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Bases de la programmationJava

Introduction

Bases de la programmation Java Introduction

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Plan1 Informations utiles2 Langages de haut niveau3 Présentation du langage Java4 Syntaxe de base5 Un langage Objets / Valeurs6 Les tableaux en Java

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1. INFORMATIONS UTILESEnseignement

l Cours →→→→ 9 séances de 2 heuresl Travaux dirigés →→→→ 11 séances de 2 heuresl Projet →→→→ à faire en groupe

Enseignant (pour le cours)l Yann Viémontl Bt. Descartes — Bureau 304-a — Poste 54046l Laboratoire PRiSM — CNRS UMR 8144l Http://www.prism.uvsq.fr/~viemontl GSM : 06 19 14 32 57 (pour les cas d ’urgence)


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Programme de l’ UE7-InfoBases de la programmation Java

l Syntaxe de base (rappels)l Tableaux complexes en Java

La programmation objet en Javal Notions d ’objets (rappels)l Interfaces et polymorphismel Héritagel Classes abstraites

Structures de données abstraites et implémentations Javal Listesl Pilesl Files

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2. LANGAGES DE HAUT NIVEAU

Avantagesl Compréhensible par l’homme (non binaire)l Indépendant des matérielsl Manipulation des données complexes (entiers, réels,

tableaux, objets : dessins, livres, …)l Manipulation des expressions complexes (A*B)/Cl Mécanismes élaborés d’enchaînement des instructionsl Organisation des programmes (modularité, visibilité,

protection, …)Nécessite un traducteur (compilateur / interpréteur)


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CompilateurLe code source est indépendant de lamachineLa compilation est faite une fois pour toutesLe code objet est du binaire dépendant ducodage et des instructions de la machinecibleLe chargeur adapte le code objet auxadresses mémoires réellement utilisées pourchaque exécution demandéeL’objet devient une suite de 0 et de 1 enmémoire

Codesource(fichier)

Objet(fichier)

Machine cibleObjet

(mémoire)

Compilateur

Chargeur

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InterpréteurL’interpréteur est lui-même unprogramme source qui a étécompilé puis chargé sur lamachineLe programme a interprétercorrespond aux données del’interpréteur qui s’exécuteL’exécution est plus lente car latraduction est faite à chaquelancement du programme

Codesource(fichier)

Machine cible

Interpréteur(objet enmémoire)

Source(données en

mémoire)


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Cas des boucles

Chaque instruction duprogramme source est traduite(interprétée) au fur et à mesureEn cas d’itération (boucle), lamême instruction estréinterprétée à chaque passageLa pénalité de performance estimportante

Exécution

Boucle

Interprétation

5


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Et le langage Java ?Le source Java est « compilé »en code-octet (byte code)correspondant aux instructions d ’une machine virtuelleAAAA La machine virtuelle est un programme source compilépour chaque type de couple

(machine physique + système d’exploitation)La machine virtuelle fournit un environnement de programmationstandard

l Gestion de la mémoire (ramasse-miette)l Gestion des entrées / sorties (disque, écran, clavier, …)l Interface avec le système d’exploitation


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Interprétation optimiséeCode

source(fichier)

Code-octet

(fichier)

Compilateur Machine cible

Machine virtuelle(objet enmémoire)Code-octet(données en

mémoire)

La pénalité de performance est très fortement réduite

toto.java

toto.class

javac

java toto.class

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Beaucoup plus qu’un langageJava est un langage orienté-objet récemment introduit parSUN et rendu disponible dans le domaine public.Java est un :

l Langage complet à tout fairel Environnement de programmation très développé

comprenant de nombreuses bibliothèques standardsl Véritable système d ’objets distribués

Java permet d’ :l Interagir simplement avec le Webl Accéder et fournir des services simplement au travers

du réseau


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HistoriqueJava a commencé avec le projet Green en 1991

l Langage Oak est destiné au logiciel intégré auxappareils électroménagers et audio / vidéo

Adaptation à la technologie Webl Intégration à un navigateur Web (HotJava 1994)l Création des appletsl Extension du langage renommé Java (version 1)l Définition du « byte code » en 1995l Premier JDK (atelier de développement) en 1996

Nouvelle plate-forme Java2l Environnement complet de développementl Déploiement d’applications distribuéesl Services Web

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Logiciel pour appareillage électronique

Machineà laver

Magnétoscope

Micro-onde

Machinede

développement

Codesource

Objet 1

Objet 2

Objet 3

Problèmes :l Plusieurs versions de source

selon les systèmesd ’exploitation

l Compilation spécifique pourchaque plate-forme

l Gestion des versionsl Coûts de développement

prohibitifs


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Solution Oak

Machineà laver

Magnétoscope

Micro-onde

Machinede

développement

Codesource

Machinevirtuelle

Machinevirtuelle

Machinevirtuelle

Objet

Objet

Objet

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Transposition au Web

Web

Posteclient

Posteserveur

ApplicationJava

téléchargeable

Browser + JVMApplet

Chargement dynamique d’une applicationChargement dynamique d’une application


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3. PRÉSENTATION DU LANGAGE

Points forts de Java :l Simplicitél Orientation objetsl Grande sécuritél Portabilitél Performancesl Parallélisme

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Simplicité

Le langage Java :l Reprend la syntaxe de base de Cl Possède une grande cohérence de conceptionl Offre un nombre limité de constructions non

redondantesl Rend la gestion de la mémoire transparentel Ne demande aucun précompilateur


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Orientation objetsJava reprend le meilleur des concepts objets les plus simples

l Langage de programmation inspiré d’Objective C et deC++

l La définition d’interfaces est supportée en natifl Tout est une classe, un objet, une variable d’instance

ou une méthodel Le modèle soujascent est un modèle objet / valeurl L ’encapsulation est complètement contrôlable par le

programmeurl Les librairies systèmes sont des classes qui rendent

le langage extensible à l’infini

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SécuritéLa grande majorité des erreurs de programmation courantessont décelées par l ’interpréteur

l Java est fortement typél Les indices de tableau ne peuvent déborderl Pas de calcul d ’adressel Toutes les variables sont initialisées

La machine virtuelle contrôle les actions de l’applicationl Modèle Bac-A-Sable (Sand box)l Permissions définies dans un fichier


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Portabilité

Java comporte une spécification très stricte de la JVMl Java est interprétél Le code-octet est indépendant de la plate-formel Pas de comportement spécifique à une implémentationl L ’API est constituée de librairies standards extensives

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PerformanceGrâce au code-octet, l’interpréteur ne conduit qu’à une faibleperte de performanceDe plus on dispose maintenant de :

l Compilateurs « juste-à-temps » (JIT : just in time)l Compilateurs natifs

La gestion de l ’interface homme/machine est fortementoptimisée dans les bibliothèques de l’APILes JVM disponibles savent utiliser les bibliothèquesperformantes pour le graphisme, l’audio, la vidéo

l Open GLl MPEG-4


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4. SYNTAXE DE BASE (rappels)La syntaxe de base comprend :

l Les expressions– Types de base– Constantes– Variables– Opérateurs

l Les instructions– Instructions simples (déclarations, affectations, …)– Instructions conditionnelles– Instructions itératives

l Les tableauxl Les méthodes

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Types de baseJava est un langage fortement typé :

toute donnée manipulée est typée et ne peut échapper àson type que par conversion implicite ou explicite.

Conversions implicites :l Augmentation de la précision (p.e. int --> long)l En maths les entiers sont des réels (p.e. int --> float)l Les expressions sont calculées dans le type le plus général

de ses composants


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Types numériquesEntiersl byte (complément à deux sur 8 bits)l short (complément à deux sur 16 bits)l int (complément à deux sur 32 bits)l long (complément à deux sur 64 bits)

Réels (mantisse + exposant)l float (standard IEEE 754 sur 32 bits)l double (standard IEEE 754 sur 64 bits)

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Types non numériquesBooléens

l boolean (true ou false)Caractères

l char (codage Unicode sur 16 bits)l byte (peut être utilisé pour stocker de l'ascii)

l String (en fait une classe prédéfinie mais munie d'une syntaxe spéciale)


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Constantesl byte, short ou int en décimal, octal ou hexadécimal :

– 0, 104, -1098, 0777, 0xAFl long (idem avec un "l" ou un "L" à la fin)

– 0L, -47652913476L, 0x3FFFFFFFFFFFLl double en décimal ou en scientifique

– 35.99, -0.0007, 2., 1.628E6, -0.7803E-3l simple (idem avec un "f" ou un "F" à la fin)

– 3.14159Fl char

– 'c', '\t', '\u0x61'('a')l boolean

– true ou false

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VariablesUne variable est une donnée manipulée par son nom (identificateur)

i, j, x, var1, delta, périmêtre,primeDeTransport, DENSITÉ_DU_PLOMB

l Les variables sont déclaréeint i, j ;double x ;

l Affectéei = 12 ;j = 3*i + delta ;

l Initialiséeint i = 12 ;final float DENSITÉ_DU_PLOMB = 11.35F ;


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Expressions numériquesint i, j ; float a, b ; double x, y ;l Expressions entières :

long m = 3 * i * (j + 6) ;int k1 = (int) m % 1000 ;int k2 = (int) (m % 1000) ;long p = (long) c + m / -27 ;

l Expressions réelles :double z = 3.53 * i + (a - b) / x ;float c = (float) (-2*i*y + 4.54749E8*a) ;double s = java.lang.Math (c) ;

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Expressions booléennesl Comparaisons numériques

== != < > <= >=l Comparaison de référence d'objets

== != instanceofl Expressions logiques (avec simplification)

&& || !l Expressions logiques (sans simplification)

& | ~Exemples :

((a >= 1E10) || ((b != 0d) && (a/b > 0.2)))(monObjet == null) || !(monObjet instanceof MaClasse)(--i > 0) & (--j > 0) // dangereux !


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Expressions binairesLes expressions binaires permettent de manipuler des valeursentières comme des chaînes de bits en effectuant

l Décalages : << > >>>l Masquages : & | ^ ~

Exemple :final int VU = 1 ;final int PRIS = 1 << 1 ;int état = … ;boolean pasVuPasPris = (état & (VU | PRIS)) == 0 ;

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Expressions chaînes de caractères

Bien que le type String soit en fait une classe, il est muni d'unesyntaxe particulière

l Constante chaîneString s1 = "exemple de conca" ;

l Opération de concaténationString s2 = s1 + "ténation" ;


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AffectationsL'affectation permet d'initialiser et de modifier des variables

int i = 12 ;périmètre = 2 * PI * rayon ;

l On peut utiliser des raccourcis : (var1 op= var2) estéquivalent à (var1 = var1 op var2) pour += -= *=/= %= &= |= ^= <<= >>= >>>=

i *= 3 ; // comme i = 3*i ;l Une affectation est une expression qui vaut sa partie droite

i = j = k = 0 ; // comme i = (j = (k = 0))l Les opérateurs d'incrémentation / décrémentation ++ --

modifient directement la valeur d'une variable entièrei++ ; // comme i += 1 ; ou encore i = i + 1 ;(i-- > 0) & (++j < max)

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Expression conditionnelle

Prend une valeur parmi deux selon une conditionl Pour les habitués de C et C++l Peu lisible — sauf dans les cas les plus simplesl Syntaxe

expr_bool ? expr_vrai : expr_fauxExemple :

int maxAB = (a>b) ? a : b ;


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Résumé des opérateursArithmétique : + - * / %Comparaison : == != < > <= >= instanceofLogique booléenne : && || !Décalage : << >> >>>Logique binaire : & | ^ ~Affectation : = += -= *= /= %= &= |= ^= <<=

>>= >>>=Incrémentation : ++ --Conditionnel : ?:Autre : [] . () new (type)

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PrécédencesOpérateurs post-fixés [] . (params) expr++ expr--Opérateurs unaires ++expr --expr +expr -expr ~ !Création ou conversion new (type)exprMultiplicatifs * / %Aditifs + -Décalage << >> >>>Comparaison < > <= >= instanceofEgalité == !=ET binaire &OU exclusif binaire ^OU inclusif binaire |ET logique &&OU logique ||Conditionnel ? :Affectation = += -= *= /= %= &= ^= |= <<=

>>= >>>=


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ParenthésageUn opérande peut être remplacé par une expression

l De même typel Entre parenthèses

Les règles de précédences induisent un parenthésage impliciteex1 = a * b + c / d ; // = (a * b) + (c / d)ex2 = a > b && cond || a + c == 12 ; // = (a>b) && (cond || ((a+c) == 12))

Les opérateurs de même précédence sont évalués de gauche à droiteex3 = a / b * c ; // = (a / b) * c ≠≠≠≠ a / (b * c)

Les affectations sont évaluées de droite à gauche

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InstructionsUne instruction est une unité d'exécution du langage

l Elle se termine par un ;l Certaines expressions forment des instructions valides

– Affectation– Incrémentation / décrémentation– Appel de méthode– Création dynamique d'objet

l Une déclaration de variable est une instructionl Les instructions sont normalement exécutées en séquencel Les instructions de contrôle permettent de modifier l'ordre

d'exécutionl Les instructions peuvent être regroupées


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Organisation en blocsPlusieurs instructions peuvent être regroupées en bloc

l Les blocs sont délimités par { … }l Un bloc est toujours admis à la place d'une instructionl On obtient une structure de blocs imbriquésl Cette structure définit des règles de visibilité

{ double droit = Math.PI / 2. ; angle += droit ; float cos = (float) Math.sin (angle) ; …}

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Portée des variablesUne variable n'est pas définie hors du bloc où elle est déclaréeUn nom de variable peut être réutilisé dans une déclaration dans unbloc imbriqué

l Une nouvelle variable indépendante est créel Cette variable masque la précédente (externe)

{ int x = 14 ;int y = 0 ;{ int x = 10 ;y++ ; // = 1x += y ; // = 11

}y++ ; // = 2x++ ; // = 15 et non 12…


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Instructions de contrôle

l Tests– Condition– Alternative– Aiguillage

l Boucles– Pré-condition– Post-condition– Itérateur

l Exceptions– Déclenchement– Capture

l Branchements– Appel– Retour– Rupture

L'ordre d'exécution du programme est contrôlé par

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Instructions conditionnellesCondition simple : if (condition) instruction

max = a ;if (a < b) max = b ;

Alternative : if (condition) instruction else instructionif (a > b) max = a ;else max = b ;


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Aiguillages

switch (var) {case val1 : instructionscase val2 : instructionscase val3 : …default : instructions}

static final int NORD = 0 ;static final int EST = 1 ;static final int SUD = 2 ;static final int OUEST = 3 ;…switch (orientation) { case NORD : y++ ; break ; case EST : x++ ; break ; case SUD : y-- ; break ; case OUEST : x-- ; break ; }

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Enchaînement des voiesswitch (mois) { case 2 : if (bissextile (année)) nbJours = 29 ; else nbJours = 28 ; break ; case 4 : case 6 : case 9 : case 11 : nbJours = 30 ; break ; default : nbJours = 31 ; }


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BouclesPré-condition : while (condition) instruction

boolean trouvé = false ;while (!trouvé) trouvé = anpe.rechercher (emploi) ;

Post-condition : do instruction while (condition)boolean trouvé ;Do // fait au moins 1 fois trouvé = anpe.rechercher (emploi) ;while (!trouvé)

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Itérateursfor (initialisation ; condition ; itération) instruction

La boucle "for" offre une syntaxe élégante pour écrire une itérationl Contrôlée par une variable compteur

static final int N = 20 ;factorielleN = 1 ;for (int i = 1 ; i <= N ; i++) factorielleN *= i ;

l Contrôlée par une interface appropriéefor (Elément e = liste.premier () ; e != null ; e = liste.suivant ()) e.afficher () ;


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Capture des exceptions

Java fournit un mécanisme d'exceptionl Une exception peut être levée ou capturéel La capture suit une syntaxe de bloc

try { instructions dangeureuses }catch (exception) { traitement d'erreur }finally { instructions de fin }

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RupturesLes ruptures sont utiles pour

l Eviter de faire du travail inutilel Simplifier le code

break permet de sortir d'un aiguillage ou d'une bouclel D'un niveau de bloc par défautl De plusieurs niveaux à l'aide d'une étiquette

continue permet de passer à l'itération suivantel D'un niveau de boucle par défautl De plusieurs niveaux à l'aide d'une étiquette

return permet de sortir d'une méthodel Quel que soit le niveau de bloc où le return se trouve dans

la méthode


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5. UN LANGAGE OBJETS / VALEURSJava est construit sur deux concepts de base :

l Les objetsl Les valeurs

Cette distinction traverse tout le langage et toutes lesconstructions.La manipulation des valeurs se fait directement :

int i = 4 ;int j = i * 1000 ;

La manipulation des objets de fait par référence :Object o ; // référence nulle au départo = new Object () ; // o référence un nouvel

objet créé dynamiquement

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ValeursDéfinition : une valeur est un élément d ’un type de base(prédéfini) du langageLes types prédéfinis sont :

char, byte, short, int, longfloat, double, boolean, void

l Les variables correspondantes peuvent êtredirectement affectées

l Les paramètres de ces types sont transmis par valeurl Le typage est strict


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Exemple

int x ;

x = 46 ;

float pi = 3.1416F ;

x 0

x 46

pi 3.1416

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Typage strictint a = 3 ;float x = 1.25F ;int b = a + x ; // ERREUR !

Si le programmeur sait ce qu’il fait, il peut écrire :int b = a + (int) x ; // ce qui fait 4 !float y = a + x ; // dans ce sens c’est permis // et on obtient bien 4.25


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Objets

Définition : les objets sont des instances de classesl Ils sont crées et détruits dynamiquement par la JVMl Ils sont accédés par des référencesl La notation pointée permet le déréférencementl Une référence n’est pas un pointeurl Les références sont fortement typéesl Les paramètres objets sont transmis par référence

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Exempleclass Simplissime{ int i = 0 ;

void incrémente (){ i++ ; }

}

…Simplissime o1 ;o1 = new Simplissime () ;o1.i = 18 ;o1.incrémente () ; // donc 19o1 = new MonAutreClasse () ; // interdit !


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Exemple (suite)o1 null

incrémente ()

0o1

incrémente ()

18o1

incrémente ()

19o1

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6. LES TABLEAUXUn tableau est une structure qui comporte plusieurs éléments demême typeLa taille du tableau est déterminée au moment de sa créationdynamiqueAprès sa création, un tableau est une structure de taille fixe


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Tableaux = objetsUn tableau Java est un objet Java

l Extension implicite de la classe Objectl Créé par un newl Manipulé par référencel Intégré au langage avec une syntaxe particulière

Un tableau Java tab contient deux variablesl La longueur

tab.lengthl Le tableau proprement dit qui est encapsulél La notation indicée permet d'accéder aux éléments

tab [indice]

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Type des éléments

Les éléments d'un tableau sont soit des valeurs soit des objetsl Valeurs d'un même type de base

char [], byte [], short [], int [], long [],float [], double [], boolean []

l Objets d'une même classeObject [], String [], Frame [], Point [], …

l Objets particuliers : tableaux de même type ========>>>> Tableaux à plusieurs dimensionsint [] [], int [] [] []

Un tableau Java est typé : ses éléments sont uniformément typés


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Représentation interneEn interne, un tableau comporte deux variables d'instance

l La longueur sur un intl La suite des éléments

Les éléments d'un tableau sont rangées en séquencel Valeurs d'un même type de base

– Ces valeurs sont rangées en séquencel Objets d'une même classe

– Les références à ces objets sont rangées en séquencel Tableaux de même type

– Les références aux tableaux sont rangées en séquenceL'accès à un élément particulier se fait par un calcul d'adresse à partirde son indice

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Référence de tableauUne référence de tableau est typée

l Par le type du tableau (de ses éléments)l Le type du tableau ne détermine pas sa taille

Une référence de tableau est déclarée et initialisée à null par défautl Le tableau doit ensuite être créé dynamiquement d'une

taille donnéel Une même référence peut être utilisée successivement

– Pour des tableaux différents– Pour des tableaux de tailles différentes


60

Tableau de valeurs

int [] tab ;tab = new int [n] ;tab [3] = 10 ;

tab null

taille = ntab

………………………

00

0

A l'initialisation, le tableau d'entiers estun tableau de valeurs 0

000

01234

n-1

/ 10

31


61

La variable tableau est une référence

tab = {7, 8, 9} ;La variable tab référence unnouveau tableauLe premier tableau est récupéré parle ramasse-miette

taille = ntab

………………………

00

0

000

01234

n-1

/ 10taille = 3789

012


62

Syntaxel Déclaration

int [] tab ;l Création

tab = new int [N] ;l Déclaration + création

int [] tab = new int [N] ;l Création des éléments

// les int sont crées avec le tableau// ils valent 0 au départ

l Initialisation à l'aide d'une constante tableauint [] tab = {12, 0, 23, 1, -2, 0, 10} ;

32


63

Itération sur un tableau

La boucle for est utilisée de façon "canonique" pour parcourir leséléments d'un tableauEx :

int [] tab = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10} ;int somme = 0 ;for (int i = 0 ; i < tab.length ; i++)

somme += tab [i] ;


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Tableau d'objets

Simplissime [] tab ;tab = new Simplissime [n] ;tab [3] = new Simplissime() ;tab [3].incrémente () ;

tab null

taille = ntab

………………………

nullnull

nullA l'initialisation, le tableau d'objets estun tableau de références nulles

nullnullnull

01234

n-1

incrémente ()

0/ / 1

33


65

Syntaxel Déclaration

MaClasse [] tab ;l Création

tab = new MaClasse [N] ;l Déclaration + création

MaClasse [] tab = new MaClasse [N] ;l Création des éléments

for (int i = 0 ; i < tab.length ; i++)tab [i] = new MaClasse (…) ;


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Syntaxe (suite)l Initialisation à l'aide d'une constante tableau

MaClasse unObjet = new MaClasse (…) ;

MaClasse [] tab ={ new MaClasse (…),

unObjet,new MaClasse (…),unObjet

} ; // soit 4 éléments pour 3 objets

34


67

Références multiplestaille = n

tab

………………………

null

null

01234

n-1

incrémente ()

1

incrémente ()

0

incrémente ()

14


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Tableaux multidimensionnelsUn élément de tableau peut lui même être un tableaul Le tableau peut être N-dimensionnel régulier

double [][] matrice = new double [3][3] ;float [][][] valeurChamp =new float [100][100][100] ;

l Le tableau peut être N-dimensionnel irrégulierint [][] triangle5 ={ {1},{1, 1},{1, 2, 1},{1, 3, 3, 1},{1, 4, 6, 4, 1} } ;

l Le "tableau" peut former une hiérarchie de hauteur variable

35


69

Tableau 2D de valeurstab

taille = 500000

01234

taille = 3012

taille = 500000

01234

taille = 500000

01234

int [][] tab ;tab = new int [3][5] ;tab [1][1] = 10 ;


70

11 11 21 3

13 1

1 4 6 4 11 5 10 10 5 11 6 15 20 15 6 11 7 21 35 35 21 7 1… … … … … … … … …

Triangle de Pascal

Le triangle est définit par les équationssuivantes :

Ci,j = 1 si j=1 ou j=iCi,j = Ci-1,j-1 + Ci-1,j si 1<j<i

36


71

Tableau 2D irrégulierclass TriangleDePascal

{int [][] triangle ;TriangleDePascal (int nbl)

{ if (nbl < 0) return ;triangle = new int [nbl][] ;for (int i = 0 ; i < nbl ; i++){ triangle [i] = new int [i + 1] ;

triangle [i][0] = 1 ;for (int j = 1 ; j < i ; j++)

triangle [i][j] =triangle [i - 1][j - 1] +triangle [i - 1][j] ;

triangle [i][i] = 1 ;}

}


72

Tableau 2D irrégulier — FigureTriangle5

taille = 514641

01234

taille = 3121

012

taille = 41331

0123

taille = 501234

taille = 110

taille = 2110

1

37


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Itération sur un tableau irrégulierpublic String toString ()

{ String s = "" ;for (int i = 0 ; i < triangle.length ; i++)

{ s += "(" + triangle [i][0] ;for (int j = 1 ; j < triangle [i].length ; j++)

s += ", " + triangle [i][j] ;s += ")\n" ;

}return s ;

}} // fin classe TriangleDePascal


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Tableaux dangereux

Un élément de tableau peut lui même être un tableaul Le tableau peut être N-dimensionnel régulierl Le tableau peut être N-dimensionnel irrégulierl Le "tableau" peut former une hiérarchie de hauteur variable

Object [] bizarre ={valeurChamp, matrice, new Simplissime (),

unObjet, triangle} ;

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