Основы программирования на языке Java

Классы поддержки основных механизмов Object Базовый класс для всех классов. Cloneable Маркерный интерфейс для классов, реализующих метод public Object clone()‏ System Класс-утилита для взаимодействия с системой Runtime Класс для взаимодействия со средой исполнения Class<T> Класс, объекты которого хранят служебную информацию о классах во время исполнения Package Класс, объекты которого хранят информацию о пакетах во время исполнения ClassLoader Базовый класс для загрузчиков классов в системе Thread Базовый класс потока Runnable Интерфейс используемый классом потока для запуска параллельных действий (С) Всеволод Рылов, все права защищены

Классы поддержки системы типов String Класс для работы со строками StringBuffer Символьный буфер, используемый для оптимизации работы со строками Character Объектная обертка для символьного типа Boolean Объектная обертка для логического типа Void Объектная обертка для типа void Comparable <T> Интерфейс, реализуемый классами для объектов которых определено отношение порядка Number Базовый класс для классов – оберток числовых типов Byte, Short, Integer, Long, Float, Double Классы – обертки для числовых типов (С) Всеволод Рылов, все права защищены

Класс java.lang.System (основные методы)‏ err, in, out Статические переменные содержащие ссылки на стандартные потоки ввода, вывода и ошибок arraycopy()‏ Метод для быстрого копирования содержимого массивов getProperties(), getProperty(), setProperties(), setProperty()‏ Набор методов для работы со стандартными свойствами (настройками) java машины currentTimeMillis()‏ Взятие текущего времени в миллисекундах с момента 00 часов 1 января 1970 года exit()‏ Прекращение работы виртуальной машины и завершение процесса gc()‏ Принудительный вызов сборщика мусора load(), loadLibrary(), mapLibraryName()‏ Методы для манипуляции с загружаемыми native библиотеками (dll , ld.so ) (С) Всеволод Рылов, все права защищены

Класс java.lang.Runtime (основные методы)‏ getRuntime()‏ Статический метод для получения объекта Runtime Process exec()‏ Семейство вызовов для запуска отдельного процесса (программы) в операционной системе exit(int status), halt()‏ Shutdown и остановка java машины freeMemory()‏ totalMemory()‏ Методы для получения информации о доступной памяти loadLibrary(), load()‏ Загрузка динамических native библиотек addShutdownHook(), removeShutdownHook()‏ Установка и удаления перехватчиков, вызываемых при остановке виртуальной машины gc(), runFinalization()‏ Запуск сборщика мусора и финализатора (С) Всеволод Рылов, все права защищены

java.lang.Class (основные методы)‏ static Class<?> forName(String name)‏ Используется для динамической загрузки класса по имени в виртуальную машину Object newInstance()‏ Создает новый объект данного класса. Необходимо чтобы класс определял конструктор по умолчанию. ClassLoader getClassLoader()‏ Получение загрузчика с помощью которого был загружен данных класс getSuperClass(), getInterfaces(), getPackage()‏ Получение информации о суперклассе, реализуемых интерфейсах и пакете getResource(), getResourceAsStream()‏ Загрузка ресурсов (файлов настроек, картинок и т.д.) расположенных на файловой системе или в архиве jar Дополнительно имеется множество методов для работы с полями, агрегатами и методами определенными в классе (С) Всеволод Рылов, все права защищены

Классы-обертки для основных типов Используются тогда, когда нужно работать с значениями примитивных типов как с объектами Используются для получения разнообразной информации о диапазонах значений и специальных значениях данного типа Используются для преобразования типов между собой, между различными системами счисления, в строковый формат и наоборот из строкового формата (наследники класса java.lang.Number)‏ Объекты классов оберток, ровно как и объекты класса String не могут быть изменены после создания. При операциях с ними могут создаваться новые объекты (С) Всеволод Рылов, все права защищены

Пример класса обертки – java.lang.Integer MAX_VALUE, MIN_VALUE, TYPE Статические поля, содержащие информацию о диапазоне и ссылку на объект типа Class Integer(int value), Integer(String s)‏ Конструкторы для создания нового объекта compareTo(…)‏ Используется для сравнения с другими объектами данного типа int parseInt(…)‏ Integer valueOf(…)‏ Используются для разбора числа заданного в строковом формате. Выбрасывают java.lang.NumberFormatException doubleValue(), shortValue(), longValue(), doubleValue(), floatVlaue()‏ Методы для преобразования числовых типов toBinaryString(), toHexString(), toOctalString()‏ Формируют строковое представление числа в различных системах счисления (С) Всеволод Рылов, все права защищены

Автоматическая обертка boxing/unboxing • С целью поддержки наглядности компилятор может осуществлять автоматическое преобразование примитивных типов в объектные и наоборот: Integer i = 5; // Integer i = new Integer(5); Integer array[] = new Integer[] {new Integer(1), new Integer(2), new Integer(3) }; // можно заменить : Integer array [] = { 1, 2, 3}; • Необходимо соблюдать осторожность при обратных преобразованиях во избежание NullPointerException class Foo { static Integer doSomething() { … } } … inti = Foo.doSomething(); // вероятен NullPointerException Integer theI = Foo.doSomething(); inti = (theI != null) ? theI, 0; (С) Всеволод Рылов, все права защищены

Оптимизация цикла for для массивов class Foo { public static void main(String args[] ) { for (String s : args ) { System.out.println(s); } } } // Эквивалентно … for (inti = 0; i < args.length; i++) { System.out.println( args[i] ) ; } (С) Всеволод Рылов, все права защищены

Переменное количество аргументов • При необходимости можно оптимизировать передачу массива однотипных значений с помощью синтаксиса с переменным количеством аргументов class Bar { public static void someFunction( String s, int … array) { int sum = 0; for (inti : array ) { sum += i; } } } … Bar.someFunction(“one”, 1, 2, 3, 4, 5); // аргументы одного типа // эквивалентно static void someFunction(String s, int[] array) {…} (С) Всеволод Рылов, все права защищены

Математические средства платформы java java.lang.StrictMath – класс-утилита, содержащий основные математические функции. Гарантирует точную повторяемость числовых результатов вплоть до бита java.lang.Math – класс-утилита, работающая быстрее чем StrictMath (на старых версиях машины) но не гарантирующая точное воспроизводство числовых результатов для иррациональных чисел. В версии 1.6 java.lang.Mathделегирует вызовы StrictMath java.math.BigDecimal, java.math.BigInteger – классы для работы с числами произвольного размера и точности (С) Всеволод Рылов, все права защищены

Родовые компоненты – обобщения (generics) • Позволяют объявлять классы, интерфейсы и методы, где тип данных и ограничения на него, которыми они оперируют указан в виде параметра • Позволяют реализовать код, который будет работать единообразно с разными типами данных • В отличие от использования ссылок на тип Object предоставляют безопасные с точки зрения типизации средства обобщенного программирования • Спецификация параметра задается явно (классы, интерфейсы и ссылки) или выводится на основании аргументов (вызов методов) • Соответствие типа проверяется на стадии компиляции (С) Всеволод Рылов, все права защищены

Простейший пример • Начиная с 1.5: public class Envelope <T> { private T ref; public Envelope (T arg) { ref = arg; } public T get() { return ref; } } … Envelope <MyClass> e = new Envelope<MyClass>(new MyClass()); … MyClass m = e.get(); //compile time error: Another a = e.get(); • Проверка типа осуществляется на стадии компиляции • До java 1.5: public class Envelope { private Object ref; public Envelope (Object arg) { ref = arg; } public Object get() { return ref; } } … Envelope e = new Envelope(new MyClass()); … MyClass m = (MyClass) e.get();//OK // ClassCastException inruntime: Another a = (Another) e.get(); • Необходимо знать и учитывать объект какого типа был сохранен (С) Всеволод Рылов, все права защищены

Грамматика родового класса ClassDeclaration: NormalClassDeclaration EnumDeclaration NormalClassDeclaration: ClassModifiersopt class Identifier TypeParametersopt Superopt Interfacesopt ClassBody TypeParameters : < TypeParameterList > TypeParameterList : TypeParameterList , TypeParameter | TypeParameter TypeParameter: TypeVariable TypeBoundopt TypeBound: extends ClassOrInterfaceType AdditionalBoundListopt AdditionalBoundList: AdditionalBound AdditionalBoundList AdditionalBound AdditionalBound: & InterfaceType (С) Всеволод Рылов, все права защищены

Грамматика родового интерфейса и метода InterfaceDeclaration: NormalInterfaceDeclaration AnnotationTypeDeclaration NormalInterfaceDeclaration: InterfaceModifiersopt interface Identifier TypeParametersopt ExtendsInterfacesoptInterfaceBody MethodDeclaration: MethodHeader MethodBody MethodHeader: MethodModifiersopt TypeParametersopt ResultType MethodDeclarator Throwsopt (С) Всеволод Рылов, все права защищены

Основные отличия от C++ • При объявлении специфической ссылки имеющей типом родовой класс или интерфейс не происходит генерация кода класса (интерфейса) • Все объекты – специфические экземпляры родового класса разделяют один и тот же обобщенный тип • Параметрами родового компонента могут быть только типы • На параметры родового компонента можно наложить ограничения по наследованию определенного типа и/или интерфейса (интерфейсов) • Исключения и перечисления не могут быть родовыми типами • В качестве значений параметров при спецификации не могут использоваться примитивные типы java (С) Всеволод Рылов, все права защищены

Использование параметров - типов • В теле родового компонента можно использовать параметр типа для объявления ссылок и спецификации значений аргументов других параметризуемых типов class MyGeneric <T> { private T t; private AnotherGeneric< T > at = new AnotherGeneric<T>(); } • Нельзя инстанцировать объект или массив имеющий типом – параметр: class SomeGeneric<T> { T t = new T(); //compile time error T array = new T[10]; //compile time error } • Параметр типа недоступен в статическом контексте class HasStatic<T> { static T t; //compile time error } (С) Всеволод Рылов, все права защищены

Ограниченные типы class Stats <T extends Number> { private T [ ] nums; public Stats ( T [] array ) { nums = array; } public double average ( ) { double sum = 0.0; for (T n : nums ) { //все типы наследники Number реализуют метод doubleValue() sum += n.doubleValue(); } return sum / nums.length(); } } (С) Всеволод Рылов, все права защищены

«Шаблоны» параметров - wildcards • Допустим мы хотим сравнивать средние значения объектов Stats<T>: class Stats <T extends Number> { private T [ ] nums; public Stats ( T [] array ) { nums = array; } public double average ( ) { … } public booleansameAvg ( Stats<T> another) { return average() == another.average(); } } //Проблема – нельзя сравнить среднее разных спецификаций: Integer intArray[] = { 1, 2, 4, 7 }; Double doubleArray [] = { 6.0, 7.8, 22.0 }; Stats<Integer> intStats = new Stats<Integer> (intArray); intStats.sameAvg (new Stats<Double>(doubleArray) ); //Compile time error (С) Всеволод Рылов, все права защищены

Решение – использование «?» class Stats <T extends Number> { private T [ ] nums; public Stats ( T [] array ) { nums = array; } public double average ( ) { … } public booleansameAvg ( Stats<?> another) { return average() == another.average(); } } • ?можно использовать для спецификации обобщенных ссылок и generic-type массивов Stats<?> anyStats = new Stats<Integer> ( ); Stats<?> array[] = new Stats<?> [10]; • ?следует применять при проверкахinstanceof Stats<Integer> iStats = new Stats<Integer> ( new Integer[]{ 1, 2, 3, 4} ); iStatsinstanceof Stats<?> // true (С) Всеволод Рылов, все права защищены

Ограниченные wildcards abstract class Shape { public abstract void draw(Canvas c); } public class Ellipse extends Shape { … } public class Polygon extends Shape { … } … public static void drawAll (List<? extends Shape> shapesList, Canvas c ) { for (Shape s : shapesList) s.draw ( c ); } // При этом следующий код не работает: public void addPolygon(List<? extends Shape> shapes ) { shapes.add(new Polygon(…)); //compile time error } • <? extends Bar> - при спецификации может использоваться любой наследник включая сам класс Bar • <? super Foo> - может использоваться только суперкласс Foo (С) Всеволод Рылов, все права защищены

Родовые методы class Bar { public static <T> void fromArrayToCollection (T[] a, Collection <T> c) { for (T v: a) c.add(v); } } … Integer[] ia = new Integer[100]; Collection<Integer> ic = new ArrayList<Integer>(); Bar.fromArrayToCollection (ia, ic); //спецификация на основе аргументов //Можно использовать совместно с wildcards: public class Collections { public static <T> void copy(List<T> dest, List<? extends T> src) { … } } (С) Всеволод Рылов, все права защищены

Что лучше использовать? interface Collection <E> { public booleancontainsAll (Collection <?> c); public booleanaddAll (Collection<? extends E> c); } //или interface Collection <E> { public <T> booleancontainsAll(Collection <T> c); public <T extends E> booleanaddAll(Collection <T> c); } • Замечания по именованию • Обычно используется параметр T • Если параметров несколько – то буквы близкие по алфавиту, например T совместно с S • Если родовой метод (класс) вложен в другой родовой компонент, то лучше использовать отличную от параметра этого компонента букву (С) Всеволод Рылов, все права защищены

Raw типы и совместимость • Для совместимости с ранним кодом можно использовать родовые компоненты без спецификации параметров List rawList = new LinkedList(); Integer i = 5; // помним о boxing rawList.add( i ); // реально rawList.add( (Object) i); … Integer v = (Integer) rawList.get(0); List<Number> nList = new ArrayList<Number>(); … rawList = nList; // безопасно, но теряем защиту по типу … List<Integer> iList = (List<Integer) rawList; //Допустимо но опасно! int v = iList.get(0); // ClassCastException ! (С) Всеволод Рылов, все права защищены

Родовые компоненты и наследование • Родовые классы (интерфейсы) могут наследоваться от обычных классов (интерфейсов) и наоборот • Возможно приведение ссылки дочернего родового класса (интерфейса) на базовый только в том случае, если совпадают значения аргументов – типов заданные при спецификации • Если классы A и B связаны наследованием (A extends B), то это не значит, что специфицированные ссылкипараметризованных типов которым переданы эти классы в качестве параметров-типов совместимы между собой ! // параметры совпадают, класс LinkedList<T> реализует интерфейс List<T> List<String> stringList = new LinkedList<String> ();//OK // значения параметров у ссылок не совпадают, присваивание невозможно: List<Object> objectList = stringList; //compile time error (С) Всеволод Рылов, все права защищены

Реализация обобщенных интерфейсов interface MinMax <T extends Comparable<T>> { T min(); T max(); } //Класс реализующий родовой интерфейс должен быть родовым class MinMaxArray <T extends Comparable <T>> implements MinMax { T [ ] vals; MinMaxArray (T arg[ ] ) { vals = arg; } public T min () { … } public T max () { … } } … Character chrs [ ] = { ‘c’, ‘f’ , ‘k’, ‘a’ }; // boxing Character maxChar = (new MinMaxArray<Character> (chrs)).max(); //Однако можно наследовать специфицированный интерфейс class MinMaxIntegerArray extends MinMax<Integer> { … } (С) Всеволод Рылов, все права защищены

Перегрузка и наследование public class Base <T> { private T val; public Base(T v) { val = v;} public T getVal() { return val;} } public class Derived<T,S> extends Base<T> { private S another; public Derived (T v, S s) { super(v); another = s; } public T getVal () { … } //Перегруженный метод } //Допустимо: Base<Integer> b = new Derived <Integer, String> (5, “Hello!”); (С) Всеволод Рылов, все права защищены

«Очистка параметров» при компиляции • Из соображений совместимости вся информация о параметрах – типах при компиляции удаляется • При этом происходит замена параметров типа на реально их ограничивающий класс • class Bar<T extends Number> {…} - T заменяется на Number • class Foo<T>{…} - T заменяется на Object class GenStr <T extends String> { T str; GenStr ( T val) { str = val; } T getStr () {return str;} } // откомпилируется как будто был написан так: class GenStr extends Object { java.lang.Stringstr; GenStr (java.lang.Stringval) {str = val;} java.lang.StringgetStr() { return str; } } (С) Всеволод Рылов, все права защищены

Дополнительные проблемы • Методы – мосты (генерируются компилятором) class Base <T> { public T f () { … } // откомпилируется в Object f() {…} } class Derived extends Base<String> { public String f() { return super.f(); } // нужен мост } • Потенциальная неоднозначность class Foo <T,S> { T t; S s; void set (T targ) { t = targ; } // компилируется вset(Object o) {…} void set (S sarg) { s = sarg; } // компилируется вset(Object o) {…} } (С) Всеволод Рылов, все права защищены

Основы программирования на языке Java