Язык программирования Java. Как научиться программировать на Java

Последним релизом является версия 1.6 , в которой было произведено улучшение системы безопасности, улучшение поддержки скриптового языка Mozilla Rhino (англ.), улучшена интеграция с рабочим столом, добавлены некоторые новые возможности в создании графических интерфейсов.

Java и Microsoft

Следующие компании в основном фокусируются на Java (J2EE) технологиях, а не на .NET , хотя имеют дело также и с последними: IBM, Oracle . В частности, СУБД Oracle включает JVM как свою составную часть, обеспечивающую возможность непосредственного программирования СУБД на языке Java, включая, например, хранимые процедуры .

Основные возможности

Пример программы

Программа, выводящая «Hello, World!»:

Public class HelloWorld { public static void main(String args) { System .out .println ("Hello, World!" ) ; } }

Пример использования шаблонов:

Import java.util.*; public class Sample { public static void main(String args) { // Создание объекта по шаблону. List strings = new LinkedList() ; strings.add ("Hello" ) ; strings.add ("world" ) ; strings.add ("!" ) ; for (String s: strings) { System .out .print (s) ; System .out .print (" " ) ; } } }

Основные идеи

Примитивные типы

В языке Java только 8 скалярных типов : boolean, byte , char , short, int , long, float , double .

Классы-обёртки примитивных типов

Длины и диапазоны значений примитивных типов определяются стандартом , а не реализацией и приведены в таблице. Тип char сделали двухбайтовым для удобства локализации (один из идеологических принципов Java): когда складывался стандарт, уже существовал Unicode -16, но не Unicode-32. Поскольку в результате не осталось однобайтового типа, добавили новый тип byte. Типы float и double могут иметь специальные значения , и «не число» (

Тип	Длина (в байтах)	Диапазон или набор значений
boolean	не определено	true, false
byte	1	−128..127
char	2	0..2 16 -1, или 0..65535
short	2	−2 15 ..2 15 -1, или −32768..32767
int	4	−2 31 ..2 31 -1, или −2147483648..2147483647
long	8	−2 63 ..2 63 -1, или примерно −9.2·10 18 ..9.2·10 18
float	4	-(2-2 -23)·2 127 ..(2-2 -23)·2 127 , или примерно −3.4·10 38 ..3.4·10 38 , а также , , NaN
double	8	-(2-2 -52)·2 1023 ..(2-2 -52)·2 1023 , или примерно −1.8·10 308 ..1.8·10 308 , а также , , NaN

Такая жёсткая стандартизация была необходима, чтобы сделать язык платформенно-независимым, что является одним из идеологических требований к Java и одной из причин её успеха. Тем не менее одна небольшая проблема с платформенной независимостью всё же осталась. Некоторые процессоры используют для промежуточного хранения результатов 10-байтовые регистры или другими способами улучшают точность вычислений. Для того, чтобы сделать Java максимально совместимой между разными системами, в ранних версиях любые способы повышения точности вычислений были запрещены. Однако это приводило к снижению быстродействия. Выяснилось, что ухудшение точности ради платформенной независимости мало кому нужно, тем более если за это приходится платить замедлением работы программ. После многочисленных протестов этот запрет отменили, но добавили ключевое слово strictfp , запрещающее повышение точности.

Преобразования при математических операциях

В языке Java действуют следующие правила:

Если один операнд имеет тип double, другой тоже преобразуется к типу double.
Иначе, если один операнд имеет тип float, другой тоже преобразуется к типу float.
Иначе, если один операнд имеет тип long, другой тоже преобразуется к типу long.
Иначе оба операнда преобразуется к типу int.

Последнее правило отличает Java от старых реализаций и C++ и делает код более безопасным. Так, например, в языке Java после выполнения кода

Short x = 50 , y = 1000 ; int z = x*y;

переменной z присваивается значение 50000, а не −15536, как в большинстве безнадёжно устаревших реализаций C и C++. В программе, скомпилированной MS VC++ , начиная с версии 7, а также многими другими современными компиляторами (gcc , Intel C++, Borland C++, Comeau и т. д.), значение будет также равно 50000.

Объектные переменные, объекты, ссылки и указатели

В языке Java имеются только динамически создаваемые объекты. Причем переменные объектного типа и объекты в Java - совершенно разные сущности. Переменные объектного типа являются ссылками , то есть неявными указателями на динамически создаваемые объекты. Это подчёркивается синтаксисом описания переменных. Так, в Java нельзя писать:

Double a[ 10 ] [ 20 ] ; Foo b(30 ) ;

Double a = new double [ 10 ] [ 20 ] ; Foo b = new Foo(30 ) ;

При присваиваниях, передаче в подпрограммы и сравнениях объектные переменные ведут себя как указатели, то есть присваиваются, копируются и сравниваются адреса объектов. А при доступе с помощью объектной переменной к полям данных или методам объекта не требуется никаких специальных операций разыменовывания - этот доступ осуществляется так, как если бы объектная переменная была самим объектом.

Объектными являются переменные любого типа, кроме простых числовых типов. Явных указателей в Java нет. В отличие от указателей C, C++ и других языков программирования, ссылки в Java в высокой степени безопасны благодаря жёстким ограничениям на их использование, в частности:

Нельзя преобразовывать объект типа int или любого другого примитивного типа в указатель или ссылку и наоборот.
Над ссылками запрещено выполнять операции ++, −−, +, − или любые другие арифметические операции.
Преобразование типов между ссылками жёстко регламентировано. За исключением ссылок на массивы, разрешено преобразовывать ссылки только между наследуемым типом и его наследником, причём преобразование наследуемого типа в наследующий должно быть явно задано и во время выполнения производится проверка его осмысленности. Преобразования ссылок на массивы разрешены лишь тогда, когда разрешены преобразования их базовых типов, а также нет конфликтов размерности.
В Java нет операций взятия адреса (&) или взятия объекта по адресу (*). Звёздочка в Java означает умножение, и только. Амперсанд (&) означает всего лишь «побитовое и» (двойной амперсанд - «логическое и»).

Благодаря таким специально введенным ограничениям в Java невозможно прямое манипулирование памятью на уровне физических адресов (хотя ссылки, не указывающие ни на что, есть: значение такой ссылки обозначается null).

Дублирование ссылок и клонирование

Из-за того, что объектные переменные являются ссылочными, при присваивании не происходит копирования объекта. Так, если написать

Foo foo, bar; … bar = foo;

то произойдет копирование адреса из переменной foo в переменную bar . То есть foo и bar будут указывать на одну и ту же область памяти, то есть на один и тот же объект; попытка изменить поля объекта, на который ссылается переменная foo , будет менять объект, с которым связана переменная bar , и наоборот. Если же необходимо получить именно ещё одну копию исходного объекта, пользуются или методом (функцией-членом, в терминологии C++) clone() , создающим копию объекта, или же копирующим конструктором .

Метод clone() требует, чтобы класс реализовывал интерфейс Cloneable (об интерфейсах см. ниже). Если класс реализует интерфейс Cloneable , по умолчанию clone() копирует все поля (мелкая копия ). Если требуется не копировать, а клонировать поля (а также их поля и так далее), надо переопределять метод clone() . Определение и использование метода clone() часто является нетривиальной задачей .

Сборка мусора

В языке Java невозможно явное удаление объекта из памяти - вместо этого реализована сборка мусора . Традиционным приёмом, дающим сборщику мусора «намёк» на освобождение памяти, является присваивание переменной пустого значения null . Это, однако, не значит, что объект, заменённый значением null , будет непременно и немедленно удалён. Данный приём всего лишь устраняет ссылку на объект, то есть отвязывает указатель от объекта в памяти. При этом следует учитывать, что объект не будет удален сборщиком мусора, пока на него указывает хотя бы одна ссылка из используемых переменных или объектов. Существуют также методы для инициации принудительной сборки мусора, но не гарантируется, что они будут вызваны исполняющей средой, и их не рекомендуется использовать для обычной работы.

Классы и функции

Java не является процедурным языком: любая функция может существовать только внутри класса. Это подчёркивает терминология языка Java, где нет понятий «функция» или «функция-член» (англ. member function ), а только метод . В методы превратились и стандартные функции. Например, в Java нет функции sin() , а есть метод Math.sin() класса Math (содержащего, кроме sin() , методы cos() , exp() , sqrt() , abs() и многие другие).

Статические методы и поля

Для того чтобы не надо было создавать объект класса Math (и других аналогичных классов) каждый раз, когда надо вызвать sin() (и другие подобные функции), введено понятие статических методов (англ. static method ; иногда в русском языке они называются статичными). Статический метод (отмечаемый ключевым словом static в описании) можно вызвать, не создавая объекта его класса. Поэтому можно писать

Double x = Math .sin (1 ) ;

Math m = new Math () ; double x = m.sin (1 ) ;

Ограничение, накладываемое на статические методы, заключается в том, что в объекте this они могут обращаться только к статическим полям и методам.

Статические поля имеют тот же смысл, что и в C++: каждое существует только в единственном экземпляре.

Финальность

Ключевое слово final (финальный) означает разные вещи при описании переменной, метода или класса. Финальная переменная (именованная константа) инициализируется при описании и дальше не может быть изменена. Финальный метод не может быть переопределён при наследовании. Финальный класс не может иметь наследников вообще.

Абстрактность

В Java методы, не объявленные явно как final или private , являются виртуальными в терминологии C++: при вызове метода, по-разному определённого в базовом и наследующем классах, всегда производится проверка времени выполнения.

Абстрактным методом (описатель abstract) в Java называется метод, для которого заданы параметры и тип возвращаемого значения, но не тело. Абстрактный метод определяется в классах-наследниках. В C++ то же самое называется чисто виртуальной функцией. Для того чтобы в классе можно было описывать абстрактные методы, сам класс тоже должен быть описан как абстрактный. Объекты абстрактного класса создавать нельзя.

Интерфейсы

Высшей степенью абстрактности в Java является интерфейс (interface). Все методы интерфейса абстрактны: описатель abstract даже не требуется. Интерфейс не является классом. Класс может наследовать, или расширять (extends) другой класс или реализовывать (implements) интерфейс. Кроме того, интерфейс может наследовать, или расширять другой интерфейс.

В Java класс не может наследовать более одного класса , зато может реализовывать сколько угодно интерфейсов.

Интерфейсы можно передавать методам как параметры, но нельзя создавать объекты их типов.

Маркерные интерфейсы

В Java есть некоторые интерфейсы, которые не содержат методов для реализации, а специальным образом обрабатываются JVM. Это интерфейсы:

java.lang.Cloneable
java.io.Serializable
java.rmi.Remote

Шаблоны в Java (generics)

Начиная с версии Java 5 в языке появился механизм обобщённого программирования - шаблоны, внешне близкие к шаблонам C++. С помощью специального синтаксиса в описании классов и методов можно указать параметры-типы, которые внутри описания могут использоваться в качестве типов полей, параметров и возвращаемых значений методов.

// Объявление обобщённого класса class GenericClass { E getFirst() { ... } void add(E obj) { ... } } // Использование обобщённого класса в коде GenericClass var = new GenericClass() ; var.add ("qwerty" ) ; String p = var.getFirst () ;

Допускается обобщённое объявление классов, интерфейсов и методов. Кроме того, синтаксис поддерживает ограниченные объявления типов-параметров: указание в объявлении конструкции вида требует, чтобы тип-параметр T реализовывал интерфейсы A, B, C и так далее, а конструкция требует, чтобы тип-параметр T был типом C или одним из его предков.

В отличие от шаблонов C#, шаблоны Java не поддерживаются средой исполнения - компилятор просто создаёт байт-код, в котором никаких шаблонов уже нет. Реализация шаблонов в Java принципиально отличается от реализации аналогичных механизмов в C++: компилятор не порождает для каждого случая использования шаблона отдельный вариант класса или метода-шаблона, а просто создаёт одну реализацию байт-кода, содержащую необходимые проверки и преобразования типов. Это приводит к ряду ограничений использования шаблонов в программах на Java.

Проверка принадлежности к классу

В Java можно явно проверить, к какому классу принадлежит объект. Выражение foo instanceof Foo истинно, если объект foo принадлежит классу Foo или его наследнику, или реализует интерфейс Foo (или, в общем виде, наследует класс, который реализует интерфейс, который наследует Foo).

Далее, функция getClass() , определённая для всех объектов, выдаёт объект типа Class . Эти объекты можно сравнивать. Так, например, foo.getClass()==bar.getClass() будет истинно, если объекты foo и bar принадлежат в точности к одному классу (но это не означает что это два одинаковых объекта).

Кроме того, объект типа Class любого типа можно получить так: Integer.class , Object.class .

Однако прямое сравнение классов не всегда является оптимальным средством проверки на принадлежность к классу. Зачастую вместо него используют функцию isAssignableFrom() . Эта функция определена у объекта типа Class и принимает объект типа Class в качестве параметра. Таким образом, вызов Foo.class.isAssignableFrom(Bar.class) вернёт true в случае, если Foo является предком класса Bar . Так как все объекты являются потомками типа Object , вызов Object.class.isAssignableFrom() всегда вернёт true . В паре с упомянутыми функциями объекта типа Class используются также функции isInstance() (эквивалентно instanceof), а также cast() (преобразует параметр в объект выбранного класса).

Библиотеки классов

Средства разработки ПО

JDK - помимо набора библиотек для платформ Java SE и Java EE содержит компилятор командной строки javac и набор утилит, также работающих в режиме командной строки.
NetBeans IDE - бесплатная интегрированная среда разработки для всех платформ Java - Java ME , Java SE и Java EE . Пропагандируется Sun Microsystems , разработчиком Java, как базовое средство для разработки ПО на языке Java и других языках ( , C++ , Fortran и др.).
Java SE и Java EE . Ведутся работы по поддержке в Eclipse платформы Java ME . Пропагандируется C, C++ , Fortran и др.)
IntelliJ IDEA - коммерческая среда разработки для платформ Java SE , Java EE и Java ME .

Примечания

java (англ.) . Merriam-Webster Online Dictionary . Merriam-Webster. - Английская норма произношения слова «Java». Проверено 5 июня 2009.
Robert Tolksdorf. Programming languages for the Java Virtual Machine JVM (англ.) . is-research GmbH. - Онлайн-каталог альтернативных языков и языковых расширений для JVM. Проверено 5 июня 2009.
Microsoft Java Virtual Machine Support (англ.) . Microsoft (2003-09-12). - Официальное заявление Microsoft о программе поддержки MSJVM. Проверено 5 июня 2009.
Todd Hoff Amazon Architecture (англ.) (2007-09-18). - Обсуждение архитектуры Amazon с использованием Java-технологий. Проверено 6 июня 2009.
Amazon Elastic Compute Cloud (Amazon EC2) (англ.) . Amazon Web Services LLC. - Описание технологии и возможностей Amazon EC2 как веб-сервиса. Проверено 6 июня 2009.
Todd Hoff eBay Architecture (англ.) (2008-05-27). - Обсуждение архитектуры eBay на платформе Java. Проверено 6 июня 2009.
Randy Shoup, Dan Pritchett The eBay Architecture (англ.) (PDF). SD Forum 2006 (2006-11-29). - Презентация по истории развития архитектуры eBay. Проверено 6 июня 2009.
Allen Stern Exclusive Interview With Yandex CTO Ilya Segalovich (англ.) . CenterNetworks (2008-01-14). - Интервью с техническим директором Яндекса Ильёй Сегаловичем. Проверено 6 июня 2009.
Анатолий Орлов Архитектура Яндекс.Поиска (рус.) (PowerPoint). Материалы встречи JUG в Екатеринбурге (2008-05-24). Проверено 6 июня 2009.
Brian Guan The LinkedIn Blog. Blog Archive. Grails at LinkedIn. (англ.) . LinkedIn.com (2008-06-11). - История создания системы LinkedIn на основе Java-технологии Grails. Проверено 5 июня 2009.
OracleJVM and Java Stored Procedures (англ.) . Oracle Inc.. - Раздел портала Oracle, посвящённый технологиям Java в составе сервера СУБД Oracle. Проверено 5 июня 2009.
Ссылка на документацию к методу Object.clone() (англ.)

Литература

Монахов Вадим Язык программирования Java и среда NetBeans, 2-е издание . - СПб .: «БХВ-Петербург» , 2009. - С. 720. - ISBN 978-5-9775-0424-9
Джошуа Блох. Java. Эффективное программирование = Effective Java. - М .: «Лори», 2002. - С. 224. - ISBN 5-85582-169-2
Java 2. Библиотека профессионала, том 1. Основы = Core Java™ 2, Volume I--Fundamentals. - 7-е изд. - М .: «Вильямс» , 2007. - С. 896. - ISBN 0-13-148202-5
Кей С. Хорстманн, Гари Корнелл. Java 2. Библиотека профессионала, том 2. Тонкости программирования = Core Java™ 2, Volume II--Advanced Features. - 7-е изд. - М .: «Вильямс» , 2007. - С. 1168. - ISBN 0-13-111826-9
Брюс Эккель. Философия Java = Thinking in Java. - 3-е изд.. - СПб .: «Питер» , 2003. - С. 976. - ISBN 5-88782-105-1
Герберт Шилдт, Джеймс Холмс. Искусство программирования на Java = The Art of Java. - М .: «Диалектика» , 2005. - С. 336. - ISBN 0-07-222971-3
Любош Бруга. Java по-быстрому: Практический экспресс-курс = Luboš Brůha. Java Hotová řešení.. - М .: Наука и техника , 2006. - С. 369. - ISBN 5-94387-282-5

См. также

Сравнение возможностей Java с другими языками см. в статье

Java - язык программирования, разработанный компанией SunMicrosystems. Приложения Java обычно компилируются в специальный байт-код, поэтому они могут работать на любой виртуальной Java-машине(JVM) независимо от компьютерной архитектуры. Дата официального выпуска - 23 мая 1995 года. Сегодня технология Java предоставляет средства для превращения статических Web-страниц в интерактивные динамические документы и для создания распределенных не зависящих от платформы приложений.

Программы на Java транслируются в байт-код, выполняемый виртуальной машиной Java (JVM) -программой, обрабатывающей байтовый код и передающей инструкции оборудованию как интерпретатор.

Достоинство подобного способа выполнения программ - в полной независимости байт-кода от операционной системы и оборудования, что позволяет выполнять Java-приложения на любом устройстве, для которого существует соответствующая виртуальная машина. Другой важной особенностью технологии Java является гибкая система безопасности благодаря тому, что исполнение программы полностью контролируется виртуальной машиной. Любые операции, которые превышают установленные полномочия программы (например, попытка несанкционированного доступа к данным или соединения с другим компьютером) вызывают немедленное прерывание.

Часто к недостаткам концепции виртуальной машины относят то, что исполнение байт-кода виртуальной машиной может снижать производительность программы алгоритмов, реализованных на языке Java. В последнее время был внесен ряд усовершенствований, которые несколько увеличили скорость выполнения программ на Java:

Применение технологии трансляции байт-кода в машинный код непосредственно во время работы программы (JIT-технология) с возможностью сохранения версий класса в машинном коде,

Широкое использование платформенно - ориентированного кода (native-код) в стандартных библиотеках,

Аппаратные средства, обеспечивающие ускоренную обработку байт-кода (например, технология Jazelle, поддерживаемая некоторыми процессорами фирмы ARM).

Основные возможности языка:

Автоматическое управление памятью;

Расширенные возможности об работки исключительных ситуаций;

Богатый набор средств фильтрации ввода/вывода;

Набор стандартных коллекций, таких как массив, список, стек и т.п.;

Наличие простых средств создания сетевых приложений (в том числе с использованием протокола RMI);

Наличие классов, позволяющих выполнять HTTP-запросы и обрабатывать ответы;

Встроенные в язык средства создания многопоточных приложений;

Унифицированный доступ к базам данных:

На уровне отдельных SQL-запросов-на основе JDBC,SQLJ;

На уровне концепции объектов, обладающих способностью к хранению в базе данных-на основе Java Data Objects и Java Persistence API;

Поддержка шаблонов (начиная с версии 1.5);

Параллельное выполнение программ .

1.4.3 Язык программирования C#

В июне 2000 года стало известно о новом языке программирования, родившемся в недрах компании Microsoft. Он стал частью новой технологии Microsoft, названной.NET (читается «Dot Net»). В рамках этой технологии предусмотрена единая среда выполнения программ (Common Language Runtime, CLR), написанных на разных языках программирования. Одним из таких языков, основным в этой среде, и является C# (C#, читается «C sharp», «Си шарп»). Названием языка, конечно же, хотели подчеркнуть его родство с Си++, ведь # - это два пересекшихся плюса. Но больше всего новый язык похож на Java . И нет сомнений, что одной из причин его появления стало стремление Microsoft ответить на вызов компании Sun.

Хотя официально авторы C# не называются, но на титульном листе одной из предварительных редакций справочника по языку обозначены Андерс Хейльсберг (Anders Hejlsberg) - создатель Турбо Паскаля и Дельфи, перешедший в 1996 году в Microsoft, и Скотт Вилтамут (Scott Wiltamuth).

Единая среда выполнения программ основана на использовании промежуточного языка IL (Intermediate Language - промежуточный язык), исполняющего почти ту же роль, что и байт-код виртуальной машины языка Ява. Используемые в рамках технологии.NET компиляторы с различных языков транслируют программы в IL-код. Так же как и байт-код Явы, IL-код представляет собой команды гипотетической стековой вычислительной машины. Но есть и разница в устройстве и использовании IL.

Во-первых, в отличие от JVM, IL не привязан к одному языку программирования. В составе, предварительных версий Microsoft.NET имеются компиляторы с языков Си++, C#, Visual Basic. Независимые разработчики могут добавлять другие языки, создавая компиляторы с этих языков в IL-код.

Во-вторых, IL предназначен не для программной интерпретации, а для последующей компиляции в машинный код. Это позволяет достичь существенно большего быстродействия программ. Содержащие IL-код файлы несут достаточно информации для работы оптимизирующего компилятора .

«C# - простой, современный, объектно-ориентированный язык с безопасной системой типов, происходящий от Си и Си++. C# будет удобен и понятен для программистов, знающих Си и Си++. C# сочетает продуктивность Visual Basic и мощность Си++.» Такими словами начинается описание C#.

Рассмотрим технические особенности языка:

Единицей компиляции является файл (как в Си, Си++, Яве). Файл может содержать одно или несколько описаний типов: классов (class), интерфейсов (interface), структур (struct), перечислений (enum), типов-делегатов (delegate) с указанием (или без указания) об их распределении по пространствам имен;

Пространства имен (namespace) регулируют видимость объектов программы (как в Си++). Пространства имен могут быть вложенными. Разрешено употребление объектов программы без явного указания пространства имен, которому этот объект принадлежит. Достаточно лишь общего упоминания об использовании этого пространства имен в директиве using (как в Турбо Паскале). Предусмотрены псевдонимы для названий пространств имен в директиве using (как в языке Оберон);

Элементарные типы данных: 8-разрядные (sbyte, byte), 16-разрядные (short, ushort), 32-разрядные (int, uint) и 64-разрядные (long, ulong) целые со знаком и без знака, вещественные одиночной (float) и двойной (double) точности, символы Unicode (char), логический тип (bool, не совместим с целыми), десятичный тип, обеспечивающий точность 28 значащих цифр (decimal);

Структурированные типы: классы и интерфейсы (как в Яве), одномерные и многомерные (в отличие от Явы) массивы, строки (string), структуры (почти то же, что и классы, но размещаемые не куче и без наследования), перечисления, несовместимые с целыми (как в Паскале);

Типы-делегаты или просто «делегаты» (подобны процедурным типам в Модуле‑2 и Обероне, указателям на функции в Си и Си++);

Типы подразделяются на ссылочные (классы, интерфейсы, массивы, делегаты) и типы-значения (элементарные типы, перечисления, структуры). Объекты ссылочных типов размещаются в динамической памяти (куче), а переменные ссылочных типов являются, по сути, указателями на эти объекты. В случае типов-значений переменные представляют собой не указатели, а сами значения. Неявные преобразования типов разрешены только для случаев, когда они не нарушают систему безопасности типов и не приводят к потере информации. Все типы, включая элементарные, совместимы с типомobject, который является базовым классом всех прочих типов. Предусмотрено неявное преобразование типов-значений к типу object, называемое упаковкой (boxing), и явное обратное преобразование - распаковка (unboxing);

Автоматическая сборка мусора (как в Обероне и Яве);

Обширный набор операций с 14 уровнями приоритета. Переопределение операций (как в Алголе-68, Аде, Си++). С помощью операторов checked и unchecked можно управлять контролем переполнения при выполнении операций с целыми;

Методы с параметрами значениями, параметрами-ссылками (ref) и выходными параметрами (out). Слова ref и out нужно записывать перед параметром не только в описании метода, но и при вызове. Наличие выходных параметров позволяет контролировать выполнение определяющих присваиваний. По правилам языка любая переменная должна гарантированно получить значение до того, как будет предпринята попытка ее использования;

Управляющие операторы: if, switch, while, do, for, break, continue (как в Си, Си++ и Яве). Оператор foreach, выполняющий цикл для каждого элемента «коллекции», несколько разновидностей оператора перехода goto;

Обработка исключений (как в Яве);

Свойства - элементы классов (объектов), доступ к которым осуществляется так же, как и к полям (можно присвоить или получить значение), но реализуется неявно вызываемыми подпрограммами get и set (как в Объектном Паскале - входном языке системы Delphi);

Индексаторы - элементы классов (объектов), позволяющие обращаться к объектам так же, как к массивам (указанием индекса в квадратных скобках). Реализуются неявно вызываемыми подпрограммами get и set. Например, доступ (для чтения) к символам строки может выполняться как к элементам массива благодаря тому, что для стандартного класса string реализован индексатор;

События - элементы классов (поля или свойства) процедурного типа (делегаты), к которым вне класса, где они определены, применимы только операции += и –=, позволяющие добавить или удалить методы-обработчики событий для объектов данного класса;

Небезопасный (unsafe) код, использующий указатели и адресную арифметику, локализуется в частях программы, помеченных модификатором unsafe;

Препроцессор, предусматривающий, в отличие от Си и Си++, только средства условной компиляции .

Разумеется, обсуждавшиеся недостатки C# вовсе не лишают язык перспектив. Он во многих отношениях предпочтительней Си++. Общая неудовлетворенность языком Си++, признанием которой является само появление нового языка, является одной из основных предпосылок успеха C#.

Сравнивая C# с Явой, можно увидеть много общих черт. Правда, если Ява-системы многоплатформны, то реализация C# существует пока только для операционной системы Windows и только одна. Но, несмотря на тяжеловесность, можно ожидать, что язык будет реализован и для других систем. Кроме того, сама платформа Microsoft .NET с единой средой выполнения программ может быть продвинута на альтернативные архитектуры, в первую очередь на UNIX-системы.

C# представляется более реалистичным языком, чем Ява. В отличие от Явы, он самодостаточен. То есть на C# можно написать любую программу, не прибегая к другим языкам. Это возможно благодаря наличию «небезопасных» блоков кода, которые открывают доступ непосредственно к аппаратуре. В языке Ява для доступа к средствам низкого уровня должны использоваться «родные методы» (native methods), которые необходимо программировать на других языках.

И, разумеется, перспективы C# в первую очередь связаны с теми усилиями, которые, конечно же, приложит компания Microsoft для его продвижения .

Программирование – это написание исходного кода программы на одном из языков программирования. Существует множество различных языков программирования, благодаря которым создаются всевозможные программы, решающие определенный круг задач. Язык программирования – это набор зарезервированных слов, с помощью которых пишется исходный код программы. Компьютерные системы не в силах (пока) понимать человеческий язык и уж тем более, человеческую логику (особенно женскую), поэтому все программы пишутся на языках программирования, которые впоследствии переводятся на язык компьютера или в машинный код. Системы, переводящие исходный код программы в машинный код, очень сложные и их, как правило, создают не один десяток месяцев и не один десяток программистов. Такие системы называются интегрированными средами программирования приложений или инструментальными средствами.

Система программирования представляет собой огромную продуманную визуальную среду, где можно писать исходный код программы, переводить его в машинный код, тестировать, отлаживать и многое другое. Дополнительно существуют программы, которые позволяют производить вышеперечисленные действия при помощи командной строки.

Вы, наверное, не раз слышали термин «программа написана под Windows или под Linux, Unix». Дело в том, что среды программирования при переводе языка программирования в машинный код могут быть двух видов – это компиляторы и интерпретаторы. Компиляция или интерпретация программы задает способ дальнейшего выполнения программы на устройстве. Программы написанные на языке Java всегда работают на основе интерпретации, тогда как программы написанные на С/С++ – компиляции. В чем разница этих двух способов?

Компилятор после написания исходного кода в момент компиляции читает сразу весь исходный код программы и переводит в машинный код. После чего программа существует, как одно целое и может выполняться только в той операционной системе, в которой она была написана. Поэтому программы, написанные под Windows, не могут функционировать в среде Linux и наоборот. Интерпретатор осуществляет пошаговое или построчное выполнение программы каждый раз, когда она выполняется. Во время интерпретации создается не выполняемый код, а виртуальный, который впоследствии выполняется виртуальной Java машиной. Поэтому на любой платформе – Windows или Linux, Java-программы могут одинаково выполняться при наличии в системе виртуальной Java машины, которая еще носит название Системы времени выполнения.

Объектно-ориентированное программирование

Объектно-ориентированное программирование строится на базе объектов, что в кой-то мере аналогично с нашим миром. Если оглянуться вокруг себя, то обязательно можно найти то, что поможет более ярко разобраться в модели такого программирования. Например, я сейчас сижу за столом и печатаю эту главу на компьютере, который состоит из монитора, системного блока, клавиатуры, мыши, колонок и так далее. Все эти части являются объектами, из которых состоит компьютер. Зная это, очень легко сформулировать какую-то обобщенную модель работы всего компьютера. Если не разбираться в тонкостях программных и аппаратных свойств компьютера, то можно сказать, что объект Системный блок производит определенные действия, которые показывает объект Монитор. В свою очередь объект Клавиатура может корректировать или вовсе задавать действия для объекта Системный блок, которые влияют на работу объекта Монитор. Представленный процесс очень хорошо характеризует всю систему объектно-ориентированного программирования.

Представьте себе некий мощный программный продукт, содержащий сотни тысяч строк кода. Вся программа выполняется построчно, строка за строкой и в принципе каждая из последующих строк кода обязательно будет связана с предыдущей строкой кода. Если не использовать объектно-ориентированное программирование, и когда потребуется изменить этот программный код, скажем при необходимости улучшения каких-то элементов, то придется произвести большое количество работы со всем исходным кодом этой программы.

В объектно-ориентированном программировании все куда проще, вернемся к примеру компьютерной системы. Допустим, вас уже не устраивает семнадцати дюймовый монитор. Вы можете спокойно его обменять на двадцати дюймовый монитор, конечно же, при наличии определенных материальных средств. Сам же процесс обмена не повлечет за собой огромных проблем, разве что драйвер придется сменить, да вытереть пыль из-под старого монитора и все. Примерно на таком принципе работы и строится объектно-ориентированное программирование, где определенная часть кода может представлять класс однородных объектов, которые можно легко модернизировать или заменять.

Объектно-ориентированное программирование очень легко и ясно отражает суть решаемой проблемы и что самое главное, дает возможность без ущерба для всей программы убирать ненужные объекты заменяя эти объекты на более новые. Соответственно общая читабельность исходного кода всей программы становится намного проще. Существенно и то, что один и тот же код можно использовать в абсолютно разных программах.

Классы

Стержнем всех программ Java являются классы, на которых основывается объектно-ориентированное программирование. Вы по сути уже знаете, что такое классы, но пока об этом не догадываетесь. В предыдущем разделе мы говорили об объектах, ставя в пример устройство всего компьютера. Каждый объект, из которых собран компьютер, является представителем своего класса. Например, класс Мониторов объединяет все мониторы вне зависимости от их типов, размеров и возможностей, а один какой-то конкретный монитор, стоящий на вашем столе и есть объект класса мониторов.

Такой подход позволяет очень легко моделировать всевозможные процессы в программировании, облегчая решение поставленных задач. Например, имеется четыре объекта четырех разных классов: монитор, системный блок, клавиатура и колонки. Чтобы воспроизвести звуковой файл необходимо при помощи клавиатуры дать команду системному блоку, само же действие по даче команды вы будете наблюдать визуально на мониторе и, в итоге, колонки воспроизведут звуковой файл. То есть любой объект является частью определенного класса и содержит в себе все имеющиеся у этого класса средства и возможности. Объектов одного класса может быть столько, сколько это необходимо для решения поставленной задачи.

Методы

Когда приводился пример воспроизведения звукового файла, то было упомянуто о даче команды или сообщения, на основе которого и выполнялись определенные действия. Задача по выполнению действий решается с помощью методов, которые имеет каждый объект. Методы – это набор команд, с помощью которых можно производить те или иные действия с объектом.

Каждый объект имеет свое назначение и призван решать определенный круг задач с помощью методов. Какой толк был бы, например, в объекте Клавиатура, если нельзя было нажимать на клавиши, получая при этом возможность отдавать команды? Объект Клавиатура имеет некое количество клавиш, с помощью которых пользователь приобретает контроль над устройством ввода и может отдавать необходимые команды. Обработка таких команд, происходит с помощью методов.

Например, вы нажимаете клавишу Esc для отмены каких-либо действий и тем самым даете команду методу, закрепленному за этой клавишей который на программном уровне решает эту задачу. Сразу же возникает вопрос о количестве методов объекта Клавиатура, но здесь может быть различная реализация – как от определения методов для каждой из клавиш (что, вообще-то, неразумно), так и до создания одного метода, который будет следить за общим состоянием клавиатуры. То есть, этот метод следит за тем, была ли нажата клавиша, а потом в зависимости от того какая из клавиш задействована, решает, что ему делать.

Итак, мы видим, что каждый из объектов может иметь в своем распоряжении набор методов для решения различных задач. А поскольку каждый объект является объектом определенного класса, то получается, что класс содержит набор методов, которыми и пользуются различные объекты одного класса. В языке Java все созданные вами методы должны принадлежать или являться частью какого-то конкретного класса.

Синтаксис и семантика языка Java

Для того чтобы говорить и читать на любом иностранном языке, необходимо изучить алфавит и грамматику этого языка. Подобное условие наблюдается и при изучении языков программирования, с той лишь разницей, как мне кажется, что этот процесс несколько легче. Но прежде чем начинать писать исходный код программы, необходимо сначала решить поставленную перед вами задачу в любом удобном для себя виде.

Давайте создадим некий класс отвечающий, например, за телефон, который будет иметь всего два метода: включающий и выключающий этот самый телефон. Поскольку мы сейчас не знаем синтаксис языка Java, то напишем класс Телефон на абстрактном языке.

Класс Телефон
{
Метод Включить()
{
// операции по включению телефона
}
Метод Выключить()
{
// операции по выключению телефона
}
}

Примерно так может выглядеть класс Телефон. Заметьте, что фигурные скобки обозначают соответственно начало и конец тела класса, метода, либо всякой последовательности данных. То есть скобки указывают на принадлежность к методу или классу. На каждую открывающую скобку обязательно должна быть закрывающая скобка. Чтобы не запутаться их обычно ставят на одном уровне в коде.

А теперь давайте запишем тот же самый класс только уже на языке Java.

Class Telefon
{
void on()
{
// тело метода on()
}
void off()
{
// тело метода off()
}
}

Ключевое слово class в языке Java объявляет класс, далее идет название самого класса. В нашем случае это Telefon. Сразу пару слов касательно регистра записи. Почти во всех языках программирования важно сохранять запись названий в том регистре, в котором она была сделана. Если вы написали Telefon, то уже такое написание как telefon или TELefoN выдаст ошибку при компиляции. Как написали первоначально, так и надо писать дальше.

Зарезервированные или ключевые слова записываются в своем определенном регистре, и вы не можете их использовать, давая их названия методам, классам, объектам и так далее. Пробелы между словами не имеют значения, поскольку компилятор их просто игнорирует, но для читабельности кода они важны.

В теле класса Telefon имеются два метода: on() – включающий телефон и метод off() – выключающий телефон. Оба метода имеют свои тела и в них по идее должен быть какой-то исходный код, описывающий необходимые действия обоих методов. Для нас сейчас неважно, как происходит реализация этих методов, главное – это синтаксис языка Java.

Оба метода имеют круглые скобки on(), внутри которых могут быть записаны параметры, например on(int time) или on(int time, int time1). С помощью параметров происходит своего рода связь методов с внешним миром. Говорят, что метод on(int time) принимает параметр time. Для чего это нужно? Например, вы хотите, чтобы телефон включился в определенное время. Тогда целочисленное значение в параметре time будет передано в тело метода и на основе полученных данных произойдет включение телефона. Если скобки пусты, то метод не принимает никаких параметров.

Комментарии

В классе Telefon в телах обоих методов имеется запись после двух слэшей: //. Такая запись обозначает комментарии, которые будут игнорироваться компилятором, но нужны для читабельности кода. Чем больше информации вы закомментируете по ходу написания программы, тем больше у вас будет шансов вспомнить через год, над чем же все это время трудились.

Комментарии в Java могут быть трех видов, это:

//, /*…*/ и /**…*/

Комментарии, записанные с помощь оператора // должны располагаться в одной строке:

// Одна строка
!!! Ошибка! На вторую строку переносить нельзя!
// Первая строка
// Вторая строка
// …
// Последняя строка

Комментарии, использующие операторы /*…*/ могут располагаться на нескольких строках. В начале вашего комментария поставьте /*, а в конце, когда закончите комментировать код, поставьте оператор */. Последний вид комментария /**…*/ используется при документировании кода и также может располагаться на любом количестве строк.

Типы данных Java

Чтобы задать произвольное значение, в Java существуют типы данных. В классе Telefon мы создали два метода. Оба метода не имели параметров, но когда приводился пример метода on(int time) с параметром time, говорилось о передаче значения в метод. Данное значение указывало на время, с помощью которого якобы должен включиться телефон. Спецификатор int как раз и определяет тип значения time. В Java 2 МЕ шесть типов данных.

Byte – маленькое целочисленное значение от –128 до 128;
short – короткое целое значение в диапазоне от –32768 до 32767;
int – содержит любое целочисленное значение от –2147483648 до 2147483647;
long – очень большое целочисленное значение, от –922337203685475808 до 9223372036854775807;
char – это символьная константа в формате Unicode. Диапазон данного формата от 0 до 65536, что равно 256 символам. Любой символ этого типа должен записываться в одинарных кавычках, например: ‘G’;
boolean – логический тип, имеет всего два значения: false – ложь и true – истина. Этот тип часто используется в циклах о которых чуть позже. Смысл очень прост – если у вас в кармане есть деньги, предположительно это true, а если нет то false. Таким образом, если деньги имеются – идем в магазин за хлебом или пивом (нужное подчеркнуть), если нет денег – остаемся дома. То есть это такая логическая величина, которая способствует выбору дальнейших действий вашей программы.

Чтобы объявить какое-то необходимое значение используется запись:

Int time;
long BigTime;
char word;

Оператор точка с запятой необходим после записей и ставится в конце строки. Можно совместить несколько одинаковых по типу объявлений через запятую:

Mt time, time1, time2;

Теперь давайте, усовершенствуем наш класс Telefon, добавив в него несколько значений. Методы on() и off() нам больше не нужны, добавим новые методы, которые действительно могут решать определенные задачи.

Class Telefon
{
//S – площадь дисплея
//w – ширина дисплея
//h – высота дисплея
int w, h, S;
//метод, вычисляющий площадь дисплея
vord Area()
{
S = w*h;
}
}

Итак, мы имеем три переменные S, w и h, отвечающие, соответственно, за площадь, ширину и высоту дисплея в пикселях. Метод Area() вычисляет площадь экрана телефона в пикселях. Операция бесполезная, но очень показательная и простая в понимании. Тело метода Area() обрело себя и имеет вид S = w*h. В этом методе мы просто перемножаем ширину на высоту и присваиваем или как еще говорят, сохраняем результат в переменной S. Эта переменная будет содержать значения площади дисплея данного телефона.

Сейчас мы подошли вплотную к операторам языка Java, с помощью которых можно совершать всевозможные операции. Операторы языка Java, как впрочем, и других языков программирования имеют свои назначения. Так существуют арифметические операторы, операторы инкремента и декремента, логические операторы и операторы отношения. Давайте рассмотри каждый из вышеупомянутых операторов.

Арифметические операторы

Все арифметические операторы очень просты и аналогичны операторам умножения «*», деления «/», сложения «+» и вычитания «–» используемые в математике. Существует оператор деления по модулю «%» и слегка запутанная на первый взгляд ситуация с оператором равно «=». Оператор равно в языках программирования называется оператором присваивания:

Здесь вы переменной х присваиваете значение 3. А оператор «равно» в языках программирования соответствует записи двух подряд операторов «равно»: «==». Рассмотрим на примере, что могут делать различные арифметические операторы.

Int x, y, z;
x = 5;
y = 3;
z = 0;
z = x + y;

В данном случае z будет иметь значение уже суммы x и y, то есть 8.

Переменная х имела значение 5, но после такой записи предыдущее значение теряется и записывается произведение z*x (8*5), что равно 40. Теперь, если мы продолжим дальше наш код, то переменные будут иметь такой вид:

// x = 40;
// y = 3;
// z = 8;

Операторы сложения и вычитания имеют те же назначения что и в математике. Отрицательные числа так же родственны.

Операторы декремента «––» и инкремента «++» весьма специфичны, но очень просты. В программировании часто встречаются моменты, когда требуется увеличить или уменьшить значение на единицу. Часто это встречается в циклах. Операция инкремента увеличивает переменную на единицу.

Int x = 5;
x++;
// Здесь х уже равен 6

Операция декремента уменьшает переменную на единицу.

Int x = 5;
x--;
// х равен 4

Операции инкремента и декремента могут быть пост и префиксными:

Int x = 5;
int y = 0;
y = x++;

В последней строке кода сначала значение x присваивается y, это значение 5, и только потом переменная х увеличивается на единицу. Получается что:

Префиксный инкремент имеет вид:

Int x = 3;
int y = 0;
y = ++x;

И в этом случае, сначала переменная х увеличивается на один, а потом присваивает уже увеличенное значение y.

Операторы отношения

Операторы отношения позволяют проверить равенство обеих частей выражения. Имеется оператор равенства «==», операторы меньше «<» и больше «>», меньше или равно «<=» и больше или равно «>=», а так же оператор отрицания «!=».
9 == 10;

Это выражение не верно, девять не равно десяти, поэтому его значение этого выражения равно false.

Здесь же, наоборот, оператор отрицания указывает на неравенство выражения, и значение будет равно true. Операторы больше, меньше, больше или равно и меньше или равно аналогичны соответствующим операторам из математики.

Логические операторы

Существует два логических оператора. Оператор «И», обозначающийся значками «&&» и оператор «ИЛИ», обозначенный в виде двух прямых слэшей «||». Например, имеется выражение:

А*В && В*С;

В том случае, если только обе части выражения истинны, значение выражения считается истинным. Если одна из частей неверна, то значение всего выражения будет ложным.
В противовес оператору «&&» имеется оператор «||», не напрасно имеющий название «ИЛИ».

А*В || В*С;

Если любая из частей выражения истинна, то и все выражение считается истинным. Оба оператора можно комбинировать в одном выражении, например:

A*B || B*C && C*D || B*A;

С помощью этого выражения я вас ввел, как мне кажется, в затруднение, неправда ли? Дело в том, что в Java, как и в математике существует приоритет или так называемая иерархия операторов, с помощью которой определяется какой из операторов главнее, а, следовательно, и проверяется первым. Рассмотрим с помощью списка приоритет всех имеющихся операторов языка Java:

, ., (),
!, ~, ++, – –, + (унарный), – (унарный), new,
*, /, %,
+, –,
<<, >>, >>>,
<, <=, >, >=,
= =, !=,
&, ^, |,
&&,
||,
?:,
=, +=, –=, *=, /=, %=, |=, ^=, <<=, >>=, >>>=.

Ассоциативность операторов в списке следует слева направо и сверху вниз. То есть все, что находится левее и выше – старше по званию и главнее.

Последнее обновление: 26.09.2018

На сегодняшний момент язык Java является одним из самых распространенных и популярных языков программирования. Первая версия языка появилась еще в 1996 году в недрах компании Sun Microsystems, впоследствии поглощенной компанией Oracle. Java задумывался как универсальный язык программирования, который можно применять для различного рода задач. И к настоящему времени язык Java проделал большой путь, было издано множество различных версий. Текущей версией является Java 11, которая вышла в сентябре 2018 года. А Java превратилась из просто универсального языка в целую платформу и экосистему, которая объединяет различные технологии, используемые в целого ряда задач: от создания десктопных приложений до написания крупных веб-порталов и сервисов. Кроме того, язык Java активно применяется для создания программного обеспечения для целого ряда устройств: обычных ПК, планшетов, смартфонов и мобильных телефонов и даже бытовой техники. Достаточно вспомнить популярность мобильной ОС Android, большинство программ для которой пишутся именно на Java.

Особенности Java

Ключевой особенностью языка Java является то, что его код сначала транслируется в специальный байт-код, независимый от платформы. А затем этот байт-код выполняется виртуальной машиной JVM (Java Virtual Machine). В этом плане Java отличается от стандартных интерпретируемых языков как PHP или Perl, код которых сразу же выполняется интерпретатором. В то же время Java не является и чисто компилируемым языком, как С или С++.

Подобная архитектура обеспечивает кроссплатформенность и аппаратную переносимость программ на Java, благодаря чему подобные программы без перекомпиляции могут выполняться на различных платформах - Windows, Linux, Mac OS и т.д. Для каждой из платформ может быть своя реализация виртуальной машины JVM, но каждая из них может выполнять один и тот же код.

Java является языком с Си-подобным синтаксисом и близок в этом отношении к C/C++ и C#. Поэтому, если вы знакомы с одним из этих языков, то овладеть Java будет легче.

Еще одной ключевой особенностью Java является то, что она поддерживает автоматическую сборку мусора. А это значит, что вам не надо освобождать вручную память от ранее использовавшихся объектов, как в С++, так как сборщик мусора это сделает автоматически за вас.

Java является объектно-ориентированным языком. Он поддерживает полиморфизм, наследование, статическую типизацию. Объектно-ориентированный подход позволяет решить задачи по построению крупных, но в тоже время гибких, масштабируемых и расширяемых приложений.

Установка Java

Для работы программ на языке Java на целевой машине должна быть установлена JRE (Java Runtime Environment). JRE представляет минимальную реализацию виртуальной машины, а также библиотеку классов. Поэтому, если мы хотим запускать программы, то нам надо установить JRE. Для каждой конкретной платформы имеется своя версия JRE.

Однако, так как мы собираемся не только запускать программы, но и разрабатывать их, нам потребуется специальный комплект для разработки JDK (Java Development Kit). JDK уже содержит JRE, а также включает ряд дополнительных программ и утилит, в частности компилятор Java.

Загрузить и установить соответствующую версию JDK можно с с официального сайта Oracle: http://www.oracle.com/technetwork/java/javase/downloads/index.html

Итак, с выше упомянутого адреса загрузим программу установки JDK для последней версии Java.

Затем нас перебросит на страницу, где надо выбрать версию для целевой ОС - Windows, MacOS или Linux:

Для каждой ОС есть два варианта загрузки: в виде установщика, либо в виде архива, который не надо устанавливать. Например, моя ОС - Windows, поэтому я загружаю файл jdk_11_windows-x64_bin.exe, который представляет программу установки.

После загрузки запустим программу установки:

Оставим все опции по умолчанию и нажмем на Next для выполнения установки.

После завершения установки JDK мы увидим вот такое окно:

Итак, после установки JDK создадим первую программу на Java.

Язык программирования Java. Как научиться программировать на Java — полное руководство