Java: руководство для начинающих (ЛП)

Даже самый краткий обзор языка Java будет неполным без упоминания его основных свойств. И хотя главной причиной, побудившей к разработке Java, послужила потребность в языке, позволяющем создавать переносимые и защищенные программы, заметное влияние на оформление Java в окончательном виде оказали и другие факторы. Ниже вкратце перечислены основные свойств этого языка программирования.ПростотаJava обладает лаконичными, тесно связанными друг с другом и легко усваи¬ваемыми языковыми средствамиБезопасностьПредоставляет безопасные средства для создания интернет-приложенийПереносимостьПрограммы на Java могут выполняться в любой среде, для которой имеетсяисполняющая система JavaОбъектно-ориентированный характерВоплощает современную концепцию объектно-ориентированного програм¬мированияНадежностьСтимулирует безошибочное программирование благодаря строгому кон¬тролю типов и проверкам во время выполнения программМногопоточностьОбеспечивает встроенную поддержку многопоточного программированияАрхитектурная независимостьНе привязан к конкретному типу вычислительной машины или архитектуре операционной системыИнтерпретируемостьПредоставляет байт-код, обеспечивающий независимость от платформыВысокая производительностьБайт-код Java сильно оптимизирован на повышение скорости выполненияРаспределенностьРазработан для применения в распределенной среде ИнтернетаДинамичностьПрограммы на Java содержат значительную долю информации, используе¬мой во время выполнения для проверки и разрешения доступа к объектамОбъектно-ориентированное программирование

Одним из главных свойств Java является поддержка объектно-ориентированного программирования (ОПП). Объектная методология неотделима от Java, а все программы на Java в той или иной степени являются объектно-ориентированными. Поэтому имеет смысл кратко рассмотреть принципы ООП, прежде чем переходить к написанию даже самой простой программы на Java.

Объектно-ориентированный подход к программированию позволяет разрабатывать достаточно сложные программы. С момента появления первого компьютера методология программирования претерпела ряд существенных изменений, связанных с возрастанием сложности программ. На заре вычислительной техники процесс программирования представлял собой ввод машинных команд в двоичной форме с пульта управления ЭВМ. В то время размеры программ не превышали нескольких сотен команд, и поэтому такой подход считался вполне приемлемым. Затем появился язык ассемблера. Символьное представление машинных команд и процедура компиляции позволили перейти к созданию более сложных программ. В связи с дальнейшим увеличением объема программного кода появились языки высокого уровня. Они стали теми инструментами, которые позволили программистам справиться с постепенным усложнением программ. Первым из широко распространенных языков высокого уровня стал FORTRAN. Разработка FORTRAN стала важным этапом в развитии языков программирования, но этот язык не вполне подходил для создания удобочитаемых программ.

В 1960-е годы начало зарождаться структурное программирование. Впоследствии для поддержки данного подхода был созданы такие языки, как С и Pascal. Благодаря структурированным языкам программирования появилась возможность очень просто создавать программы средней сложности. Главными свойствами структурированных языков стали поддержка независимых подпрограмм, локальных переменных, наличие расширенного набора управляющих конструкций и отсутствие оператора GOTO. Но, несмотря на то что структурированные языки стали мощными инструментами программирования, с увеличением объема и сложности проектов их возможности были быстро исчерпаны.

На каждом очередном этапе развития методологии и инструментальных средств программирования разработчики получали возможность создавать все более сложные программы. На этом пути очередной подход наследовал лучшие черты своих предшественников, а кроме того, он приобретал новые качества, позволявшие двигаться вперед. К моменту разработки принципов ООП многие проекты стали настолько сложными, что управлять ими средствами структурного программирования уже не представлялось возможным. Объектно-ориентированная методология позволила разработчикам преодолеть эти препятствия.

Создатели объектно-ориентированного программирования переняли лучшие идеи у структурного программирования и дополнили их новыми понятиями. В результате возник новый способ организации программ. В принципе программы могут создаваться двумя путями: на основе кода (выполняющего действия) и на основе данных (подвергающихся обработке). При использовании только принципов структурного программирования программы организуются на основе кода. Такой подход можно рассматривать как код, воздействующий на данные.

Объектно-ориентированное программирование подразумевает другой подход. Программы организуются на основе данных по следующему главному принципу: данные управляют доступом к коду. В объектно-ориентированных языках программирования определяются данные и процедуры, которым разрешается обрабатывать эти данные. Таким образом, тип данных определяет те операции, которые применимы к этим данным.

Во всех объектно-ориентированных языках программирования, в том числе и в Java, поддерживаются три основных принципа ООП: инкапсуляция, полиморфизм и наследование. Рассмотрим каждый из этих принципов в отдельности.Инкапсуляция

Инкапсуляция представляет собой механизм программирования, объединяющий код и данные, которыми он манипулирует. Он предотвращает несанкционированный доступ к данным извне и их некорректное использование. В объектно-ориентированных языках программирования код и данные организуются в некое подобие “черного ящика”. В результате такого объединения кода и данных создается объект. Иными словами, объект — это компонент, поддерживающий инкапсуляцию.

Данные и код внутри объекта могут быть закрытыми (private) или открытыми (public). Закрытый код или данные доступны только элементам, содержащимся в том же самом объекте. Поэтому обратиться к такому коду или данным вне пределов объекта невозможно. Если код или данные являются открытыми, то к ним можно обращаться из любой части программы (несмотря на то, что они находятся внутри объекта). Как правило, открытые элементы объекта используются для создания управляемого интерфейса к его закрытым элементам.

Основной языковой конструкцией, поддерживающей инкапсуляцию в Java, является класс. Классы будут подробнее рассматриваться далее в этой книге, но о них нужно сказать несколько слов уже теперь. Класс определяет тип объекта. В нем определяются как данные, так и код, выполняющий определенные действия над этими данными. В Java определение или так называемая спецификация класса служит для построения объектов. Объекты представляют собой экземпляры классов. Следовательно, класс — это ряд “чертежей”, по которым строится объект.

Код и данные в составе класса называются членами класса. Данные, определенные в составе класса, принято называть переменными-членами или переменными экземпляра, а код, выполняющий действия над этими данными, — методами-членами, или просто методами. Метод — это термин, которым в Java принято обозначать подпрограмму. Если вы знакомы с языками C/C++, то, вероятно, знаете, что в этих языках для той же самой цели служит термин функция.Полиморфизм

Полиморфизм (от греческого слова, означающего “много форм”) — это свойство, позволяющее с помощью одного интерфейса обращаться к общему ряду действий. Конкретное действие определяется ситуацией. В качестве примера, позволяющего лучше понять принцип полиморфизма, можно привести руль автомобиля. Руль (т.е. интерфейс) остается одним и тем же, независимо от того, какой именно механизм рулевого управления применяется в автомобиле, будь то зубчатая, реечная передача или гидроусилитель. Таким образом, зная, как обращаться с рулем, вы можете управлять автомобилем любого типа.

Тот же самый принцип применяется и в программировании. Рассмотрим в качестве примера стек (структуру данных, организованных по принципу “последним пришел — первым обслужен”). Допустим, в программе требуются три разнотипных стека. Первый стек служит для хранения целочисленных значений, второй — для хранения значений с плавающей точкой и третий — для хранения символьных значений. Каждый стек реализуется с помощью одного и того же алгоритма, несмотря на то, что в стеках хранятся разнотипные данные. На языке, не поддерживающем ООП, пришлось бы создавать три разных ряда процедур управления стеками, присвоив им разные имена. А на Java благодаря полиморфизму можно создать один общий ряд процедур управления стеками, который будет действовать по-разному в зависимости от конкретного типа стека. Таким образом, зная, как работать с одним стеком, можно обращаться со всеми тремя стеками.