Introdução a Java. LPGII - Java. Introdução a Java. Características de Java. Características de Java

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1 Introdução a Java LPGII - Java Introdução a Java Roberto Vedoato Características de Java Histórico e Plataformas de desenvolvimento Processo de Execução Tipos de programas Java x JavaScript Ambiente de Desenvolvimento Estrutura de Aplicações Console Fundamentos Básicos da Linguagem Java Introdução a Java 2 Características de Java Características de Java Java é tanto uma linguagem de programação de alto nível quanto uma plataforma. Java como linguagem de programação Desenvolvimento de aplicações locais, centralizadas e distribuídas Desenvolvimento de aplicações cliente/servidor Java como plataforma Java Virtual Machine (JVM), máquina virtual que é uma arquitetura abstrata de um computador Ambiente de execução neutro para diferentes plataformas, tendo como objetivo a portabilidade Sintaxe simplificada baseada em C++ Independente de máquina Java é executado por máquina virtual Java Virtual Machine (JVM) Existem JVMs para diversos tipos de máquinas com diferentes SOs (Windows 95, NT, Solaris, MacOs) Compilador gera bytecodes que são interpretados na máquina do usuário Portável Bytecodes é o mesmo para todas JVMs, não necessita recompilação Interpretador Java escrito em ANSI C Introdução a Java 3 Introdução a Java 4

2 Características de Java Características de Java Robusta Verificação estática de tipos, em tempo de compilação Conversão explícita de tipos Não há manipulação explícita de ponteiros Possibilita o tratamento adequada de exceções: trycath-finally Segura Programa não acessa além do permitido pelo cliente Presença de vírus é testada nos bytecodes Possui coleta automática de lixo (garbage collector) embutida objetos inacessíveis são destruídos automaticamente Permite paralelismo (multithreading) oferece recursos para o desenvolvimento de aplicações capazes de executar múltiplas rotinas concorrentemente Java é distribuída acesso a objetos distribuídos na rede através de URLs programação cliente-servidor através de sockets Remote Method Invocation (RMI) Introdução a Java 5 Introdução a Java 6 Características de Java Características de Java Java é uma linguagem puramente orientada à objetos pois, com exceção de seus tipos primitivos de dados, tudo em Java é objeto Oferece encapsulamento (class), herança simples (extends), polimorfismo, ligação dinâmica Simula herança múltipla através de interface Possui classes denominadas wrappers que encapsulam os tipos primitivos como objetos da linguagem Classes relacionadas são agrupadas em pacotes (packages) Provê extensa biblioteca de Packages java.lang classes básicas: Object, String, Number java.util classes utilitárias: Vector, HashTable java.io acesso ao sistema de arquivos java.net suporte à rede java.awt componentes de interface gráfica java.applet construção de applets java.rmi suporte a objetos distribuídos java.sql interface com banco de dados Introdução a Java 7 Introdução a Java 8

3 Histórico Java Originalmente desenvolvida para programação de dispositivos (1991) Posteriormente usada para programação da Internet (1994) Navegador HotJava podia fazer download e executar programas (1994) Netscape e IExplorer fazem versões para executar Java (1995) Lançamento oficial do JDK 1.02 (1996) Outros navegadores incorporam Java (1997) Linguagem em plena evolução J2SE : Java2 Standard Edition Desenvolvido e distribuído livremente pela Sun MicroSystems contendo ferramentas para desenvolver e testar programas: compilador e depurador ambiente de execução de programas: máquina virtual, bibliotecas de classes e outros arquivos classes de demonstração, arquivos utilitários, plug-in para browsers documentação de classes códigos fonte de classes Introdução a Java 9 Introdução a Java 10 Versão Atual: J2SE 5.0 Lançamento: 30 de setembro de 2004 Codinome: Tiger Algumas novidades programação genérica enumerações novas formas de conversão entre tipos primitivos e objetos melhoria de desempenho da máquina virtual Java2 SDK () Divisão da plataforma da plataforma de desenvolvimento básico JDK (Java Development Kit) em 3 plataformas básicas, de forma a permitir a inclusão de tecnologias pertinentes. J2ME- Micro Edition Software Development Kit v1.2 J2EE - Enterprise Edition Software Development Kit v1.2 J2SE - Standard Edition Software Development Kit v1.2 Introdução a Java 11 Introdução a Java 12

4 Plataformas Java2 Plataformas Java 2 Micro Edition (J2ME) - a plataforma Java voltada para pequenos dispositivos (telefones celulares, agendas eletrônicas, televisores, aparelhos eletrônicos em geral) Java 2 Standard Edition (J2SE) - a plataforma voltada para aplicações cliente (equivalente ao antigo JDK). Usada nos browsers web e instalada nos sistemas operacionais que já incluem a plataforma Java Java 2 Enterprise Edition (J2EE) - essa é a plataforma Java para desenvolvimento e execução de aplicações servidoras. Possui todo o suporte para desenvolver aplicações robustas e escaláveis, para suportar grandes números de usuários. Os servidores de aplicação implementam essa plataforma. Ambientes Integrados de Desenvolvimento Existem diversos IDEs construídos a partir das ferramentas básicas de desenvolvimento ambientes baseados em janelas editores, visualizadores de classes, prototipação,... Exemplos: NetBeans, JCreator, Eclipse, Gel Introdução a Java 13 Introdução a Java 14 Linguagens de Programação Compiladas geração de código executável depende da plataforma de execução tradução lenta X execução rápida Interpretadas sem geração de código independente de plataforma execução lenta Híbridas geração de código intermediário independente de plataforma de execução tradução rápida X execução não tão rápida Compilação x Interpretação Problema: Flexibilidade e segurança em detrimento do tempo de execução Um programa Java típico é 10 vezes mais lento que um programa equivalente em linguagem nativa Solução: JIT (Just-in-time Compilation) Compiladores JIT convertem programas Java para linguagem de máquina nativa assim que os mesmos são lidos pelo interpretador. Aumenta a velocidade de execução, porém a leitura dos programas se torna mais lenta Não produzem programas tão rápidos quanto compilação pura Introdução a Java 15 Introdução a Java 16

5 Arquivos, Pacotes e Classes Programa Java: Classe Arquivo.java contém uma ou mais definições de classes Classes contém métodos e/ou atributos Uma classe pode conter apenas dados Uma classe pode conter apenas métodos Cada classe compilada é armazenada em um arquivo.class diferente Pacotes contém classes relacionadas semanticamente primeira linha de um arquivo.java Uma classe é um arquivo fonte (texto) class Nome Nome.java mesmo Nome public class Nome1 class Nome2 Nome1.java Introdução a Java 17 Um arquivo pode conter várias classes Introdução a Java 18 Classe: unidade de compilação Processo de Execução Arquivo Fonte (.java) Arquivos Executáveis (.class) Nome1.java public class Nome1 { Nome1.class bytecodes class Nome2 {... Nome2.class bytecodes Aplicações Java normalmente passam por cinco passos para serem executas: editar; compilar; carregar; verificar; e executar Introdução a Java 19 Introdução a Java 20

6 Processo de Execução O compilador javac transforma o arquivo fonte (.java) em bytecodes. Os bytecodes (.class) podem ser executados em qualquer plataforma computacional que possua uma JVM Na execução do programa, tanto pelo interpretador java como pela versão run-time jre, o arquivo.class é primeiramente carregado na memória e depois verificado para garantir os requisitos de segurança do sistema, só então é interpretado. No caso de applets o navegador (browser) faz o download de um arquivo.class interpretando-o ou acionando algum interpretador associado (plug-in). Em ambientes onde existam compiladores JIT (just in time) os bytecodes já verificados são convertidos em instruções nativas do ambiente durante a execução, aumentando a performance das aplicações ou applets Java. Tipos de Programas em Java Applications programas similares a aplicações de outras linguagens carregados e executados diretamente pelo interpretador Java possuem acesso a todos os recursos do ambiente local: diretórios, arquivos podem fazer chamadas a programas em código nativo Applets (cliente) programas embutidos em páginas HTML executados pelo browser (interpretador Java) programas (classes) podem ser carregados remotamente restrições de segurança: não podem acessar recursos locais Servlets (servidor) executados sob o controle do servidor classe carregada dinamicamente por requisição de um cliente Introdução a Java 21 Introdução a Java 22 Applications Applets Especificadas como classes principais Deve conter um método main público e estático com a assinatura padrão class HelloWorld { public static void main (String[] args) { System.out.println( Olá Mundo! ); Método main aceita argumentos para execução: String[] args Introdução a Java 23 Especificadas como subclasses de Applet class HelloWorld extends Applet { public void paint(graphics g) { g.drawstring( Olá Mundo!,20,30); Embutidas em páginas HTML, sua execução inicia na carga da página web <HTML> <TITLE> Tela Olá Mundo </TITLE> <BODY> <APPLET CODE = HelloWorld.class WIDTH = 200 HEIGHT = 100 > </APPLET> </BODY> </HTML> Introdução a Java 24

7 Applets - Processo de Execução Applets X Servlets Possuem um modo particular de funcionamento: instanciação (create), preparação (init), início (start), execução e renderização (paint e outros métodos), parada (stop), finalização ou destruição (destroy) Introdução a Java 25 Applets (Cliente) MVJ usuário Web + browser Servlets (Servidor) MVJ usuário Web + browser requisição de página página + bytecodes requisição de página página + resposta host de páginas www host de páginas www Introdução a Java 26 Java Applets x JavaScript Java: linguagem fortemente tipada, orientada a objetos, com classes, objetos, herança e polimorfismo JavaScript: linguagem script, fracamente tipada, sem classes, herança e polimorfismo Códigos executáveis em páginas HTML (páginas dinâmicas) Java: classes compiladas e carregadas remotamente JavaScript: instruções dispersas ao longo da página HTML Ambiente de Desenvolvimento SDK (Software Development Kit) composto por: Um compilador (javac) Uma máquina virtual Java (java) Um visualizador de applets (appletviewer) Bibliotecas de desenvolvimento (packages java) Um programa para composição de documentação (javadoc) Um depurador básico de programas (jdb) Versão run-time do ambiente de execução (jre) JDK não é um ambiente visual de desenvolvimento, esses são fornecidos por terceiros (JBuilder, Eclipse, NetBeans,...) API Documentation - documentação completa do SDK e de todas as APIs básicas do Java Introdução a Java 27 Introdução a Java 28

8 Exemplo 1 Olá Mundo Estrutura de Aplicações Console class OlaMundo { public static void main (String args[]) { System.out.println( Olá Mundo! ); Editar: edite em um simples editor (notepad), o código acima e salve como OlaMundo.java Compilar: javac OlaMundo.java Interpretar com JVM: java OlaMundo.class Introdução a Java 29 Aplicações que utilizam os consoles de operação dos sistemas operacionais para a interação com o usuário Classe onde seja definido o método estático main. Não retornando valores e recebendo como argumento um vetor de java.lang.string Main é o primeiro método a ser executado numa aplicação, por isso é estático, isto é, existe por completo dentro da classe, como uma espécie de objeto permanente, não depende de ninguém mais para ser instanciado // Classe Pública contendo método main public class Aplicacao { // declaração do método main public static void main (String args[]) { // código correspondente ao main // Outras classes no mesmo arquivo Introdução a Java 30 Fundamentos Básicos da Linguagem Java Características Sintáticas de Java Sintaxe Elementos Básicos da Linguagem Variáveis Literais Tipos de dados primitivos Operadores Comandos Comentários Wrappers, Strings e Arrays Sintaxe simplificada baseada em C++ Distingue entre letras maiúsculas e minúsculas ( casesensitive ) Exemplo: circulo difere de Circulo Representação: Unicode (16 bits caracteres) Verificação estática de tipos, em tempo de compilação Conversão explícita de tipos Não há sobrecarga de operadores Não há manipulação explícita de ponteiros Possibilita o tratamento adequada de exceções: trycath-finally Introdução a Java 31 Introdução a Java 32

9 Convenções para Nomes Declaração de Variáveis Nomes de classes iniciam com letra maiúscula Exemplo: class Circulo Nomes de atributos iniciam com letras minúsculas Exemplo: float raio Nomes de métodos são verbos iniciando com minúscula Exemplo: void send métodos de atribuição/recuperação: setstatus, getvalue métodos de conversão: tostring, tocelsius métodos p/teste lógico: isactive, isempty Nomes de constantes escritos com letras maiúsculas exemplos: MIN, MAX, PI Variáveis devem ser declaradas Escopo limitado ao bloco onde declarada e internos Bloco = grupo de comandos delimitados por chaves { Variáveis podem ser iniciadas na declaração caso não sejam, são iniciadas por default (tipos primitivos, arrays e static) Exemplo int i, j, k ; // declara variável int n = 10; // declara e atribui valor double d1, d2 = 0.5, d3; Identificadores iniciam por letra, _ ou $ caracteres subsequentes podem ser letras, números, _ e $ Introdução a Java 33 Introdução a Java 34 Literais Caracteres Especiais Inteiros decimais, octais (iniciam por 0) e hexa (iniciam por 0x) Ponto flutuante (padrão double) incluem ponto decimal e/ou expoente exemplos: , 23.4e+2 Booleanos e Caracteres: representação Unicode (16 bits) entre apóstrofes: a 3 Sequências escape: \r \b \f \t \n Strings entre aspas: Java Representação Significado \n Pula linha (newline ou linefeed) \r Retorno de carro (carriage return) \b Retrocesso (backspace) \t Tabulação (horizontal tabulation) \f Nova página (formfeed) \ Apóstrofe \ Aspas \\ Barra invertida \u223d Caractere UNICODE 233d \g37 Octal \fca Hexadecimal Introdução a Java 35 Introdução a Java 36

10 Tipos de Dados Primitivos Tipo Default Tamanho boolean 8 bits byte 0 8 char 0 16 (inteiro, Unicode) short 0 16 int 0 32 long 0 64 float 0.0F 32 double 0.0D 64 Conversão de Tipos (cast) Conversão explícita de valor de um tipo para outro tipo Formato: ( <tipo> ) <expr> Casting de tipo maior para menor pode resultar em perda de informação: long para int Java suporta casting implícito de tipos pequenos para grandes ( promoting ) Exemplos int i; long l ; l = (long) i ; l = i ; i = l ; i = (int) l; // preferível // permitido // erro de compilação // correto Introdução a Java 37 Introdução a Java 38 Operadores Operadores Aritméticos Aritméticos: + - / * Lógicos: && ^! Operadores de atribuição: = += *= /= Operadores de comparação: < > <= >= ==!= Operador condicional:? Introdução a Java 39 Operador Definição Precedência ++/-- Auto-incremento/decremento 2 * Multiplicação 3 / Divisão 3 % Módulo 3 +/- Adição/subtração 4 Exemplos: 9 % 4 // resto da divisão * 5 // resulta 23 cont = 20 // atribui valor 20 a cont total = cont++ // atribui 20 a total e 21 a cont cont = 20 // atribui valor 20 a cont total = ++cont // atribui 21 a ambos Introdução a Java 40

11 Operadores Lógicos Operadores de Atribuição Operador Definição Precedência! Não (NOT) 2 ^ Ou Exclusivo (XOR) 10 && Curto-circuito E (AND) 12 Curto-circuito Ou (OR) 13 Exemplo: a b a && b a b a ^ b Operador Definição Precedência = Atribuição 15 += Soma e atribuição 15 -= Subtração e atribuição 15 *= Multiplicação e atribuição 15 /= Divisão e atribuição 15 &= AND e atribuição 15 Exemplos: x += 23 // equivale a x = x +23 x *= 2 // equivale a x = x * 2 Introdução a Java 41 Introdução a Java 42 Operadores de Comparação Operador Condicional (?) Operador Definição Precedência < Menor 7 > Maior 7 <= Menor ou igual 7 >= Maior ou igual 7 == Igual 8!= Não igual 8 Obs. O operador == compara conteúdo para tipos primitivos e referência para objetos Objetos podem ser iguais porém não idênticos Para comparar objetos utilizamos o método equals if (obj1.equals(obj2))... // retorna ou Introdução a Java 43 Formato <expr bool>? <expr 1> : <expr 2> ; Semântica se <expr bool> resulta, então avalia <expr 1>, senão <expr 2> é avaliada Exemplo: int x, y, max; max = ( x > y )? x : y ; Introdução a Java 44

12 Comandos Atribuição <var> = <expr> ; Bloco { <comandos> Condicionais if-else, switch Iterativos while, do, for Controle de loop break, continue Condicional - if e if-else Formato if ( <condition> ) <comando> ; if ( <condition> ) <comando> else < comando> ; Exemplo: String s = new String( ); if (x % 2 == 0) s = x é par ; else s = x é impar ; Introdução a Java 45 Introdução a Java 46 Condicional - switch Formato switch ( expr ) { case valor1: comando; break; case valor2: comando; break; default: comando; semântica: expr - deve resultar em tipo int, char valorn - deve ser constante do mesmo tipo da expr break - opcional, necessário para cair fora das opções Condicional - switch Exemplo String s = new String ( ); char c;... switch ( c ) { case 1 : case 3 : case 5 : s = impar ; break; case 2 : case 4 : case 6 : s = par ; break; default: s = nao é digito ; ; Introdução a Java 47 Introdução a Java 48

13 Iterativos while e do-while Iterativos - for loop while: Executa o bloco enquanto exprlogica for Formato while ( exprlogica ) { comandos ; Exemplo: int i = 0; int soma = 0; int[] v = new int [10]; while ( i < 10 ) { v [i] = i; soma += v [i] ; do while: executa o bloco enquanto exprlogic for Formato do { comandos while ( exprlogica ) ; Formato for ( exprinicial ; exprlogica ; operação ) <comando> Exemplo: int z = 0; for ( int x=1; x < 10; x++) { z += x ; Introdução a Java 49 Introdução a Java 50 Controle de loop break e continue Comentários break - força saída do loop Java oferece três tipos de comentários while ( i < 10 ) { i = i + j; if (i = = 5) break; continue - força saltar para a próxima iteração for ( int x=0; x < 10; x++) { if (x = = 5) continue;... // termina na mesma linha /* termina com */ /** pode ser extraído por geradores de autodocumentação termina com */ Introdução a Java 51 Introdução a Java 52

14 Exercício 1 Exercício 1 - Resolução Escreva uma aplicação, OperAritmeticos, para testar todos os operadores aritméticos Introdução a Java 53 public class OperAritmeticos { static public void main (String args[]) { // Declaracao das variaveis int a = 3; int b = 5; // Exemplos de operacoes sobre variaveis System.out.println("a = " + a); System.out.println("b = " + b); System.out.println("-b = " + (-b)); System.out.println("a + b = " + (a + b)); System.out.println("a - b = " + (a - b)); System.out.println("a * b = " + (a * b)); System.out.println("a / b = " + (a / b)); System.out.println("(float) a / b = " + ((float)a / b)); System.out.println("a % b = " + (a % b)); System.out.println("a++ = " + (a++)); System.out.println("--b = " + (--b)); System.out.println("a = " + a); System.out.println("b = " + b); Introdução a Java 54 Empacotadores (wrappers) Java possui empacotadores (wrappers) para os tipos básicos de modo a implementá-los como classes Essas classes provêm métodos de conversão constantes para os valores máximos e mínimos Tipo Classe int Integer long Long float Float double Double char Char boolean Boolean Exemplo de wrapper - Classe Double Constante MAX_VALUE = 1.79e+308 métodos doublevalue() - converte objeto Double em var double intvalue() - converte objeto Double em var integer exemplo Double dc; double d; int i; d = dc.doublevalue(); i = dc.intvalue(); Introdução a Java 55 Introdução a Java 56

15 Strings Strings São objetos da classe String, pacote java.lang Literais String são indicadas entre aspas exemplo: Hello Podem conter sequencias escape (precedidas por \) exemplo: \ ola mundo \ Concatenação de strings exemplo: 4 é Declaração e iniciação String s = new String ( Alo! ); s = Alo ; Conversão explítica, tostring(); Strings são usados: em programas parametrizados public static void main(string args[]){.. args[0]... em comandos de impressão System.out.println( soma = + (a+b)); em entrada de dados String valor= JOptionPane.showInputDialog("Digite um número: "); String é imutável StringBuffer é mutável StringBuffer sb = new StringBuffer ( Oi! ); sb.setcharat (0, E ) ; // sb passa a ser Ei! ; Introdução a Java 57 Introdução a Java 58 Strings Convertendo Tipos Primitivos para Strings Principais métodos charat() - retorna uma subcadeia equals() - verifica a igualdade compareto() - compara duas Strings ou uma String e um outro objeto, retornando a posição que indica a diferença indexof(), lastindexof() - retorna as posições dos caracteres pesquisados int String double String float String boolean String char String String.valueOf(tipo_primitivo) Introdução a Java 59 Introdução a Java 60

16 Convertendo Strings para Tipos Primitivos Vetores String int String float String double String boolean String char Integer.parseInt(str) Float.parseFloat(str) Double.parseDouble(str) Boolean.getBoolean(str) str.tochararray() Declaração: indicados por colchetes int[] a, b; int c[], d; // a e b são arrays de inteiros // apenas c é array Declaração não aloca memória, gera ponteiro null Geração com new a = new int [8] ; // a é criado com 8 elementos int arr[] = new int [30]; Geração com atribuição a = { 2, 3, 4, 6, 8 ; char[] arrchar = { a, x, e ; Introdução a Java 61 Introdução a Java 62 Vetores Multidimensionais Vetores Acesso aos Elementos Declaração int aa[][]; float[][] bb, ccc[]; // aa tem duas dimensões // bb tem duas dimensões e ccc três Por índice, iniciando em zero int[ ] ar = new int[2]; ar[0] = 1; ar[1] = 2; Geração com new a23 = new int[2][3]; Geração com inicialização a23 = {{ 2, 3, 4, {4, 6, 8 ; // a23 criado com 2 linhas e 3 colunas Um índice para cada dimensão int[ ][ ] arr = new int[2] [3]; arr[0] [0] = 1; // 1ª linha, 1ª coluna arr[1] [2] = 2; // segunda linha, terceira coluna Introdução a Java 63 Introdução a Java 64

17 Exemplo 2 Aplicação com parâmetros Exercícios 2 e 3 import java.io.*; public class Eco { public static void main(string args[]) { for (int i=0; i < args.length; i++) System.out.print(args[i] + " "); System.out.println(); Testar com: java Eco Testando Escreva uma aplicação, InverteFrase, que receba uma frase como argumento e retorne a frase invertida. Ex: buraco no caminho caminho no buraco Escreva uma classe em sejam fornecidos dois argumentos de entrada (login e senha). Emita as seguintes mensagens de erro: Se apenas o primeiro argumento estiver errado: usuário inexistente Se apenas a senha estiver errada: senha incorreta Se login e senha estiverem errados: acesso não autorizado! Obs.: os valores de login e senha são ALUNO e SENHA, respectivamente Introdução a Java 65 Introdução a Java 66 Entrada e Saída de Dados Stream de entrada in Uma Stream de dados pode ser entendida como um duto capaz de transportar dados de um lugar (um arquivo ou dispositivo) para um outro lugar diferente A stream de dados out é a saída padrão das aplicações console Objeto da classe java.io.printstream A stream de dados in é a entrada padrão das aplicações console, usualmente associada ao teclado do sistema Objeto da classe java.io.inputstream Essas streams de dados são disponíveis estaticamente através da classe java.lang.system e são abertas automaticamente quando uma aplicação é iniciada pela JVM Objeto da classe java.io.inputstream com os métodos available() Quantidade de bytes que podem ser lidos sem bloqueio read() Lê um byte read(byte[]) Preenche o vetor de bytes fornecido. skip(long) Descarta a quantidade de bytes especificada da entrada A entrada de dados pela InputStream é orientada a byte, ou seja, a leitura é por caracteres simples Obter qualquer informação diferente de caracteres exige que os vários caracteres fornecidos pelo usuário sejam concatenados e convertidos para o tipo desejado A classe java.io.bufferedreader permite a leitura de uma linha da entrada através do método readline() Introdução a Java 67 Introdução a Java 68

18 Stream de saída out Objeto da classe java.io.printstream com os métodos print(char) Imprime um caracter print(boolean) Imprime um valor lógico print(int) Imprime um inteiro print(long) Imprime um inteiro longo print(float) Imprime um valor em ponto flutuante simples print(double) Imprime um valor double print(string) Imprime uma string println() Imprime o finalizador de linha println(char) Imprime um caractere e o finalizador de linha println(boolean) Imprime um valor lógico e o finalizador de linha println(int) Imprime um inteiro e o finalizador de linha println(long) Imprime um inteiro longo e o finalizador de linha println(float) Imprime um valor em ponto flutuante e o finalizador de linha println(double) Imprime um valor double e o finalizador de linha println(string) Imprime uma string e o finalizador de linha Pode ser redirecionada para outro dispositivo através do método estático setout da classe java.lang.system Introdução a Java 69

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