. Но использование for - это только один из способов выполнить эту работу. Язык Java предоставляет еще два варианта, которые мы рассмотрим далее.
Циклы while
Сначала мы попробуем цикл while. Следующая версия метода speak() выполняет ту же работу, что и рассмотренная в предыдущем разделе версия:
public String speak() { StringBuffer speech = new StringBuffer(); int i = 0; while (i < 3) { speech.append("hello"); i++; } return speech.toString(); } |
Общий синтаксис цикла while:
while ( булево выражение ) { выражение (выражения) }
|
Цикл while выполняет код своего блока до тех пор, пока его выражение не возвратит значение false. Как же управлять циклом? Вы должны гарантировать, что это выражение станет ложным в какой-то момент времени; в противном случае ваш цикл будет бесконечным. В нашей ситуации мы объявили локальную переменную i вне цикла, присвоили ей значение 0, затем проверили ее значение в выражении цикла. В каждом цикле мы увеличиваем переменную i. Когда ее значение становится не меньше 3, цикл завершается, и мы возвращаем String, хранящийся в нашем буфере.
Здесь мы видим, что цикл for удобнее. В версии с циклом for мы объявили и инициализировали нашу управляющую переменную, проверяли ее значение и увеличивали ее в одной строке кода. В версии с циклом while требуется больше вспомогательной работы. Если мы забудем увеличить счетчик, цикл станет бесконечным. Если мы не проинициализируем счетчик, компилятор выдаст предупреждение. Но версия с циклом while может быть очень полезна, если нужно проверять сложное булево выражение (заключение его в однострочный цикл for может затруднить чтение).
Мы рассмотрели циклы for и while, но в следующем разделе мы продемонстрируем, что есть еще и третий вариант.
Циклы do
Следующий код делает ту же самую работу, что и два рассмотренных нами ранее цикла:
public String speak() { StringBuffer speech = new StringBuffer(); int i = 0; do { speech.append("hello"); i++; } while (i < 3) ; return speech.toString(); }
|
Общий синтаксис циклов do:
do { выражение (выражения) } while ( булево выражение ) ;
|
Цикл do фактически такой же, что и цикл while, за исключением того, что он проверяет свое булево выражение после каждого выполнения тела цикла. Что происходит в цикле while, если выражение имеет значение false при первой же проверке? Цикл не будет выполнен ни разу. Цикл do гарантирует, что цикл выполнится хотя бы один раз. Иногда это различие может быть важным.
Перед завершением работы с циклами рассмотрим два выражения ветвления, которые могут быть полезны. Мы уже встречались с выражением break при работе с выражениями switch. В циклах они производят такой же эффект - останавливают цикл. Выражение continue, с другой стороны, останавливает текущую итерацию цикла и сразу выполняется следующая итерация. Вот тривиальный пример:
for (int i = 0; i < 3; i++) { if (i < 2) { System.out.println("Haven't hit 2 yet..."); continue; }
if (i == 2) { System.out.println("Hit 2..."); break; } } |
Если вы поместите этот код в ваш метод main() и запустите его, то получите следующие результаты:
Haven't hit 2 yet... Haven't hit 2 yet... Hit 2... |
В первых двух прохождениях цикла переменная i меньше значения 2, поэтому выводится сообщение "Haven't hit 2 yet...", затем выполняется выражение continue, которое вызывает следующую итерацию цикла. Когда i равно 2, код в первом выражении if не выполняется. Мы попадаем во второй if, отображаем сообщение "Hit 2...", затем прекращаем (break) цикл.
Рассмотрев в следующем разделе обработку коллекций, мы усложним поведение.
Коллекции
Знакомство с коллекциями
Большая часть реальных приложений имеет дело с коллекциями чего-либо (файлов, переменных, строк файлов и т.д.). Часто объектно-ориентированные программы работают с коллекциями объектов. Язык Java имеет усовершенствованную библиотеку Collections Framework, которая позволяет вам создавать и управлять коллекциями объектов различных типов. Эта библиотека сама может занять целое руководство, поэтому здесь мы не будем рассматривать ее всю. Вместо этого мы рассмотрим одну очень широко используемую коллекцию и некоторые способы ее применения. Эти способы подходят для большинства коллекций, доступных в языке Java.
Массивы
Большинство языков программирования поддерживают концепцию массива для хранения коллекции сущностей, и язык Java не является исключением. Массив представляет собой коллекцию элементов одного типа.
Существует два способа объявления массива:
Создать его с определенным размером, который является фиксированным.
Создать его с определенным набором начальных значений. Размер этого набора определяет размер массива - он будет ровно таким, чтобы быть достаточным для хранения этих значений. Опять же, этот размер является фиксированным.
В общем случае массив объявляется следующим образом:
new elementType [ arraySize ] |
Создать целочисленный массив из пяти элементов можно двумя способами:
int[] integers = new int[5]; int[] integers = new int[] { 1, 2, 3, 4, 5 }; |
Первое выражение создает пустой массив из пяти элементов. Второе выражение создает инициализированный массив. Между фигурными скобками можно указать список начальных значений, разделенных запятыми. Обратите внимание на то, что мы не указали размер массива в квадратных скобках - количество элементов нашего блока инициализации устанавливает размер массива в пять элементов. Это проще, чем создать массив, а затем закодировать цикл для присвоения значений его элементам, например, так:
int[] integers = new int[5]; for (int i = 1; i <= integers.length; i++) { integers[i] = i; System.out.print(integers[i] + " "); } |
Этот код также объявляет целочисленный массив из пяти элементов. Если вы попытаетесь поместить более пяти элементов в массив, у вас возникнут проблемы при выполнении кода. Для загрузки массива мы выполняем цикл от 1 до длины массива, которую мы определяем при помощи метода length(). В каждом цикле мы помещаем целое число в массив. После помещения пятого элемента цикл прекращается.
После загрузки нашего массива мы можем обращаться к его элементам в аналогичном цикле:
for (int i = 0; i < integers.length; i++) { System.out.print(integers[i] + " "); } |
Представляйте массив как последовательность ячеек памяти. Каждый элемент в массиве занимает одну ячейку памяти, которой назначен индекс при создании массива. Вы можете обратиться к элементу в конкретной ячейке так:
arrayName [ elementIndex ] |
Индексы массива отсчитываются с нуля; это означает, что первый элемент имеет индекс 0. Теперь наш цикл имеет смысл. Мы начинаем цикл с нуля, поскольку массив начинается с нуля, и проходим по каждому элементу массива, отображая его значение.
Что такое коллекция?
Массивы хороши, но работать с ними немного не удобно. Их загрузка требует усилий, а после объявления массива вы можете загрузить в него только значения определенного типа и только определенное количество элементов, которое может поместиться в массиве. Определенно, массивы не являются слишком объектно-ориентированными. Фактически, присутствие массивов в языке Java является пережитком времен до объектно-ориентированного программирования. Они применяются в программном обеспечении повсеместно, поэтому их отсутствие в языке могло бы затруднить его существование в реальном мире, особенно при необходимости взаимодействия со старыми системами, использующими массивы. Однако язык Java предоставляет вам намного больше инструментов для обработки коллекций элементов. Эти инструменты являются абсолютно объектно-ориентированными.
Концепцию коллекций понять не трудно. Когда вам нужно фиксированное число элементов одного и того же типа, вы можете использовать массив. Когда вам нужны элементы различных типов или необходимо динамически менять их количество, вы можете использовать Java Collection.
ArrayList
В данном руководстве мы рассмотрим только один тип коллекций, называемый ArrayList. В процессе рассмотрения вы узнаете еще одну причину того, почему многие приверженцы ООП упрекают язык Java.
Для использования ArrayList в вашем коде вы должны добавить выражение import для него в вашем классе:
import java.util.ArrayList; |
Пустой ArrayList объявляется так:
ArrayList referenceVariableName = new ArrayList(); |
Добавить и удалить элементы из списков очень просто. Есть несколько методов для этого, но наиболее широко используются следующие два из них:
someArrayList.add(someObject); Object removedObject = someArrayList.remove(someObject); |
Упаковка и распаковка примитивов
Коллекции Java хранят объекты, а не примитивы. Массивы могут хранить и то, и другое, но они чаще всего не объектно-ориентированы, как мы того хотим. Если вы хотите записать в список что-либо, являющееся подтипом Object, вы просто вызываете для этого один из различных методов ArrayList. Простейшим методом является:
referenceVariableName.add(someObject); |
Он добавляет объект в конец списка. Чем дальше, тем лучше. Но что случится, если вы захотите добавить примитивный тип в список? Вы не можете сделать это напрямую. Вместо этого вы должны заключить примитивы в объекты. Существует один класс-конверт (wrapper class) для каждого примитивного типа:
Boolean для boolean s
Byte для byte s
Character для char s
Integer для int s
Short для short s
Long для long s
Float для float s
Double для double s
Например, для помещения примитивного типа int в ArrayList, мы должны были бы использовать следующий код:
Integer boxedInt = new Integer(1); someArrayList.add(boxedInt); |
Заключение примитива в экземпляр класса-конверта называется также упаковкой примитива. Для извлечения примитива вы должны распаковать его. Существует много полезных методов в классах-конвертах, но сам факт необходимости их использования раздражает многих программистов, поскольку требует большой дополнительной работы для использования примитивов с коллекциями. Java 5.0 уменьшает эту работу путем поддержки автоматической упаковки/распаковки .
Использование коллекций
Большинство подростков в реальном мире носят с собой некоторое количество денег. Предположим, что каждый объект Adult имеет кошелек, в котором содержатся деньги. В данном руководстве мы предполагаем, что:
Деньги представлены только банкнотами.
Номинальная стоимость банкноты (как целое число) идентифицирует каждую банкноту.
Все деньги в кошельке являются долларами США.
Каждый объект Adult начинает свою "запрограммированную" жизнь без денег.
Помните наш массив целых чисел? Давайте вместо него использовать ArrayList. Добавьте выражение import дляArrayList, затем добавьте ArrayList к вашему классу Adult в конце списка других переменных экземпляра:
protected ArrayList wallet = new ArrayList(); |
Мы создали ArrayList и инициализировали его как пустой список, поскольку объект Adult должен заработать каждый доллар. Мы можем добавить также некоторые методы доступа к переменной wallet:
public ArrayList getWallet() { return wallet; } public void setWallet(ArrayList aWallet) { wallet = aWallet; } |
Предоставляемые вами методы доступа являются законным вызовом. В данном случае мы применили типичные. Нет причин, почему бы мы не могли вызвать setWallet() также как resetWallet(), или даже goBankrupt(), поскольку мы сбрасываем его в пустой ArrayList. Должен ли другой объект уметь менять наш кошелек на новый? Опять же, законный вызов. Ведь это и есть принципы ООД!
Теперь добавим несколько методов, позволяющих нам взаимодействовать с нашей переменной wallet:
public void addMoney(int bill) { Integer boxedBill = new Integer(bill); wallet.add(boxedBill); } public void spendMoney(int bill) { Integer boxedBill = new Integer(bill); boolean haveThatBill = wallet.contains(boxedBill);
if(haveThatBill) { wallet.remove(boxedBill); } else { System.out.println("I don't have that bill."); } } |
В следующих двух разделах мы более подробно рассмотрим их.
Взаимодействие с коллекциями
Метод addMoney() позволяет нам добавить банкноту в наш кошелек. Вспомните, что наши "банкноты" представляют собой простые целые числа. Для добавления их в нашу коллекцию мы заключаем int в Integer.
Метод spendMoney() тоже работает с упаковкой для проверки наличия банкноты в нашем кошельке, вызывая методcontains(). Если она есть, мы вызываем remove() для ее извлечения. Если нет, мы говорим об этом.
Давайте применим эти методы в main(). Замените его текущее содержимое на следующий код:
public static void main(String[] args) { Adult myAdult = new Adult();
myAdult.addMoney(5); myAdult.addMoney(1); myAdult.addMoney(10);
StringBuffer bills = new StringBuffer(); Iterator iterator = myAdult.getWallet().iterator(); while (iterator.hasNext()) { Integer boxedInteger = (Integer) iterator.next(); bills.append(boxedInteger); } System.out.println(bills.toString()); } |
В методе main() скомбинировано много действий, о которых мы уже знаем. Прежде всего, мы вызываем addMoney()несколько раз для помещения денег в кошелек. Затем в цикле проверяем содержимое кошелька и выводим эту информацию. Для этого используем цикл while, но необходимо выполнить некоторую дополнительную работу. Мы должны:
Получить Iterator для списка, который позволит нам обращаться к элементам в списке.
Вызвать метод hasNext() объекта Iterator в качестве булевого выражения нашего цикла для того, чтобы определить, есть ли у нас еще элементы для обработки.
Вызвать метод next() объекта Iterator для получения следующего элемента каждый раз при прохождении цикла.
Привести тип (или преобразовать ) возвращаемого объекта в тип элементов, находящихся в списке (в данном случае Integer)
Это стандартная процедура для прохождения по коллекции в языке Java. В качестве альтернативы, мы могли бы вызвать toArray() и получить массив, по которому мы могли бы пройти при помощи цикла for. Но более объектно-ориентированный способ - это использовать возможности библиотеки Java Collections.
Единственной новой концепцией здесь является приведение типов. Что это такое? Как мы уже знаем, объекты в языке Java имеют тип или класс. Если вы посмотрите на сигнатуру метода next(), то увидите, что он возвращает Object, а не конкретный подкласс Object. Все объекты в мире Java-программирования являются подклассами Object, но язык Java должен знать конкретный тип объекта, для того чтобы вы могли вызывать методы, специфичные для типа, с которым работаете. Если вы не выполните приведение типа, то будете ограничены только методами, доступными для Object, которые составляют довольно небольшой список. В данном примере нам не нужно вызывать какие-либо методы классаInteger, но если бы мы делали это, то должны были бы сначала выполнить приведение типов.
Усовершенствование вашего объекта
Введение
Сейчас наш объект Adult достаточно полезен, но не настолько, насколько мог бы быть. В данном разделе мы усовершенствуем объект, для того чтобы сделать его более простым в использовании и более полезным. В этот процесс будет включено:
Создание некоторых полезных конструкторов.
Перегрузка некоторых методов для создания более удобного открытого интерфейса
Добавление кода для поддержки сравнения объектов Adult.
Добавление кода для облегчения отладки кода, использующего объекты Adult.
По ходу дела мы изучим некоторые приемы рефакторинга и узнаем, как решать некоторые проблемы, возникающие при выполнении нашего кода.
Создание конструкторов
Мы говорили о конструкторах ранее. Вы, возможно, помните, что каждый объект вашего Java-кода автоматически получает конструктор по умолчанию, не принимающий аргументов. Вы не должны определять его и можете не увидеть его в коде. Фактически, мы воспользовались этим в нашем классе Adult. Здесь не видно конструктора.
Однако на практике желательно определять свои собственные конструкторы. Поступая таким образом, вы можете быть абсолютно уверенны в том, что кто-либо, исследующий ваш класс, будет знать, как его создавать именно тем способом, который вы для этого предусматривали. Потому давайте создадим наш собственный конструктор без аргументов. Вспомните общую структуру конструктора:
accessSpecifier ClassName( аргументы ) { выражения конструктора } |
Определить конструктор без аргументов для Adult просто:
public Adult { } |
Все. Наш конструктор без аргументов действительно не делает ничего, кроме создания Adult. Теперь при вызове newдля создания Adult мы будем использовать наш конструктор без аргументов вместо конструктора по умолчанию. Но что если мы захотим, чтобы конструктор делал что-нибудь? В случае с Adult могло бы быть очень удобным уметь передавать фамилию и имя в виде объектов String и устанавливать в конструкторе наши переменные экземпляра в эти начальные значения. Это тоже сделать просто:
public Adult(String aFirstname, String aLastname) { firstname = aFirstname; lastname = aLastname; } |
Этот конструктор принимает два аргумента и устанавливает в их значения две наши переменные экземпляра. Теперь у нас есть два конструктора. Нам, фактически, не нужен первый конструктор, но нет ничего страшного, если мы сохраним его. Он предоставляет пользователям данного класса варианты выбора. Они могут создавать Adult с именем по умолчанию, либо создавать его с конкретным именем.
То, что мы сейчас сделали, даже если вы, возможно, не знали этого, называется перегрузкой метода. Мы обсудим эту концепцию более подробно в следующем разделе.
Перегрузка методов
При создании двух методов с одинаковым названием, но с разным количеством (или с разным типом) параметров, вы перегружаете этот метод. Это одна из мощных возможностей объектов. Система времени исполнения Java определит вызываемую версию метода в зависимости от того, что вы передали в качестве аргументов. В ситуации с нашими конструкторами, если мы не передадим какие-либо аргументы, JRE будет использовать конструктор без аргументов. Если мы передадим два объекта String, система времени исполнения будет использовать версию, принимающую два параметра String. Если мы передадим аргументы другого типа (или один объект String), система времени исполнения выдаст предупреждение о том, что не доступен конструктор, принимающий эти типы.
Вы можете перегрузить любой метод, не только конструкторы, что облегчает создание удобного интерфейса для пользователей ваших классов. Давайте попробуем добавить еще одну версию нашего метода addMoney(). Сейчас этот метод принимает один аргумент типа int. Это хорошо, но что если мы захотим добавить $100 в кошелек Adult? Мы должны были бы вызвать метод столько раз, сколько необходимо для добавления конкретного набора банкнот, сумма которых составляет $100. Это очень неудобно. Было бы намного проще передать массив int, представляющий набор банкнот. Поэтому давайте перегрузим метод для приема параметра типа массив. Вот метод, который у нас уже имеется:
public void addMoney(int bill) { Integer boxedBill = new Integer(bill); wallet.add(boxedBill); } |
Вот его перегруженная версия:
public void addMoney(int[] bills) { for (int i = 0; i < bills.length; i++) { int bill = bills[i]; Integer boxedBill = new Integer(bill); wallet.add(boxedBill); } } |
Этот метод очень похож на другой наш метод addMoney(), но он принимает массив в качестве параметра. Давайте попробуем использовать его, изменив наш метод main() следующим образом:
public static void main(String[] args) { Adult myAdult = new Adult();
myAdult.addMoney(new int[] { 1, 5, 10 }); System.out.println(myAdult); } |
После запуска кода на выполнение мы можем увидеть, что в кошельке нашего объекта Adult пока имеется $16. Это намного более удобный интерфейс. Видите ли вы какое-либо дублирование кода в наших двух методах? Две строки в первой версии являются копиями строк во второй версии. Если бы мы хотели изменить действия при добавлении денег, то должны были бы изменить код в двух местах, что не очень хорошо. Если бы мы добавили еще одну версию метода, принимающую в качестве параметра ArrayList вместо массива, то должны были бы изменить код в трех местах. Это быстро стало бы неприемлемым. Вместо этого мы можем выполнить рефакторинг кода для устранения дублирования. В следующем разделе мы выполним рефакторинг под названием Extract Method для завершения работы.
Рефакторинг во время усовершенствования
Рефакторинг представляет собой процесс изменения структуры существующего кода без изменения его функциональности. Ваше приложение должно выдавать такие же результаты и после рефакторинга, но код должен стать яснее, понятнее, с меньшим количеством дублирований. Удобно выполнять рефакторинг до добавления функциональной возможности (чтобы облегчить добавление, либо сделать более очевидным место, куда нужно добавить код), и после добавления функциональной возможности (для приведения в порядок добавленных изменений). В данном случае мы добавили новый метод и заметили дублирование кода. Время для рефакторинга!
Прежде всего, мы должны создать метод, содержащий две строки дублированного кода. Назовем его addToWallet():
protected void addToWallet(int bill) { Integer boxedBill = new Integer(bill); wallet.add(boxedBill); } |
Мы сделали этот метод защищенным, поскольку это действительно наш собственный внутренний вспомогательный метод, а не часть открытого интерфейса нашего класса. Теперь заменим эти строки кода в наших методах вызовом нового метода:
public void addMoney(int bill) { addToWallet(bill); } |
Вот перегруженная версия:
public void addMoney(int[] bills) { for (int i = 0; i < bills.length; i++) { int bill = bills[i]; addToWallet(bill); } } |
Если вы опять выполните код, вы увидите те же самые результаты. Такой тип рефакторинга должен стать привычным. Eclipse облегчает работу при помощи нескольких встроенных видов автоматического рефакторинга. Их подробное обсуждение выходит за рамки данного руководства, но вы можете поэкспериментировать с ними. Если бы мы выделили эти две строки дублированного кода, допустим в первой версии addMoney(), то могли бы щелкнуть правой кнопкой мыши по выделенному тексту и выбрать Refactor>Extract Method. Тогда Eclipse мог бы провести нас через процесс рефакторинга в пошаговом режиме. Это одна из наиболее мощных возможностей IDE.
Члены класса
Методы и переменные, которые мы имеем в классе Adult, являются методами и переменными экземпляра. Каждый экземпляр будет их иметь.
Классы сами по себе тоже могут иметь переменные и методы. Они в совокупности называются членами класса, и вы можете объявить их при помощи ключевого слова static. Различия между членами класса и методами и переменными экземпляра таковы:
Каждый экземпляр класса совместно использует одну и ту же копию переменной класса.
Вы можете вызвать метод класса с самим классом, без наличия экземпляра.
Методы экземпляра могут обращаться к переменным класса, но методы класса не могут обращаться к переменным экземпляра.
Методы класса могут обращаться только к переменным класса.
Когда имеет смысл добавить переменные класса или методы класса? Лучшее практическое правило - делать это редко, для того чтобы не злоупотреблять ими. Некоторыми обычными примерами их использования являются:
Объявление констант, которыми могут пользоваться любые экземпляры класса.
Отслеживание "счетчика" экземпляров класса.
Использование в классе со вспомогательными методами, которые для своей работы не требуют наличия экземпляра (например, метод Collections.sort()).
Переменные класса
Для создания переменной класса используйте ключевое слово static при ее объявлении:
accessSpecifier static variableName [= initialValue ]; |
JRE создает копию переменных экземпляра класса для каждого экземпляра этого класса. JRE создает только одну копию каждой переменной класса независимо от количества экземпляров сразу при первой встрече с этим классом в программе. Все экземпляры будут совместно использовать (и, возможно, изменять) эту копию. Это делает переменные класса хорошим выбором для констант, которые могут использовать все экземпляры.
Например, мы использовали целые числа для описания "банкнот" в кошельке Adult. Это совершенно корректно, но, возможно, было бы правильнее поименовать целочисленные значения таким образом, чтобы мы при чтении кода легко видели, что означают числа. Объявим для этого несколько констант в том же месте, где мы объявили переменные экземпляра для нашего класса:
protected static final int ONE_DOLLAR_BILL = 1; protected static final int FIVE_DOLLAR_BILL = 5; protected static final int TEN_DOLLAR_BILL = 10; protected static final int TWENTY_DOLLAR_BILL = 20; protected static final int FIFTY_DOLLAR_BILL = 30; protected static final int ONE_HUNDRED_DOLLAR_BILL = 40; |
По соглашению константы класса называются большими символами, отдельные слова констант разделяются знаками подчеркивания. Мы использовали ключевое слово static для объявления их в качестве переменных класса и добавили ключевое слово final, чтобы гарантировать невозможность их изменения каким-либо экземпляром (то есть, сделать их константами). Теперь мы можем изменить метод main() для добавления денег в наш объект Adult при помощи этих новых констант:
public static void main(String[] args) { Adult myAdult = new Adult(); myAdult.addMoney(new int[] { Adult.ONE_DOLLAR_BILL, Adult.FIVE_DOLLAR_BILL }); System.out.println(myAdult); } |
При чтении кода очевидно, что мы добавляем деньги в кошелек.
Методы класса
Как мы уже видели, вызов метода экземпляра осуществляется следующим образом:
variableWithInstance.methodName(); |
Мы вызвали метод именованной переменной, хранящей экземпляр класса. Вызов метода класса осуществляется следующим образом:
ClassName.methodName(); |
Нам не нужен экземпляр для вызова этого метода. Для этого применяется сам класс. Используемый нами метод main()является методом класса. Взгляните на его сигнатуру. Обратите внимание на то, что он объявлен как public static. Мы видели этот спецификатор доступа прежде. Ключевое слово static указывает, что это метод класса, вот почему такие методы иногда называются статическими методами. Нам не нужен экземпляр Adult для вызова main().
Мы можем создать методы класса для Adult при желании, хотя в действительности нет причины делать это в данном случае. Хотя для демонстрационных целей добавим тривиальный метод класса:
public static void doSomething() { System.out.println("Did something"); } |
Закомментируйте имеющиеся строки кода в методе main() и добавьте следующие строки:
Adult.doSomething(); Adult myAdult = new Adult(); myAdult.doSomething(); |
После выполнения этого кода вы должны увидеть соответствующее сообщение, дважды отображенное на консоли. Первый вызов doSomething() является обычным способом вызова метода класса. Можно также вызвать его через экземпляр класса, как это сделано в третьей строке кода. Но это, в действительности, не очень хорошая практика. Eclipse предупредит об этом, подчеркнув эту строку желтой волнистой линией, и предложит обратиться к этому методу "статическим способом" через класс, а не через экземпляр.
Сравнение объектов с использованием ==
Существует два способа сравнить объекты в языке Java:
Оператор ==
Оператор equals()
Первый, наиболее употребляемый, сравнивает объекты на равенство. Другими словами, выражение:
a == b |
возвратит true тогда и только тогда, когда a и b ссылаются точно на тот же экземпляр класса (то есть, на тот же объект). Исключение составляют примитивы. При сравнении двух примитивов с использованием оператора == система времени исполнения Java сравнивает их значения (они не являются настоящими объектами). Попробуйте поместить этот код в main() и взгляните на результат, отображаемый в консоли:
int int1 = 1; int int2 = 1; Integer integer1 = new Integer(1); Integer integer2 = new Integer(1); Adult adult1 = new Adult(); Adult adult2 = new Adult();
System.out.println(int1 == int2); System.out.println(integer1 == integer2); integer2 = integer1; System.out.println(integer1 == integer2); System.out.println(adult1 == adult2); |
Первое сравнение возвращает true, поскольку сравниваются примитивы с одинаковыми значениями. Второе сравнение возвращает false, поскольку две переменные не ссылаются на один и тот же экземпляр объекта. Третье сравнение возвращает true, потому что две переменные теперь ссылаются на один и тот же экземпляр. Если сделать то же самое с нашим классом, мы тоже получим false, потому что adult1 и adult2 не ссылаются на один и тот же экземпляр.
Сравнение объектов с использованием equals()
Сравнить объекты можно следующим образом:
a.equals(b); |
Метод equals() принадлежит типу Object, который является предком каждого класса в языке Java. Это означает, что любой созданный вами класс будет наследовать базовое поведение equals() от Object. Это базовое поведение не отличается от оператора ==. Другими словами, по умолчанию эти два выражения используют оператор == и возвращают значение false:
a == b; a.equals(b); |
Посмотрите на метод spendMoney() класса Adult снова. Что происходит за кулисами, когда мы вызываем метод contains()нашей переменной wallet? Язык Java использует оператор == для сравнения объектов в списке с указанным объектом. Если он находит соответствие, метод возвращает значение true; в противном случае возвращается false. Поскольку мы сравниваем примитивы, он может найти соответствие, основанное на целочисленных значениях (помните, что оператор == сравнивает примитивы по их значению).
Это хорошо для примитивов, но что если мы хотим сравнить содержимое объектов? Оператор == не сделает это. Для сравнения содержимого объектов мы должны перегрузить метод equals() класса, экземпляром которого является переменная a. Это означает, что нужно создать метод с точно такой же сигнатурой, что и у метода одного из ваших суперклассов, но реализовать метод по другому. Если сделать это, вы сможете сравнивать содержимое двух объектов, а не только проверять, ссылаются ли две переменные на один и тот же экземпляр.
Попробуйте ввести следующий код в метод main() и взгляните на результат, отображаемый в консоли:
Adult adult1 = new Adult(); Adult adult2 = new Adult();
System.out.println(adult1 == adult2); System.out.println(adult1.equals(adult2));
Integer integer1 = new Integer(1); Integer integer2 = new Integer(1);
System.out.println(integer1 == integer2); System.out.println(integer1.equals(integer2)); |
Первое сравнение возвращает значение false, поскольку adult1 и adult2 ссылаются на разные экземпляры Adult. Второе сравнение тоже возвращает значение false, поскольку реализация метода equals() по умолчанию просто проверяет, ссылаются ли обе переменные на один и тот же экземпляр. Но поведение equals() по умолчанию обычно не то, что мы хотим. Мы хотели бы сравнивать содержимое двух объектов Adult, чтобы узнать, одинаковые ли они. Для этого мы можем перегрузить equals(). Как видно из двух последних сравнений в приведенном выше примере, классInteger перегружает метод так, что оператор == возвращает false, но оператор equals() сравнивает на равенство упакованные значения int. Мы сделаем что-то похожее для класса Adult в следующем разделе.
Перегрузка equals()
Перегрузка метода equals() для сравнения объектов на самом деле требует от нас перегрузки двух методов:
public boolean equals(Object other) { if (this == other) return true;
if ( !(other instanceof Adult) ) return false;
Adult otherAdult = (Adult)other; if (this.getAge() == otherAdult.getAge() && this.getName().equals(otherAdult.getName()) && this.getRace().equals(otherAdult.getRace()) && this.getGender().equals(otherAdult.getGender()) && this.getProgress() == otherAdult.getProgress() && this.getWallet().equals(otherAdult.getWallet())) return true; else return false; }
public int hashCode() { return firstname.hashCode() + lastname.hashCode(); } |
Мы перегрузим метод equals() следующим способом, который является обычным стилем в Java:
Если объект, который мы собираемся сравнивать, является самим этим объектом, то они очевидно равны, поэтому возвращаем true.
Проверяем для уверенности, что объект, который мы собираемся сравнивать, является экземпляром Adult (если нет, два объекта очевидно не одинаковы).
Приводим тип входного объекта к Adult, для того чтобы использовать его методы.
Сравниваем части двух объектов Adult, которые должны быть равны, для того чтобы два объекта считались "равными" (какое бы определение равенства мы ни использовали).
Если какие-либо из этих частей не равны, возвращаем значение false; в противном случае возвращаем true.
Обратите внимание на то, что мы можем сравнить возраст каждого объекта с помощью ==, поскольку это примитивные значения. Для сравнения String мы используем equals(), поскольку этот класс перегружает метод equals() для сравнения содержимого объектов String (если бы мы использовали ==, то получали бы false каждый раз, потому что два объекта String никогда не будут одним и тем же объектом). То же самое мы делаем и для ArrayList, поскольку он перегружает equals() для проверки того, что два списка содержат одинаковые элементы в одинаковом порядке. Это хорошо подходит для нашего простого примера.
Когда бы вы ни перегрузили equals(), необходимо также перегрузить hashCode(). Объяснение причины этого выходит за рамки данного руководства, а пока просто знайте, что язык Java использует значение, возвращенное из этого метода, для помещения экземпляров вашего класса в коллекции, которые используют хэш-алгоритм размещения объектов (например HashMap). Единственными практическими правилами для этого метода (кроме того, что он должен возвращать целое значение) являются два приведенные далее правила. Метод hashCode() должен возвращать:
Одно и то же значение для одного и того же объекта постоянно.
Одинаковые значения для одинаковых объектов.
Как правило, возврат значений хэш-кода для некоторых или всех переменных экземпляра объекта является достаточно хорошим способом вычисления хэш-кода. Другим вариантом является преобразование переменных в объекты String, объединение их и возврат хэш-кода для полученного объекта String. Еще одним вариантом является умножение одной или нескольких числовых переменных на некоторую константу для дальнейшего обеспечения уникальности, но это часто излишне.
Перегрузка toString()
Класс Object имеет метод toString(), который наследует каждый создаваемый вами класс. Он возвращает представление вашего объекта в виде String и очень полезен для отладки. Чтобы увидеть действие метода toString(), реализованное по умолчанию, выполните следующий эксперимент в методе main():
public static void main(String[] args) { Adult myAdult = new Adult();
myAdult.addMoney(1); myAdult.addmoney(5);
System.out.println(myAdult); } |
Результат, отображаемый в консоли, выглядит следующим образом:
intro.core.Adult@b108475c
|
Метод println() вызывает метод toString() объекта, переданного ему. Поскольку мы пока не перегрузили toString(), то получаем вывод информации по умолчанию, которой является ID объекта. Каждый объект имеет ID, но он не много скажет вам о самом объекте. Было бы лучше, если бы мы перегрузили toString() для выдачи красиво отформатированного содержимого нашего объекта Adult:
public String toString() { StringBuffer buffer = new StringBuffer();
buffer.append("And Adult with: " + "\n"); buffer.append("Age: " + age + "\n"); buffer.append("Name: " + getName() + "\n"); buffer.append("Race: " + getRace() + "\n"); buffer.append("Gender: " + getGender() + "\n"); buffer.append("Progress: " + getProgress() + "\n"); buffer.append("Wallet: " + getWallet());
return buffer.toString(); } |
Мы создаем StringBuffer для создания представления нашего объекта в виде String, затем возвращаем объект String. После выполнения этого примера на консоли должна отобразиться следующая красиво отформатированная информация:
An Adult with: Age: 25 Name: firstname lastname Race: inuit Gender: male Progress: 0 Wallet: [1, 5] |
Это значительно удобнее и полезнее, чем загадочный ID объекта.
Исключительные ситуации
Хорошо было бы, если бы в нашем коде никогда не было ошибок, но это маловероятно. Иногда все происходит не так, как мы предполагали, а иногда проблема хуже, чем просто выдача нежелательных результатов. Когда это происходит, JRE генерирует исключительную ситуацию. Язык имеет некоторые специальные выражения, позволяющие вам перехватить исключительную ситуацию и обработать ее соответствующим образом. Вот общий формат для этих выражений:
try { выражение (выражения) } catch ( exceptionType name ) { выражение (выражения) } finally { выражение (выражения) } |
Выражение try заключает в себе код, который может сгенерировать исключительную ситуацию. Если это происходит, управление передается непосредственно в блок catch, известный также под названием обработчик исключительных ситуаций. После выполнения всех попыток и перехватов управление передается в блок finally, независимо от того, генерировалась ли исключительная ситуация. Когда вы перехватываете исключительную ситуацию, то можете попытаться исправить ситуацию либо корректно выйти из программы (или метода).
Обработка исключительных ситуаций
Попробуйте провести следующий эксперимент в main():
public static void main(String[] args) { Adult myAdult = new Adult();
myAdult.addMoney(1); String wontWork = (String) myAdult.getWallet().get(0); } |
При выполнении этого кода мы получим исключительную ситуацию. На консоли отобразится следующая информация:
java.lang.ClassCastException at intro.core.Adult.main(Adult.java:19) Exception in thread "main" |
Эта трассировка стека отображает тип исключительной ситуации и номер строки, в которой она возникла. Помните, что мы должны выполнить приведение типа при удалении Object из Collection. У нас есть коллекция элементовInteger, но мы пытаемся получить первый элемент при помощи метода get(0) (где 0 ссылается на индекс первого элемента в списке, потому что список начинается с нулевого индекса, аналогично массиву) и привести его к типуString. Система времени исполнения Java выводит предупреждение. Сейчас программа просто аварийно завершается. Давайте сделаем это завершение более изящным, обрабатывая исключительную ситуацию:
try { String wontWork = (String) myAdult.getWallet().get(0); } catch (ClassCastException e) { System.out.println("You can't cast that way."); } |
Здесь мы перехватываем исключительную ситуацию и выводим красивое сообщение. В качестве альтернативы мы могли бы ничего не делать в блоке catch, а выводить красивое сообщение в блоке finally, но в этом не было необходимости. В некоторых случаях объект исключительной ситуации (обычно, но не обязательно, обозначаемый e или ex) может предоставлять вам больше информации об ошибке, которая может помочь вам отобразить более подробную информацию или восстановить ситуацию.
Иерархия исключительных ситуаций
Язык Java поддерживает полную иерархию исключительных ситуаций. Это значит, что существует много типов исключительных ситуаций. На самом высоком уровне некоторые исключительные ситуации проверяются компилятором, а некоторые, называемые RuntimeException, - нет. Правилами языка предусмотрено, что вы должны перехватывать или указывать ваши исключительные ситуации. Если метод может сгенерировать отличную от RuntimeExceptionисключительную ситуацию, он должен либо обработать ее, либо указать, что обработать ее должен вызывающий метод. Это делается при помощи указания выражения throws в сигнатуре метода. Например:
protected void someMethod() throws IOException |
В вашем коде при вызове метода, указывающего, что он генерирует один или несколько типов исключительных ситуаций, вы должны как-то их обрабатывать, либо добавить ключевое слово throws к сигнатуре вашего метода для ее передачи по стеку вызовов выше, в методы, вызывающие ваш код. При возникновении исключительной ситуации система времени исполнения Java будет искать обработчик этой исключительной ситуации по стеку выше, если такой обработчик отсутствует в месте возникновения исключительной ситуации. Если обработчик найден не будет при прохождении вплоть до вершины стека, исполняющая система тут же аварийно завершит программу.
Хорошей новостью является то, что большинство IDE (среди них, естественно, и Eclipse) предупредит вас о том, что нужно обработать исключительную ситуацию, генерируемую вызываемым методом. Вы можете решить, что делать.
Тема обработки исключительных ситуаций, естественно, намного шире, но это слишком много для данного руководства. Надеюсь, что рассмотренные нами вопросы помогут вам знать, чего ожидать.
Java-приложения
Что такое приложения
Мы уже видели приложение, хотя и очень простое. Наш класс Adult имеет метод main() с самого начала. Он был необходим для того, чтобы система времени исполнения Java выполнила ваш код. Однако обычно ваши объекты не будут иметь методов main(). Java-приложения обычно состоят из:
Одного класса с методом main(), с которого начинается работа.
Набор других классов, выполняющих работу.
Для демонстрации того, как это работает, мы должны добавить еще один класс в наше приложение. Этот класс будет "управляющим".
Создание управляющего класса
Наш управляющий класс может быть очень простым:
package intro.core;
public class CommunityApplication { public static void main(String[] args) { } } |
Выполните следующие действия для создания класса таким образом, чтобы он действительно "управлял" нашей программой:
Создайте класс в Eclipse при помощи той же кнопки "New Java Class" панели инструментов, которую мы использовали для создания Adult в разделе "Объявление класса".
Назовите класс CommunityApplication, и проверьте, что вы выбрали вариант для добавления метода main() в класс. Eclipse генерирует этот класс за вас, включая main().
Удалите метод main() из класса Adult.
Все, что осталось сделать, - поместить что-нибудь в наш новый метод main():
package intro.core;
public class CommunityApplication { public static void main(String[] args) { Adult myAdult = new Adult(); System.out.println(myAdult.walk(10)); } } |
Создайте новую конфигурацию запуска в Eclipse так же, как мы делали это для класса Adult в разделе "Выполнение кода в Eclipse", и запустите его. Вы должны увидеть, что наш объект прошел 10 шагов.
Сейчас мы имеем простое приложение, начинающееся в CommunityApplication.main() и использующее наш объектAdult. Конечно, приложения могут быть более сложными, чем рассмотренное здесь, но основная идея остается такой же. Не так уж и необычно для Java-приложений иметь сотни классов. После запуска работы первичным управляющим классом программа работает при помощи взаимодействия классов друг с другом для завершения работы. Слежение за выполнением программы может совершенно дезориентировать вас, если вы использовали процедурные языки, начинающиеся с начала и выполняющиеся до конца, но это лучше всего понять на практике.
JAR-файлы
Как пакетируется Java-приложение, для того чтобы другие могли использовать его, или как передается код, который они могут использовать в своих собственных программах (например, библиотеки полезных объектов или интегрированную среду)? Создается Java Archive (JAR) - файл, в который спакетирован ваш код, для того чтобы другие программисты могли включить его в свой Java Build Path в Eclipse или в свой classpath при использовании инструментальных программ командной строки. Опять Eclipse значительно облегчает вашу работу. Создание JAR-файла в Eclipse (и во многих других IDE) является простой процедурой:
В вашем рабочем пространстве нажмите правой кнопкой мыши на пакет intro.core и выберите Export.
Выберите JAR file в диалоговом окне Export, затем нажмите Next.
Перейдите в месторасположение, куда хотите поместить ваш JAR-файл, присвойте ему любое имя и расширение .jar.
Нажмите Finish
Вы должны увидеть ваш JAR-файл в указанном вами месте. Если имеется JAR-файл (ваш или из другого источника), вы можете использовать классы, находящиеся в нем, в вашем коде, если поместите его в ваш Java Build Path в Eclipse. Сделать это не трудно. У нас пока нет кода, который нужно добавить к нашему пути, но выполните следующие действия, которые нужно было бы для этого сделать:
Нажмите правой кнопкой мыши на проекте Intro в вашем рабочем пространстве, затем выберите Properties.
В диалоговом окне Properties выберите закладку Libraries.
Здесь вы увидите кнопки для Add JARs... и Add External JARs..., которые вы можете использовать для помещения JAR-файлов в ваш Java Build Path.
Если код (то есть файлы классов) в JAR-файлах находится в вашем Java Build Path, вы можете использовать эти классы в вашем Java-коде без получения ошибки компилятора. Если JAR-файл включает исходный код, вы можете связать эти исходные файлы с файлами классов в вашем пути. Тогда вы можете пользоваться всплывающей подсказкой и даже открыть и просмотреть код.
Написание хорошего Java-кода
Введение в Java-код
Вы уже знаете достаточно много о синтаксисе Java, но это не совсем то, в чем заключается профессиональное программирование. Что делает Java-программы "хорошими"?
Вероятно, существует столько ответов на этот вопрос, сколько имеется профессиональных Java-программистов. Но у меня есть несколько предложений, с которыми, я уверен, согласились бы большинство профессиональных Java-программистов, и которые улучшают качество Java-кода. По правде говоря, я являюсь сторонником agile-методов (динамичных методов), таких как Экстремальное Программирование (Extreme Programming - XP), поэтому многое в моих представлениях о "хорошем" коде сформировано agile-сообществом и, в частности, принципами XP. Тем не менее, я считаю, что большинство опытных профессиональных Java-программистов согласилось бы с советами, которые я дам в данном разделе.
Делайте классы маленькими
В данном руководстве мы создали простой класс Adult. Даже после того, как мы переместили метод main() в другой класс, Adult имел более 100 строк кода. Он имеет более 20 методов, и, в действительности, выполняет не много работы в сравнении со многими профессионально созданными классами, которые вы, вероятно, видите (и создаете). Это маленький класс. Нередко можно увидеть классы с числом методов от 50 до 100. Что делает их хуже классов, имеющих меньшее число методов? Наверное, ничего. Должно быть столько методов, сколько вам нужно. Если вам нужно несколько вспомогательных методов, выполняющих, в основном, одинаковую работу, но принимающих различные параметры (как наши методы addMoney()), - это прекрасный вариант. Просто ограничивайте список методов только теми, которые действительно нужны, не более.
Обычно класс с очень большим числом методов содержит нечто, ему не свойственное, поскольку такой гигантский объект делает слишком много. В своей книге "Рефакторинг" Мартин Фаулер (Martin Fowler) называет это "загрязнением кода чуждыми методами" (Foreign Method code smell). Если у вас есть объект со 100 методами, вы должны хорошо подумать, не является ли этот один объект в действительности комбинацией нескольких объектов. Большие классы обычно отстают в школе. То же самое касается и Java-кода.
Делайте методы маленькими
Маленькие методы также предпочтительны, как и маленькие классы, и по тем же причинам.
Одним из огорчений, которые есть у опытных ОО-программистов в отношении языка Java, является то, что он дает широким массам пользователей объектно-ориентированный подход, но не учит их, как им правильно пользоваться. Другими словами, он дает достаточно веревки, чтобы повеситься (хотя и меньше, чем дает C++). Обычно это можно увидеть в классе с методом main() длиной в пять миль, или в одном методе под названием doIt(). То, что вы можете поместить весь ваш код в один метод вашего класса, не означает, что вы должны это делать. Язык Java имеет больше синтаксических излишеств, чем большинство других ОО-языков, поэтому некоторая многословность необходима, но не злоупотребляйте этим.
Представьте себе на минутку такие очень длинные методы. Перелистывание на экране десятков страниц кода для того, чтобы понять, что происходит, затрудняет понимание! Что делает метод? Вы должны выпить большую чашку кофе и изучать код несколько часов, для того чтобы понять это. Маленький, даже крошечный, метод является легко перевариваемым фрагментом кода. Эффективность во время исполнения не является причиной создания маленьких методов. Настоящим призом является читаемость. Это делает ваш код легким в обслуживании и в модификации при добавлении новых функциональных возможностей.
Ограничивайте каждый метод до производительности одного действия.
Называйте методы правильно
Лучшая из когда-либо встреченных мной схем кодирования (и я забыл источник) называется: обнаруживающие намерения имена методов. Какой из двух следующих методов легче понять с первого взгляда?
a()
computeCommission()
Ответ должен быть очевидным. По некоторым причинам программисты испытывают антипатию к длинным именам. Конечно, абсурдно длинное имя может быть неудобным, но достаточная для понимания длина имени обычно не является абсурдно большой. У меня нет проблем с таким именем метода, какaReallyLongMethodNameThatIsAbsolutelyClear(). Но если в три часа ночи, пытаясь понять, почему моя программа не работает, я встречаю метод с названием a(), то хочу кого-нибудь ударить.
Потратьте несколько минут на очень описательное имя метода (если это возможно), придумайте имена методов таким образом, чтобы ваш код читался больше как английский текст, даже если это означает добавление дополнительных вспомогательных методов для выполнения работы. Например, обдумаем добавление вспомогательного метода, для того чтобы сделать следующий код более читаемым:
if (myAdult.getWallet().isEmpty()) { do something } |
Метод isEmpty() объекта ArrayList полезен сам по себе, но это условие в нашем выражении if можно улучшить, применив метод Adult с названием hasMoney(), который выглядит следующим образом:
public boolean hasMoney() { return !getWallet().isEmpty(); }
|
Теперь наше выражение if больше похоже на английский:
if (myAdult.hasMoney()) { do something }
|
Этот технический прием прост и, возможно, в данном случае тривиален, но он поразительно эффективен, когда код усложняется.
Минимизируйте количество классов
Одним из правил простого дизайна в XP является достижение цели с минимально необходимым количеством классов. Если вам нужен еще один класс, конечно же, добавьте его. Если еще один класс упростил бы код или облегчил бы выражение ваших намерений, добавьте класс. Но нет причин иметь классы только для того, чтобы иметь их. Чаще всего в ранних версиях проекта имеется меньшее количество классов, чем в окончательной версии, но обычно легче выполнить рефакторинг для разбиения вашего кода на большее количество классов, чем для их объединения. Если у вас есть класс с большим количеством методов, проанализируйте его и определите, не содержится ли в нем другой объект, прежде чем это проявится явно. Если да, создайте новый объект.
Почти во всех моих Java-проектах никто не боялся создавать классы, но мы также постоянно пытались уменьшить количество классов, не делая наши намерения менее ясными.
Минимизируйте количество комментариев
Я когда-то писал обширные комментарии в моих программах. Вы могли читать их как книгу. Потом я стал немного умнее.
Каждая программа обучения науке программирования, каждая книга по программированию и множество программистов, я уверен, советуют вам комментировать свой код. В некоторых случаях комментарии полезны. Во многих случаях они делают код более трудным для поддержки. Подумайте о том, что вы должны сделать при изменении кода. Есть в этом месте комментарий? Если есть, вам лучше бы менять комментарий, иначе он будет устаревшим и со временем может вовсе не описывать код. Исходя из моего опыта, это удваивает ваше время на обслуживание программы.
Мое практическое правило: если код настолько тяжело прочитать и понять, что нужен комментарий, я должен сделать его достаточно понятным, для того чтобы комментарий был не нужен. Код может быть слишком длинным, или делать слишком много. Если это так, я упрощаю его. Он может быть слишком запутанным. Если это так, я добавляю вспомогательные методы, для того чтобы сделать его более понятным. Фактически, за три года совместного программирования на Java с участниками одной и той же команды я могу пересчитать количество написанных мной комментариев на пальцах моих рук и ног. Пишите понятный код! Если вам необходимо общее описание того, что делает система или какой-то конкретный ее компонент, напишите краткий документ для этого.
Многословные комментарии обычно тяжелее в обслуживании, не выражают ваших намерений так, как это делает маленький, хорошо написанный метод, и быстро становятся устаревшими. Не попадайте в зависимость от комментариев.
Используйте унифицированный стиль
Стиль кодирования на самом деле зависит от того, что необходимо и приемлемо в вашей среде. Я даже не знаю стиля, который мог бы назвать "типичным". Он часто зависит от личного вкуса. Например, вот некоторый фрагмент кода, который вызывает у меня судороги, пока я его не поменяю:
public void myMethod() { if (this.a == this.b) { statements } }
|
Почему он раздражает меня? Потому что я лично против стиля кодирования, при котором добавляются строки кода, по моему мнению, не нужные. Java-компилятор интерпретирует следующий код аналогично предыдущему, а я сохранил несколько строк:
public void myMethod() { if (this.a == this.b) statements }
|
Нет способа "правильного" или "неправильного". Один просто короче другого. Что же происходит, когда мне приходится кодировать вместе с тем, кто предпочитает первую форму? Мы говорим об этом, выбираем стиль кодирования, который собираемся придерживаться, затем фиксируем его. Единственным правилом на все случаи жизни является унификация. Если кто-то из работающих над проектом использует другой стиль, чтение кода станет трудным. Выберите стиль и не меняйте его.
Избегайте использования операторов switch
Некоторые Java-программисты любят выражения switch. Я думал, что они хороши, но потом понял, что выражениеswitch на самом деле является просто набором выражений if; это обычно означает, что условная логика появляется в моем коде более чем в одном месте. Это дублирование кода, что недопустимо. Почему? Потому что присутствие одинакового кода в нескольких местах затрудняет его изменение. Если у меня есть один и тот же switch в трех местах, и нужно изменить один вариант, я должен поменять три фрагмента кода.
Теперь, можете ли вы выполнить рефакторинг кода таким образом, чтобы имелось только одно выражение switch? Отлично! Я не имею ничего против его использования. В некоторых ситуациях выражение switch более понятно, чем вложенные if. Но если вы видите, что оно появляется в нескольких местах - это проблема, которую вы должны решить. Простой способ предотвратить ее появление - избегать выражения switch до тех пор, пока оно не будет лучшим средством выполнения работы. Мой опыт говорит, что это случается редко.
Будьте открыты
Я оставил самые сомнительные рекомендации напоследок. Вдохните глубже.
Я верю, что не будет ошибкой сделать все ваши методы открытыми (public). Переменные экземпляра должны иметь спецификатор protected.
Естественно, многие профессиональные программисты содрогнуться от этой мысли, поскольку если все будет открытым, любой может изменить что-либо, возможно, несанкционированно. В мире, где все является открытым, вы должны зависеть от дисциплинированности программиста для гарантии того, чтобы люди не получили доступ к тому, к чему не должны иметь доступ, и тогда, когда не должны иметь доступ. Но в жизни программиста мало найдется ситуаций более разочаровывающих, чем желание обратиться к переменной или методу, который ему не видим. Когда вы ограничиваете доступ к чему-нибудь в вашем коде, предполагая, что другие не должны его иметь, вы полагаете себя всеведущим. Чаще всего это опасное предположение.
Такого рода разочарование часто наступает при использовании чужого кода. Вы можете увидеть метод, делающий точно то, что вам нужно, но он не доступен. Иногда есть веские причины этого, поэтому имеет смысл ограничить доступность. Однако иногда единственной причиной того, что метод не указан как public, является то, что парни, написавшие код, думали: "Никому и никогда даже не понадобиться обратиться к нему". А может они думали: "Никто не должен обратиться к нему, потому что…", вовсе не имея серьезной на это причины. Очень часто люди используют ключевое слово private только потому, что оно существует. Не поступайте так.
Указывайте методы как public, а переменные как protected, если не имеете серьезной причины для ограничения доступа.
По следам Фаулера (Fowler)
Теперь вы знаете, как создавать хороший Java-код и как поддерживать его хорошим.
Лучшей книгой по этой теме является "Рефакторинг" Мартина Фаулера (Martin Fowler). Ее даже читать легко. Рефакторинг означает изменение дизайна существующего кода без изменения его результатов. Фаулер говорит о "загрязнениях кода" ("code smells"), которые требуют рефакторинга, и очень подробно рассматривает различные технические приемы для их исправления. По моему мнению рефакторинг и способность писать код в стиле test-first (сначала тестирование) является самым важным умением, которое должны освоить начинающие программисты. Если бы каждый программист был хорош в обоих этих навыках, то это революционизировало бы отрасль. Если вы отлично освоите их, будет легче получить работу, поскольку вы будете способны достичь лучших результатов, чем большинство из ваших соратников.
Писать Java-код относительно не сложно. Писать хороший Java-код - это мастерство. Стремитесь стать мастером.
Резюме
Итоги
В данном руководстве вы познакомились с ООП, изучили синтаксис языка Java, позволяющий создавать полезные объекты, и попробовали поработать с IDE, помогающей управлять вашей средой разработки. Вы научились создавать объекты, которые могут делать много полезной работы, хотя определенно не все, что вы можете себе представить. Но вы можете продолжить свое обучение несколькими способами, включая внимательное изучение Java API и исследование других возможностей языка Java при помощи других руководств developerWorks. Ссылки на них приведены в разделе "Ресурсы".
Язык Java, конечно же, не совершенен; каждый язык имеет свои капризы, и каждый программист имеет предпочтения. Однако Java-платформа является хорошим средством, помогающим писать очень хорошие профессиональные программы, которые очень востребованы.