Introdução à Linguagem Java

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1 Introdução à Linguagem Java Fernando Silva & Luís Lopes DCC-FCUP Estruturas de Dados

2 A Linguagem Java Desenvolvida pela Sun Microsystems início em 1991 (com o nome de Oak) disponibilizada em 1995 com o nome Java fundamental no desenvolvimento da Web passou para Oracle em 2009 Orientada a objectos (OO) programas são conjuntos de classes objectos são instâncias dinâmicas de classes objectos têm estado e comportamento são criados explicitamente (new) e descartados automaticamente (garbage collection)

3 Vantagens portabilidade compilada para bytecode executado por uma máquina virtual (JVM) basta ter a JVM instalada para executar qualquer programa Java segurança e robustez verificação de tipos estática JVM dinâmica do bytecode antes de executar gestão de memória automática excepções para tratar erros de execução ferramentas de desenvolvimento (JDK) compilador: javac interpretador de bytecode: java ferramentas (jar, javadoc,...) Aplication Programming Interfaces (APIs)

4 Palavras Reservadas abstract default if private this boolean do implements protected throw break double import public throws byte else instanceof return transient case extends int short try catch final interface static void char finally long strictfp volatile class float native super while const for new switch continue goto package synchronized

5 Modelo de Programação programa é composto por um conjunto classes cada classe X deve estar num ficheiro X.java (apenas) uma das classes deve ter o método main() p u b l i c c l a s s HelloWorld { p u b l i c s t a t i c v o i d main ( String args []) { System. out. println (" Hello World!"); para compilar e executar este programa na linha de comando: $ javac HelloWorld. java $ java HelloWorld

6 Classes uma classe inclui: atributos - variáveis globais dentro da classe, mantêm o estado dos objectos; construtores - permitem criar e inicializar os objectos (são os métodos executados quando fazemos new); métodos - manipulam o estado do objecto, i.e., os atributos; alguns métodos podem ser auxiliares. p u b l i c c l a s s Counter { p r i v a t e i n t value ; p u b l i c Counter () { value = 0; p u b l i c i n t getvalue () { r e t u r n value ; p u b l i c v o i d increment () { value ++; p u b l i c v o i d decrement () { value - -;

7 Objectos em Java em Java manipulamos objectos, instâncias de classes usamos referências para objectos, semelhantes a apontadores no C mas que não podem ser alteradas através destas referência acedemos aos atributos ou invocamos métodos nos objectos p u b l i c c l a s s CounterTest { p u b l i c s t a t i c v o i d main ( String args []) { Counter c1, c2; c1 = new Counter (); c1. increment (); c2 = c1; c2. decrement (); System. out. println ("c1= " + c1. getvalue ()); System. out. println ("c2= " + c2. getvalue ()); que valor tem os contadores c1 e c2?

8 O Exemplo em Câmara Lenta criação de uma referência: Counter c1; c1 é uma referência para um objecto da classe Counter contudo c1 ainda está associada a um objecto o objecto é criado invocando um método construtor da classe correspondente precedido de new. Counter c1 = new Counter(); c1 representa agora um novo objecto do tipo Counter inicializado pelo método construtor desta classe ao fazermos c2 = c1 estamos a fazer com que c2 referencie o mesmo objecto que c1 e não uma cópia!

9 Métodos conceptualmente análogos a funções em outras linguagens mas apenas podem existir dentro de classes p u b l i c c l a s s Counter {... p u b l i c i n t getvalue () { r e t u r n value ; p u b l i c v o i d increment () { value ++; p u b l i c v o i d decrement () { value - -; só podem ser invocados através da referência para um objecto Counter c = new Counter (); i n t v = c. getvalue (); invocamos o método getvalue() no objecto referenciado por c

10 Qualificadores qualificadores que definem a visibilidade dos atributos ou métodos no programa public - em todo o programa private - apenas na mesma classe protected - apenas em classes na mesma package ou sub-classe noutra package por defeito (sem qualificador) o método pode ser invocado em classes da mesma package outros qualificadores abstract - método define apenas interface, sem código final - método que não pode ser reescrito pela subclasse static - método pode ser invocado directamente na classe

11 Tipos de Dados tipos básicos, manipulados directamente na máquina virtual inteiros (int, long) vírgula-flutuante (float, double) caracteres (char) bytes (byte) i n t i = 2; f l o a t x = 3.192; boolean b = t r u e ; os restantes são objectos têm de ser alocados na memória e inicializados (new) a libertação é automática (garbage collection) Counter c1 = new Counter ();

12 Tipos de dados básicos Inteiros short 16 bits [ 2 15 : ] int 32 bits [ 2 31 : ] long 64 bits [ 2 63 : ] Vírgula flutuante (IEEE 754) float 32 bits [ E + 38 : E + 38] double 64 bits [ E : E + 308] Outros boolean 8 bits valor booleano (true ou false) char 16 bits ISO Unicode char set byte 8 bits sequência de bits

13 Exemplo p u b l i c c l a s s BasicTypes { p u b l i c s t a t i c v o i d main ( String args []) { boolean flag = t r u e ; char ch = A ; byte b = 12; s h o r t s = 24; i n t i = 257; l o n g l = 890 L; f l o a t f = f; double d = d; System. out. println (" flag = " + flag ); System. out. println ("ch = " + ch ); System. out. println ("b = " + b); System. out. println ("s = " + s); System. out. println ("i = " + i); System. out. println ("l = " + l); System. out. println ("f = " + f); System. out. println ("d = " + d);

14 Operadores Aritméticos: + adição - subtracção * multiplicação / divisão % módulo ++ incremento -- decremento Lógicos:! NOT lógico && AND lógico OR lógico Bits: ~ NOT binário & AND binário OR binário ^ XOR binário << shift binário esquerda >> shift binário direita Relacionais ou de comparação: == igualdade!= diferente < menor que <= menor ou igual que > maior que >= maior ou igual que

15 Divisão-inteira e Resto-da-divisão Quando dividimos inteiros, o quociente é inteiro. 18/4 dá 4 e não 4.5 y = x/2; a divisão será inteira se x for um int. se x for float e y for int, a divisão será em virgula flutuante, mas depois o resultado é truncado para inteiro. dividir por 0 provoca um erro durante a execução O operador % calcula o resto da divisão inteira. 18 % 4 dá 2 59 % 5 dá 4 Aplicações do operador %: obter o último dígito de um número: % 10 é 5 obter os últimos três dígitos: % 1000 é 528 verificar se um número é par: 9 % 2 é 1 e 16 % 2 é 0

16 Regras de precedência entre operadores Precedência: ordem de avaliação dos operadores. a regra geral é avaliação da esquerda para a direita é igual a (5-2)-7 que é -4 mas os operadores * / % têm maior precedência que *3 é /2*3 é 5+5*3 que dá 20 os parentesis forçam a ordem de avaliação

17 Operadores de incremento/decremento operadores incremento/decremento: variavel++; variavel = variavel + 1; variavel--; variavel = variavel - 1; ++variavel; variavel = variavel + 1; --variavel; variavel = variavel - 1; Cuidado com o uso destes operadores sobre variáveis no meio de expressões. Consideremos o seguinte: int x= 5, y= 3, z; x++; // incrementa x, i.e. x= x+1 --y; // decrementa y, i.e. y= y-1 z= x-- * ++y; // com que valores ficam x, y e z? x-- diz-nos para usar primeiro o valor de x e depois decrementar em uma unidade; ++y diz-nos para primeiro incrementar y uma unidade e depois usar o seu valor.

18 Operadores de imodificação-e-atribuição operadores modifica-e-atribui: Exemplos: variavel += valor; variavel= variavel + valor; variavel -= valor; variavel= variavel - valor; variavel *= valor; variavel= variavel * valor; variavel /= valor; variavel= variavel / valor; x -= 1; x--; x= x-1; y /= 2; y = y/2; x *= y+2; x= x*(y+2);

19 if-else c l a s s IfElseTest { p u b l i c s t a t i c v o i d main ( String [] args ) { i n t testscore = 76; char grade ; i f ( testscore >= 90) { grade = A ; e l s e i f ( testscore >= 80) { grade = B ; e l s e i f ( testscore >= 70) { grade = C ; e l s e i f ( testscore >= 60) { grade = D ; e l s e { grade = F ; System. out. println (" Grade = " + grade );

20 switch-case p u b l i c c l a s s SwitchTest { p u b l i c s t a t i c v o i d main ( String [] args ) { i n t month = 2; String monthstring ; s w i t c h ( month ) { case 1: monthstring = " January "; break ; case 2: monthstring = " February "; break ; case 3: monthstring = " March "; break ;... case 12: monthstring = " December "; break ; d e f a u l t : monthstring = " Invalid month "; break ; System. out. println ( monthstring );

21 while c l a s s WhileTest { p u b l i c s t a t i c v o i d main ( String [] args ) { String what = new String ( isprime (19)? " " : " not "); System. out. println ("19 is" + what + " prime "); p u b l i c s t a t i c boolean isprime ( i n t n) { i n t divisor = 2; w h i l e ( divisor < n /2) { i f ( (n % divisor ) == 0 ) r e t u r n f a l s e ; divisor ++; r e t u r n t r u e ;

22 for c l a s s ForTest { p u b l i c s t a t i c v o i d main ( String [] args ) { String what = new String ( isprime (19)? " " : " not "); System. out. println ("19 is" + what + " prime "); p u b l i c s t a t i c boolean isprime ( i n t n) { f o r ( i n t divisor = 2; divisor < n /2; divisor ++) i f ( (n % divisor ) == 0 ) r e t u r n f a l s e ; r e t u r n t r u e ;

23 do-while c l a s s ForTest { p u b l i c s t a t i c v o i d main ( String [] args ) { String what = new String ( isprime (19)? " " : " not "); System. out. println ("19 is" + what + " prime "); p u b l i c s t a t i c boolean isprime ( i n t n) { i n t divisor = 2; do { i f ( (n % divisor ) == 0 ) r e t u r n f a l s e ; divisor ++; w h i l e ( divisor < n /2); r e t u r n t r u e ;

24 Strings são instâncias da classe String e não tipos básicos uma string é uma sequência de caracteres criação de strings: String cor1 = "vermelho"; criação/inicialização invocando métodos construtores: String cor2 = new String("verde"); o operador + funciona como concatenador de strings String cor3 = "azul"+ cor2 + cor1;

25 Strings c l a s s UseStrings { p u b l i c s t a t i c v o i d main ( String args []) { char carray [] = { a, e, i, o, u ; String s0, s1, s2, s3, s4, s5; s0 = new String (" Ola "); s1 = new String (); s2 = new String ( s0 ); s3 = new String ( carray ); s4 = new String ( carray,2,2); // "io" s5 = " s1 = " + s1 + "\ ns2 = " + s2 + "\ ns3 = " + s3 + "\ ns4 = " + s4; System. out. println (s5 );

26 Strings strings não são arrays do Java, mas podemos aceder a caracteres individuais e converter strings em arrays de caracteres e.g., String nome = "L. Lopes"; índice caracter L. L o p e s cada caracter é um char, mas como aceder a cada um dos caracteres? String nome = " L. Lopes "; System. out. println ( nome. charat (5)); // p f o r ( i n t c =0; c < nome. length (); c ++) System. out. print ( nome. charat (c )); String nome = " L. Lopes "; char array [] = nome. tochararray (); String string = Arrays. tostring ( array );

27 Strings comparação de duas strings usar o método equals() e não o habitual operador ==. dadas duas strings s1 e s2 s1 == s2 apenas compara as referências dos dois objectos s1.equals(s2) compara as strings, caracter a caracter O método int n= s1.compareto(s2) compara as strings s1 e s2 ordem lexicográfica n<0, se s1 precede s2 n==0, se forem iguais n>0, se s1 vem a seguir a s2

28 Comparação de Strings Exemplos: String s1= " Hello "; String s2= " Hello "; String s3= "Good - bye "; String s4= " HELLO "; s1. equals (s2) // true s1. equals (s3) // false s1. equals (s4) // false s1. equalsignorecase ( s4) // true Experimentar num programa: System.out.print(s1 + "equals "+ s2 + "-->"+ s1.equals(s2)); (true) e System.out.print(s1 + "=="+ s2 + "-->"+ (s1 == s2)); (false)

29 Input/Output em Java As classes mais importantes que lidam com I/O no Java estão definidas nas packages java.io e java.lang A leitura e escrita faz-se através de canais (streams) que podem representar um qualquer periférico físico. A classe System, definida em java.lang, inclui muitas definições de sistema, nomeadamente 3 canais: in, out, e err. InputStream System.in objecto que representa o standard input stream (por defeito o teclado); PrintStream System.out objecto que representa o standard output stream (por defeito a consola); PrintStream System.err objecto que representa o standard error stream (consola).

30 A classe Scanner Simplifica muito o processamento do input vindo de: um canal de leitura (tipo InputStream) Scanner stdin = new Scanner ( System. in ); // teclado uma String String line = new String (" Hello World!");... Scanner strin = new Scanner ( line ); // String ou de um ficheiro File file = new File ( filename ); Scanner filein = new Scanner ( file ); // ficheiro divide input em strings separadas por delimitadores. usedelimiter(expr) permite especificar delimitadores, e.g., scanner.usedelimiter("\r\n")

31 A Classe Scanner Para se poder usar a classe Scanner é necessário declarar no programa: import java.util.scanner; Alguns métodos relevantes desta classe: hasnext() next() hasnextline() nextline() hasnexttype() nexttype() true se e só se existir mais uma palavra no input retorna a próxima palavra (String) do input true se e só se o input tiver mais uma linha de texto retorna a próxima linha de texto do input true se e só se a próxima palavra for do tipo Type onde Type pode ser qualquer tipo básico: int, float,... retorna a próxima palavra convertida para o tipo básico definido por Type.

32 Scanner: leitura a partir de uma String import java. util. Scanner ; c l a s s TestScannerFromString { p u b l i c s t a t i c v o i d main ( String args []) { Scanner strin = new Scanner (" "); strin. usedelimiter (" - "); w h i l e ( strin. hasnextint () ) { i n t n = strin. nextint (); System. out. println (n);

33 Scanner: leitura a partir do teclado import java. util. Scanner ; c l a s s TestScannerFromKeyboard { p u b l i c s t a t i c v o i d main ( String args []) { Scanner stdin = new Scanner ( System. in ); System. out. println (" Number of persons : "); i n t n = stdin. nextint (); String names [] = new String [ n]; i n t ages [] = new i n t [n]; f o r ( i n t i = 0; i < n ; i++ ) { System. out. println (" input name [ space ] age : "); names [i] = stdin. next (); ages [i] = stdin. nextint (); f o r ( i n t i = 0; i < n ; i++ ) System. out. println (" name :"+ names [i]+" age : "+ ages [i ]);

34 Scanner: leitura a partir de um ficheiro import java.io. File ; import java. io. IOException ; import java. util. Scanner ; c l a s s TestScannerFromFile { p u b l i c s t a t i c v o i d main ( String args []) { t r y { File file = new File ("./ example. txt "); Scanner filein = new Scanner ( file ); w h i l e ( filein. hasnextline () ) System. out. println ( filein. nextline ()); catch ( IOException e) { System. out. println (" File not found ");

35 A Classe Formatter A partir da versão 5.0, o Java permite output formatado ao estilo do printf do C. usar a package java.util.formatter e o método format() da classe String: String fmt= String.format( pi = %5.3f%n ); para escrever formatado, usar: double pi= Math.PI; System.out.printf(fmt, pi); ou System.out.printf("pi= %5.3f%n", pi);

36 Formatação de texto usar o método printf() System.out.printf ("string format", parameters) Uma string de formato contém encaixes para inserir os valores dos parâmetros: %d - inteiro base 10 %x - inteiro base hexadecimal %o - inteiro base octal %f - número em vírgula flutuante %s - string %c - caracter o printf() não faz a mudança de linha incluir o caracter %n (newline) na string de formato

37 Formatos especiais (inteiros) %Wd - inteiro com W caracteres de largura, alinhado à direita. %-Wd - inteiro com W caracteres de largura, alinhado à esquerda. l o n g n = ; System. out. printf ("%d%n", n); // > "461012" System. out. printf ("%8d%n", n); // > " " System. out. printf ("%-8d%n", n); // > " " System. out. printf (" %08 d%n", n); // > " "

38 Formatos especiais (floating point) %.Df - n o real, arredondado para D casas decimais. %W.Df - n o real, com W espaços no total para os dígitos, e D casas decimais %-W.Df - o mesmo que o anterior mas com os dígitos alinhados à esquerda exemplo: double pi = Math. PI; System. out. printf ("%f%n", pi ); // > " " System. out. printf (" %.3 f%n", pi ); // > "3.142" System. out. printf (" %10.3 f%n", pi ); // > " 3.142" System. out. printf (" % f%n", pi ); // > "3.142 "

39 Arrays em Java Os arrays são objectos que agrupam sob um mesmo nome um conjunto de variáveis numeradas de um mesmo tipo (primitivo ou objecto). As variáveis de um array são sempre indexadas a partir do zero. criar uma referência x para um "array de inteiros ; int[] x; ou int x[]; o operador new cria o array com a capacidade indicada x = new int[10]; o array é um objecto acessível pela referência x. x[0]= 23 x[1]= 15 x[2]= 25...

40 Arrays em Java Ao trabalharmos com arrays é necessário ter atenção a possíveis excepções que sejam geradas e indiciadoras de situações de erro, e.g: NullPointerException tentar usar o array sem o criar ArrayIndexOutOfBounds aceder ao array fora dos limites i n t v []; v [0] = 2; // NullPointerException v = new i n t [4]; v [0] = 2; v [4] = 5; // ArrayIndexOutOfBoundsException No Java, o tamanho de um array é dado pelo atributo length, e.g. v.length dá a capacidade do array Como re-dimensionar um array? Apenas por cópia: int u[]= Arrays.copyOf(v, 2*v.length);

41 Arrays em Java Podemos escrever os elementos de um array com apenas um print? i n t primes [] = {2,3,5,7,11,13; System. out. println ( primes ); System. out. println ( Arrays. tostring ( primes )); output [ I@fee4 [2,3,5,7,11,13] É possível comparar arrays com apenas uma instrução de comparação (==)? Não! é necessário fazer um ciclo a comparar os elementos, ou usar o método Arrays.equals() i n t a[] = {1,2,3,4,5; i n t b[] = {1,2,3,4,5; i f ( Arrays. equals (a,b) ) System. out. println (" same contents ");

42 Exemplos do uso de arrays // somar os elementos de "a" i n t sum ( i n t [] a) { i n t total = 0; f o r ( i n t i = 0 ; i < a. length ; i++ ) total += a[ i]; r e t u r n total ; // contar numero de ocorrências de "b" em "a" i n t occurrences ( i n t [] a, i n t b) { i n t counter = 0; f o r ( i n t item : a) i f ( item == b) counter ++; r e t u r n counter ;

43 Arrays em Java clonar um array, i.e., criar uma cópia de um array i n t [] x = {23,15,25,18,12; // does not copy array, just reference i n t [] x1 = x; // make a copy of the array i n t [] x2 = Arrays. copyof (x, x. length ); x[] e x1[] são duas referências para o mesmo objecto x[] e x2[] são duas referências para dois objectos diferentes com conteúdos iguais

44 Arrays em Java Um método pode ter parâmetros na chamada que são arrays e pode dar como resultado um array. Exemplo: escrever um método em que dados 2 arrays de igual tamanho, retorna um array com a soma dos dois. i n t [] addarrays ( i n t [] u, i n t [] v) { i n t res [] = new i n t [u. length ]; f o r ( i n t i = 0 ; i < u. length ; i++ ) res [i] = u[i] + v[i]; r e t u r n res ;

45 Arrays multimensionais em Java Os arrays podem ser multi-dimensionais. Por exemplo: i n t v [][]= new i n t [4][4]; // matriz bi-dimensional 4x4 i n t u [][][]= new i n t [4][4][4]; // tri-dimensional Exemplo: Multiplicação de uma matriz a[n][m] por um vector u[m] para dar v[n]: i.e. v i = M 1 j=0 a ij u j (0 i < N)

46 Multiplicação de matriz por array c l a s s MatrixVectorProductTest { p u b l i c s t a t i c v o i d main ( String [] args ) { i n t [][] a = {{1,2,3,{4,5,6; i n t [] u = {1,2,3; i n t [] v = matrixvectormult (a,u); f o r ( i n t i = 0 ; i < v. length ; i++ ) System. out. print (v[i] + " "); System. out. println (); s t a t i c i n t [] matrixvectormult ( i n t [][] a, i n t [] u) { i n t [] v = new i n t [a. length ]; f o r ( i n t i = 0 ; i < v. length ; i++ ) { v[ i] = 0; f o r ( i n t j = 0 ; j < u. length ; j++ ) v[i] += a[i][j] * u[j];

47 Constantes Uma constante em Java tem de ser definida no âmbito de uma classe (ou de uma interface), no nível de topo, e declarada como static final static final int N=100; static final float PI= ; por convenção, o nome de uma constante é constituído só por letras maiúsculas só existe uma cópia de um atributo estático de uma classe, independentemente do número de instâncias que possam ser criadas.