. Cours intensif Java 1er cours: de C à Java Septembre 2009 Enrica DUCHI LIAFA, Paris 7 Enrica.Duchi@liafa.jussieu.fr
LANGAGES DE PROGRAMMATION Pour exécuter un algorithme sur un ordinateur il faut le traduire dans un langage de programmation: décrire de manière non ambiguë les étapes de calcul à effectuer par le processeur. Historiquement sont apparus d abord des langages bas niveau: code écrit directement en langage machine, avec les opérations du processeur. Programmes peu lisibles. Portabilité très limitée (réécrire pour changer d ordinateur). Permet un contrôle fin des opérations effectuées. Aujourd hui on utilise plus couramment des langages haut niveau: le code tend à ressembler à la description de l algorithme, il est compilé ou interprété par un programme pour être exécuté par le processeur. Langages plus expressifs programmation plus aisée, plus sure. Meilleure portabilité Efficacité toujours plus grande grâce aux progrès des interpréteurs / compilateurs.
INTERPRÉTATION VS COMPILATION Que faire avec un programme écrit dans un langage haut niveau? interpréter: traduction et exécution à la volée des instructions script interprété par un shell compiler: en langage machine: production d un exécutable natif programme C gcc exécutable + exécution directe par le processeur. dans un langage intermédiaire bas niveau: production de bytecode programme java javac bytecode + interprétation par un interpréteur: interprétation à la volée du langage bas niveau par un interpréteur. bytecode interprété par une JVM (machine virtuelle java) Intérêt du modèle java. Le bytecode est un langage de bas niveau interprétation efficace Le bytecode est indépendant de la machine portabilité du code. Quand arrive une nouvelle machine, il suffit d écrire une JVM.
STYLES DE PROGRAMMATION Programmation impérative (fortran, pascal, C) basée sur: l opération d affectation (remplacer une valeur par une autre en mémoire) la séquentialité des opérations, formant un flot le controle du flot (branchements, itérations) l usage de fonctions pour limiter la duplication de code. Programmation fonctionnelle (Lisp, ML, CAML) basée sur: l opération d évaluation et l appel de fonction. l usage de la récursivité. Programmation orientée objet l objet, unité de base du programme, encapsule un ensemble de donnée et d actions applicables à celles-ci. se décline en forme fonctionnelle (CLOS, OCaml) ou itérative (C++,Java). Java utilise le style orienté objet impératif.
QUELQUES CARACTÉRISTIQUES DE JAVA Une syntaxe inspirée de C mais pas de manipulation de pointeurs pas de structures mais des objets pas d accès à la gestion de la mémoire par le programmeur Un langage orienté objet fourni avec une riche API (Application Programming Inferface): l ensemble de packages du JDK (Java Development Kit) gérant la mémoire automatiquement. incluant la possibilité de programmation concurrente (multithread).
JAVA ET L INTERNET Applet: programmes écrits en java et intégrés dans une page web utilisées pour créer des applications interactives qu on ne peut pas faire avec HTML chargée depuis une machine distante (serveur) exécutée sur la machine locale (client) exécutée sous le controle d une autre application (navigateur avec interpréteur java) Servlet: (hors du champs de ce cours) pour développer des serveurs pour internet.
LE LANGAGE JAVA Bibliographie. Bruce Eckel, Comment penser en java?, http://penserenjava.free.fr/ Sites webs http://java.sun.com produits, mais surtout doc en ligne et tutoriaux : à consulter!! Historique 1990: chez Sun, groupe de travail sur la portabilité des programmes 1995: JDK 1.0 avec 200 classes... Java 2 (JDK 1.2 à 1.5) avec > 3000 classes aujourd hui : Java SE 6 La compatibilité ascendante permet de continuer d utiliser les programmes écrits dans les nouvelles versions.
CONCLUSION: LES AVANTAGES DE JAVA Simple, orienté objet et familier. Environnement de travail riche (bibliothèque de programmes). Programmes exécutables partout, indépendamment de l architecture. Robustesse, sécurité. Programmation centrée réseau Programmes multithreads.
UN PREMIER PROGRAMME JAVA class Bonjour{ public static void main ( String [] args ) { // affichage de bonjour System.out.println("Hello"); Un programme Java est constitué d une ou plusieurs classes. Par convention la classe principale (contenant la procédure main) doit être contenu dans un fichier Bonjour.java de même nom. éditeur de texte (nedit, emacs) Bonjour.java, mon 1er programme compilation: > javac Bonjour.java le compilateur javac produit le bytecode Bonjour.class exécution: > java Bonjour l exécutable java interprète le bytecode et écrit Hello. L interprétion débute par l appel de la méthode main.
UN DEUXIÈME EXEMPLE DANS LE STYLE DU C class SommeCarré { static int calcul (int n){ int i,s=0; for (i=0;i<n;i++) s=s+i*i; return s; public static void main ( String [] args ){ if (args.length!= 1) System.out.println("Donner le nb de termes en argument!"); else System.out.println("La somme des carrés est " + calcul(args[0]) L intérieur d une classe ressemble à un programme C: déclarations de variables globales et locales, fonctions, main, boucles, tests, etc.
LES TYPES EN JAVA Types primitifs : caractères, entiers, réels et booléens char : caractères, unicode sur 2 octets ( ASCII utilisé par C) byte, short, int, long : entiers sur 1, 2, 3 ou 4 octets. float, double : flottants sur 4 ou 8 octets. boolean : valeur true ou false. Les opérateurs arithmétiques sont essentiellement les mêmes qu en C. Les types numériques par défauts sont int et double. Types référencés: tableaux, chaines, plus généralement classes fournies par les paquetages java et classes définies par les utilisateurs. Classe = (première définition ) structure de donnée complexe, munie d opérations propres (les méthodes).
ORGANISATION DU CODE Un programme Java est formé d au moins une définition de classe: <modificateur> class <nom de classe> { <déclarations de variables globales> <définitions de constructeurs> <définitions de méthodes> Les variables globales sont visibles dans toute la classe; on verra qu elles sont de 2 types: de classe (static) ou d instance (sans modificateur). Les constructeurs permettent d initialiser les objets à leur création. Les méthodes sont les fonctions associées à la classe, elles aussi sont de 2 types: de classe (static) ou d instance. Leur définition est de la forme: <spécificateur> <type de retour> <nom> ( <liste des paramètres> ) { <déclarations de variables locales> <instructions> Pour que la compilation produise un exécutable il faut une méthode main: public static void main ( String [] args)
RELISONS L EXEMPLE class SommeCarré { static int calcul (int n){ int i,s=0; for (i=0;i<n;i++) s=s+i*i; return s; public static void main ( String [] args ){ if (args.length!= 1) System.out.println("Donner le nb de termes en argument!"); else System.out.println("La somme des carrés est " + calcul(args[0]) Ici il y a une classe contenant deux méthodes.
LES VARIABLES Les variables doivent être déclarées pour pouvoir être utilisées (comme en C). variable de type primitif: int entier; double reel = 2.5; char caractere = A ; la place mémoire nécessaire est allouée à la déclaration. variable de type référencé: int [] tableau; float [][] matrice; String mot; Ces variables ressemblent aux pointeurs du C: à la déclaration d une telle variable seule la place pour stoquer l adresse d un objet est allouée; il faudra ensuite créer l objet à l aide d une appel new. int [] tableau = new int[10]; L objet crée par new est une instance de sa classe.
BLOCS, PORTÉE, SURCHARGE Blocs. Comme en C, les accolades { et délimitent des blocs d instructions. Par <instruction> on désigne une instruction élémentaire ou un bloc. Portée. Si un bloc contient des déclarations de variables, celles-ci ne sont visibles que dans le bloc. Contrairement au C, java ne permet pas de réutiliser un nom de variable local déjà visible dans le bloc courant. L exemple suivant, à l intérieur d un bloc, provoque une erreur à la compilation: int i=1; { int i=2; Surcharge. Par contre on peut définir plusieurs méthodes ayant le même nom dans la même classe, si elles ont des arguments de types différents.
CONSTANTES, EXPRESSIONS, CONVERSION (CAST) Une constante est une variable qui ne peut être modifiée: final double pi = 3.14; Les expressions sont formées de variables et de constantes combinées à l aide d opérateurs ( les mêmes qu en C, avec les mêmes priorités): le type de l expression doit être cohérent: 2*true provoque une erreur. seules les conversions byte short... double sont implicites: float angle = pi; provoque une erreur, il faut une conversion explicite (cast) float angle = (float) pi; les variables doivent être initialisées: int i = 1, j, k; k = i+j; provoque une erreur à la compilation ( C). Les expressions peuvent aussi contenir des appels de fonctions.
CHAINES Les chaines sont manipulées à l aide de la classe String. La déclaration String mot; alloue l espace pour une référence sur une chaine. une chaine est un objet constant: à l exécution du fragment String mot = "Bonjour"; mot = "Ciao"; deux objets sont créés; au début la variable mot contient la référence à la première chaine, puis la référence à la seconde. lorsqu un objet n est plus référencé par aucune variable la mémoire est automatiquement libéré par le GC (garbage collector). L opérateur + agit par concaténation sur les chaines: mot = "Ciao " + nom + ", tu as le numéro " + i + "."; Les types primitifs sont munis d une fonction de conversion en chaine appelée implicitement dans les expressions de chaine.
Conditionnelles: INSTRUCTIONS DE CONTRÔLE DU FLOT if ( <condition> ) <instruction si true> [else <instruction si false>] switch ( <condition> ) { case <valeur> : <instruction> [break;] case <valeur> : <instruction> [break;]... [default : <instruction>] Itérations: while ( <condition> ) <instruction> do <instruction> while (<condition>) for ( <init>; <arrêt>; <incrém> ) <instruction> Les instructions continue ou break provoquent la sortie du bloc d instruction de l itération la plus interne, avec ou sans poursuite de l itération.
TABLEAUX Comme en C, un tableau est formé d objets tous de même type. Déclaration: int [] tableauentiers; String [] args; int [] [] matrice; La taille n est pas spécifiée à la déclaration. Allocation: tableauentier = new int[10]; args = new String [20]; matrice = { {1,2,3, {1,2, {1,2,3,4,5,6 matrice = new int [] [15]; L appel new <type>[n] alloue un tableau de n objets du type spécifié et renvoit la référence à ce tableau. Utilisation: for (i=0; i<tableauentier.length; i++) System.out.println(tableauEntier[i]);
ENTRÉE SORTIE: LE PACKAGE java.io.console Dans un premier temps on peut se limiter à la classe java.io.console qui fournit des entrées sorties au clavier d utilisation immédiate. Chargement: ajouter import java.io.console; en début de fichier Déclarer et activer la console: Lecture et écriture: Console cons = System.Console(); cons.readline(): renvoit une chaine de caractère contenant une ligne entrée au clavier. L appel peut inclure une chaîne d invitation passée en paramètre, par ex: reponse = cons.readline("question? "); cons.printf(string format, Object... args): écrit une chaine formattée sur le terminal. Conversion: Aux types primitifs (int, double,...) correspondent des classes (java.lang.integer, java.lang.double,...) qui fournissent des méthodes: int Integer.parseInt(String s): convertir une chaine en entier. String Integer.toString(int i): renvoit une chaîne représentant l entier (utilisé implicitement dans "les " + i + " amis"). int Double.parseDouble(String s): idem pour les doubles, String Double.toString(double d)...
Un exemple: ENTRÉE SORTIE: LE PACKAGE java.io.console import java.io.console; class Exemple { static int annee = 2009; public static void main(string [] args){ Console cons = System.Console(); String texte = cons.readline("entrer un entier: "); int i = Integer.parseInt(texte); cons.printf("tu es né en %d.%n", annee-i); Format: Les chaines formattées de Java ressemblent à celles du C: les spécificateurs de format sont de la forme %[i$]c où le caractère c sera typiquement: s pour une chaine, d pour un entier, f pour un flottant, c pour un caractère et n pour le retour à la ligne, tandis que l indice i optionnel indique le numéro de l argument à insérer. cons.printf("m. %1$s %3$s et Mme %2$s %3$s.",prenomMari,prenomFemme,nomFamille)
EXCEPTIONS: UN MÉCANISME DE GESTION DES ERREURS Une opération qui produit une erreur (division par 0,etc) lève une exception; celle-ci se propage dans la pile des méthodes ayant conduit à l erreur jusqu à ce qu elle soit attrapée; si elle n est pas attrapée avant d être propagée par la méthode main, elle provoque l arrêt de l exécution. class Divise{ static int div(int i, int j){ return(i/j); public static void main (String [] args){ int i=3, j=0, d=0; try{ d=div(i,j); catch(arithmeticexception e){ System.out.println("division par zero"); System.out.println(d); En rouge un piège à exception: si une exception type ArithmeticException se produit dans le bloc suivant try, on exécute le bloc suivant catch.
EXCEPTIONS: UN MÉCANISME DE GESTION DES ERREURS Une opération qui produit une erreur (division par 0,etc) lève une exception; celle-ci se propage dans la pile des méthodes ayant conduit à l erreur jusqu à ce qu elle soit attrapée; si elle n est pas attrapée avant d être propagée par la méthode main, elle provoque l arrêt de l exécution. class Divise{ static int div(int i, int j){ return(i/j); // une division par zéro lève ArithmeticException public static void main (String [] args){ int i=3, j=0, d=0; try{ d=div(i,j); catch(arithmeticexception e){ System.out.println("division par zero"); System.out.println(d); L exception est n est pas attrapée dans div. Elle se propage à main où elle est attrapée. Le programme continue à la sortie du bloc suivant catch.
EXCEPTIONS: UN MÉCANISME DE GESTION DES ERREURS En plus des erreurs d exécution, il est possible de créer des exceptions pour signaler la mauvaise utilisation d une fonction: Considérons la méthode int parseint(string s) du package java.lang.integer: si on l appelle avec une chaine qui ne représente pas un entier, au lieu de renvoyer un entier elle s interrompt et lève une exception de type NumberFormatException. Ainsi, si on est pas sûr que la chaine qu on passe en argument représente un entier, on va mettre un couple try/catch pour préciser comment on veut que le problème soit traité. try{ i=parseint(s); catch(numberformatexception e){ System.out.println("s n est pas un entier, je l interpréte comme 0); i=0; On aurait pu aussi choisir d interrompre l exécution avec un appel System.exit(1).
JAVADOC Une caractéristique de Java est que les classes existantes sont en général bien documentées et les nouvelles classes facilement documentable: il suffit d inclure des commentaires dans le code et d utiliser javadoc. L API java contient des milliers de classes et de méthodes déjà écrites: plutôt que d en retenir qq unes il faut apprendre à utiliser la doc pour trouver les méthodes dont on a besoin. Un point d entrée: http://java.sun.com/javase/6/docs/api/
VERS LA PROGRAMMATION OBJET: UN EXEMPLE On veut écrire en C un programme qui manipule des heures. En C on peut définir une structure struct temps de la façon suivante: struct temps{ int heures; int minutes; int secondes; char separateur; On peut alors déclarer des variables de ce type: struct temps unhoraire;
VERS LA PROGRAMMATION OBJET: UN EXEMPLE Les instructions suivantes permettent d initialiser la structure unhoraire: unhoraire.heures=13; unhoraire.minutes=25; unhoraire.seconde=59; unhoraire.separateur= : ; On écrit alors des fonctions comme: struct temps ajouteheures(struct temps unhoraire, int nbheures) struct temps enleveminutes(struct temps unhoraire, int nbminutes) void affichetemps(struct temps unhoraire)
VERS LA PROGRAMMATION OBJET: UN EXEMPLE Par exemple la fonction ajouteheures pourrait s écrire: struct temps ajouteheures(struct temps unhoraire, int nbheures){ unhoraire.heures = unhoraire.heures + nbheures; return (unhoraire % 24); // modulo 24 Cette fonction fait bien en sorte que le champs heures reste un entier entre 0 et 23: si les fonctions de manipulation des temps sont bien écrites, leur utilisation assure de concerver des variables avec des valeurs cohérentes. Par contre, comme la déclaration de la structure temps est visible dans le code, rien n empêche de modifier directement les champs d une variable de temps, sans utiliser les fonctions prédéfinies: Risque d introduire des incohérences. Si on souhaite changer la définition de la structure struct heure, il faut non seulement mettre à jour les fonctions de la librairie mais aussi vérifier tout le programme.
VERS LA PROGRAMMATION OBJET: UN EXEMPLE De plus Les fonctions de manipulation des structures struct temps ne sont pas vraiment distinguées des autres (à part le fait qu elles soient peut être mises ensemble dans un fichier séparé). Si on devait traiter dans le même programme des structures struct TempsBis contenant un champs pour les centièmes de secondes il faudrait dupliquer toutes les fonctions, par exemple réécrire struct TempsBis ajouteheuresbis(struct TempsBis unhoraire, int nb unhoraire.heures = unhoraire.heures + nbheures; return (unhoraire % 24); // modulo 24 alors que le corps de la fonction est identique à celui de ajouteheures.
VERS LA PROGRAMMATION OBJET: JAVA Définir un langage dans lequel l accès aux données peut être restreint à un nombre limité de fonctions. Le concept de classes: ensemble de choses qui ont les mêmes qualités et/ou comportement. Décrire une classe: décrire de façon abstraite qualitées et comportements d un groupe d objets sans parler d un objet particulier. Une classe peut se décomposer en plusieurs sous-classes qui héritent les propriétés de la classe principale.
VERS LA PROGRAMMATION OBJET: L EXEMPLE EN JAVA class Temps{ private int heures; private int minutes; private int seconds; public char separateur; public int assignehoraire(int h, int m, int s){ if ((h>=0) && (h<24) && (m>=0) && (m<60) && (s>=0) && (s<60)) { heures = h; minutes = m; secondes = s; return 0; else return 1; public void ajouterheures(int nbheures){ heures = (heures + nbheures) % 24 ; public void afficher(){ System.out.print(heures + separateur + minutes + separateur + secondes);
CLASSES ET OBJETS Concept de classe: Regroupement des objets de mêmes structures et même comportement: dans une classe sont déclarés les données mais aussi les méthodes associées. objets = instances de la classe conçue à partir de spécifications qui définissent l interface de l objet. Les objets: Un objet est une instance de la classe, c est un ensemble de données réellement allouées en mémoire et manipulable par ses méthodes. La création d un objet se fait à l aide de l opérateur new: Temps unhoraire; // déclaration de la variable unhoraire = new Temps(); // allocation d un objet
UTILISATION DE NOTRE CLASSE TEMPS On teste la classe Temps en écrivant une classe Essai: class Essai{ public static void main (String [] args){ Temps unhoraire; unhoraire = new Temps (); unhoraire.separateur = : ; unhoraire.assignehoraire(12, 20, 0); unhoraire.affiche(); unhoraire.ajouteheures(20); unhoraire.affiche();
VARIABLES DE CLASSE, VARIABLES D INSTANCE Les variables globales sont de deux types: variable de classe, commune à toutes les instances, elle existe même s il n y a pas d objet de la classe. On ajoute static à la déclaration. variable d instance, une variable est créé pour chaque objet (instance) de la classe (lors de l allocation par new). class Temps{ private int heures; private int minutes; private int seconds; public char separateur; public static boolean formatamericain; public void afficher(){ if (formatamericain){ System.out.print((heures%12) + (((heures/12)==0)?"am":"pm")); System.out.print(minutes + separateur + secondes); else System.out.print(heures + separateur + minutes + separateur + secondes); La variable formatamericain est commune à tous les objets de la classe.
MODIFICATEURS D ACCÈS On peut regrouper plusieurs classes pour former un package: par exemple toutes les classes qui manipulent des durées. (On verra comment plus tard). Les modificateurs d accès permettent de décider qui a accès à une variable: private: seules les méthodes de la classe ont accès à la variable pas de modificateur: toutes les méthodes du package ont accès à la variable. protected: toutes les méthodes du package + toutes les méthodes des sous-classes public: pas de restriction d accès. Dans la classe Essai il est possible d écrire unhoraire.separateur= : ; car la variable separateur a été déclarée public.