Η γλώσσα Java, το πρώτο πρόγραμμα

Διομήδης Σπινέλλης
Τμήμα Διοικητικής Επιστήμης και Τεχνολογίας
Οικονομικό Πανεπιστήμιο Αθηνών
dds@aueb.gr

Χαρακτηριστικά της Java

Απλή
Αντικεμενοστρεφής
Μεταφέρσιμη (portable) (και σε επίπεδο μεταγλωττισμένου κώδικα)
Ανιχνεύει προβλήματα κατά την εκτέλεση και εμφανίζει κατανοητά μηνύματα
Υποστηρίζει κατανεμημένο προγραμματισμό (distributed programming)
Επιτρέπει την υλοποίηση ασφαλών προγραμμάτων
Υποστηρίζει πολυνηματική επεξεργασία (multithreaded processing)
Αυτόματη αποκομιδή αχρήστων (garbage collection)
Κατάλληλη για εφαρμογές στο Internet στον πελάτη (applets) και στον εξυπηρετητή (servlets)

Ιστορία της Java

Χρονολογίες

1990: James Gosling, Patrick Naughton, Mike Sheridan: Project Green
1991: OAK, *7
1993: Εφαρμογές Video on Demand
1995: Java, HotJava browser

Γενεαλογία

Αλγοριθμικές γλώσσες όπως FORTRAN και Algol, C, Ada
Αντικειμενοστρεφείς γλώσσες όπως Simula, Smalltalk, Objective C, C++

Το πρώτο μου πρόγραμμα

Το παρακάτω πρόγραμμα τυπώνει "hello, world" στην οθόνη.

class Hello {
        public static void main(String args[]) {
                System.out.println("Hello, world.");
        }
}

Μπορούμε να το αλλάξουμε για να τυπώσει:

Το όνομά μας
Περισσότερα στοιχεία με πολλαπλά println:
System.out.println("Hello, world.");
System.out.println("so long.");

Μεταγλώττιση και εκτέλεση

Για να μεταγλωττίσουμε το πρόγραμμα πρέπει να το αποθηκεύσουμε σε ένα αρχείο με όνομα ίδιο με το όνομα της κλάσης που περιέχει τη συνάρτηση main. Το επίθεμα (suffix) του αρχείου πρέπει να είναι .java.
Με την εντολή javac όνομα αρχείου μεταγλωττίζουμε το πρόγραμμα από Java σε μορφή που να μπορεί να εκτελεστεί.
Για να εκτελέσουμε το πρόγραμμα χρησιμοποιούμε την εντολή java όνομα κλάσης.

Παράδειγμα:

C:\>javac Hello.java

C:\src>java Hello
Hello, world.

C:\>

Μηχανισμός μεταγλώττισης και εκτέλεσης

Ο μεταγλωττιστής της Java (javac) μετατρέπει το πηγαίο πρόγραμμα από Java σε εντολές της ιδεατής μηχανής Java (Java virtual machine) (JVM)
Το περιβάλλον εκτέλεσης της Java (java)
- φορτώνει την κλάση που ορίζουμε,
- φορτώνει όποιες ακόμα κλάσεις απαιτούνται,
- τις συνδέει με την κλάση που ζητήσαμε να εκτελεστεί ορίσαμε, και
- εκτελεί τις εντολές JVM αρχίζοντας από τη μέθοδο main.

Συνάρτηση σε Java

// Return n!
static public int factorial(int n) {
        int result;
        int counter;

        counter = n;
        result = 1;
        while (counter > 0) {
                result = result * counter;
                counter = counter - 1;
        }
        return (result);
}

Αντίστοιχες εντολές JVM

Method int factorial(int)
   0 iload_0
   1 istore_2
   2 iconst_1
   3 istore_1
   4 goto 15
   7 iload_1
   8 iload_2
   9 imul
  10 istore_1
  11 iload_2
  12 iconst_1
  13 isub
  14 istore_2
  15 iload_2
  16 ifgt 7
  19 iload_1
  20 ireturn

Στοιχεία του προγράμματος

Τα προγράμματα της Java αποτελούνται από ορισμένες βασικές τάξεις στοιχείων:

Τα κενά, όπως ο χαρακτήρας ' ' και η αλλαγή της γραμμής. Αυτά γενικά δεν επηρεάζουν καθόλου τη συμπεριφορά του προγράμματος. Για παράδειγμα μπορούσαμε να γράψουμε το πρόγραμμα ως εξής:
class Hello { public static void main(String args[]) {
System.out.println("Hello, world."); } }

Χρησιμοποιούμε κενά (spaces) για να κάνουμε το πρόγραμμα πιο εύληπτο.
Τα ονόματα των συναρτήσεων (functions), κλάσεων (classes) και των μεταβλητών. Αυτά αρχίζουν με έναν λατινικό αλφαβητικό χαρακτήρα και μπορούν να ακολουθούνται από άλλους ή/και ψηφία.
Η δήλωση της κλάσης. Αυτή γράφεται ως το όνομα τη κλάσης ακολουθούμενο από το περιεχόμενο της κλάσης μέσα σε άγκιστρα ({ }). Το όνομα του αρχείου πρέπει να είναι ίδιο με το όνομα της κλάσης. Για την ώρα χρησιμοποιούμε την κλάση για να ορίσουμε μέσα τις κάποιες συναρτήσεις. Σε επόμενα μαθήματα θα μάθουμε τι ακριβώς είναι η κλάση και πως οι συναρτήσεις που ορίζονται στην κλάση αυτή είναι στην πραγματικότητα μέθοδοι.
Οι δηλώσεις των συναρτήσεων. Αυτές γράφονται ως το όνομα τη συνάρτησης ακολουθούμενο από παρενθέσεις και το περιεχόμενο της συνάρτησης μέσα σε άγκιστρα ({ }). Αν μια συνάρτηση δέχεται ορίσματα, αυτά δηλώνονται μέσα στις παρενθέσεις που ακολουθούν το όνομα τις συνάρτησης.
Η συνάρτηση main έχει ειδικό νόημα. Ορίζει το σημείο από το οποία θα αρχίσει να εκτελείται το πρόγραμμα.
Το περιεχόμενο των συναρτήσεων. Αυτό αποτελείται από εντολές. Κάθε εντολή τερματίζεται με μια λατινική άνω τελεία (semicolon) (; - ελληνικό ερωτηματικό).
Οι εντολές μέσα στη συνάρτηση εκτελούνται με τη σειρά από πάνω προς τα κάτω εκτός να έχουμε ορίσει κάτι διαφορετικό.
Οι κλήσεις άλλων συναρτήσεων. Αυτές αποτελούν ένα βασικό είδος εντολής. Η κλήση μιας συνάρτησης αποτελείται από το όνομα της συνάρτησης ακολουθούμενο από το όρισμα (argument) της συνάρτησης μέσα σε παρενθέσεις. Αν η συνάρτηση δέχεται πολλαπλές παραμέτρους, τότε αυτές χωρίζονται με κόμματα.

Ορισμός απλών συναρτήσεων

Στο πρόγραμμα που εξετάσαμε εμφανίζονται δύο συναρτήσεις:
1. η συνάρτηση main την οποία ορίσαμε εμείς και
2. η συνάρτηση System.out.println την οποία καλέσαμε.
Σε ένα πρόγραμμα είναι δυνατός ο ορισμός (definition) και η κλήση (call) και άλλων συναρτήσεων. Το παρακάτω πρόγραμμα τυπώνει και αυτό "hello, world" στην οθόνη.
class HelloFun {
        static void hello() {
                System.out.println("Hello, world.");
        }

        public static void main(String args[]) {
                hello();
        }
}
Με τον τρόπο αυτό μπορούμε να ομαδοποιήσουμε τα τμήματα του προγράμματός μας και να χρησιμοποιήσουμε ορισμένα τμήματα πολλές φορές.
Όταν καλείται μια συνάρτηση, αυτή εκτελείται βήμα προς βήμα μέχρι να τελειώσουν οι εντολές που την απαρτίζουν. Τότε η εκτέλεση του προγράμματος επιστρέφει (returns) στην επόμενη εντολή από αυτή που κάλεσε τη συνάρτηση.
Στην Java οι διαδικασίες ορίζονται ως συναρτήσεις που δεν επιστρέφουν τίποτα. Αυτό γίνεται γράφοντας ως τύπο που επιστρέφει η συνάρτηση τη λέξη void (κενό).

Ασκήσεις

Εξοικείωση με το μεταγλωττιστή και τη διαδικασία προγραμματισμού

Να πληκτρολογήσετε, μεταγλωττίσετε και να εκτελέσετε ένα πρόγραμμα σε Java που να τυπώνει "I am learning Java"
Πειραματιστείτε αλλάζοντας διάφορα στοιχεία του προγράμματος. (Το πιθανότερο είναι οι περισσότερες αλλαγές σας να καταλήγουν σε λάθη.)
Φτιάξτε ένα πρόγραμμα το οποίο να τυπώνει με * ένα τετράγωνο στην οθόνη σαν το παρακάτω:
```
***************
*             *
*             *
*             *
*             *
*             *
*             *
***************
```
Για να επαναλαμβανόμενα στοιχεία του τετραγώνου να ορίσετε δύο συναρτήσεις οι οποίες να τα τυπώνουν και να τις καλέσετε όσες φορές και με τη σειρά που χρειάζεται.

Βιβλιογραφία

Γιώργος Λιακέας Εισαγωγή στην Java. σ. 1-31, Εκδόσεις Κλειδάριθμος 2001.
Γιώργος Κακαρόντζας Java: Μια αντικειμενοστραφής γλώσσα προγραμματισμού Online: http://www.teilar.gr/~gkakaron/java/Index.html (http://www.teilar.gr/~gkakaron/java/Index.html).

K. N. King. Java Programming: from the Beginning, pages 1–38. W. W. Norton & Company, New York, NY, USA, 2000.

Πηγές στο Internet

Γενική βιβλιογραφία

Ken Arnold and James Gosling. The Java Programming Languge. Addison-Wesley, 1996.
David Flanagan. Java in a Nutshell. O'Reilly and Associates, Sebastopol, CA, USA, 1997.
K. N. King. Java Programming: from the Beginning. W. W. Norton & Company, New York, NY, USA, 2000.
Tim Lindhorn and Frank Yellin. The Java Virtual Machine Specification. The Java Series. Addison-Wesley, 1997.
Gary McGraw and Edward W. Felten. Securing Java. Wiley, 1999.
Arthur van Hoff, Sami Shaio, and Orca Starbuck. Hooked on Java. Addison-Wesley, 1996.

Περιεχόμενα