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Revisões – Java

Algoritmos e Estruturas de Dados II– Licenciatura em Engenharia Informática e Computação –

www.fe.up.pt/∼rcamacho/cadeiras/AED2

Rui CamachoLIACC/FEUP Universidade do Porto

[email protected]

Fevereiro 2005

Rui Camacho Algoritmos e Estruturas de Dados II – LEIC

Revisões – Java

Fento-introdução àPOO


Revisões – Java

Abordagem Orientada a Objectos

Objectivo:

I aplicações que resolvem problemas de elevada complexidade

I facilitar a utilização de equipas de programadores

I técnicas de desenvolvimento rápido de aplicações

Abordagem:

I decompor o problema em partes mais simples e independentes

I cada equipa trabalha na implementação da solução de uma parte doproblema. Interacção ḿınima com as outras equipas

I os “módulos” desenvolvidos são reutilizáveis em outras aplicações


Revisões – Java

Linguagens de Alto-ńıvel iniciais

Limitações:

I falta de estruturação

I nenhuma espécie de encapsulamento

I nenhum aspecto de abstracção

Exemplos: implementações iniciais de Fortran e Basic


Revisões – Java

Procedimentos

Blocos de código com variáveis locais que implementam algoritmosou operações elementares de algoritmos. Acesso através dechamada pelo nome e passagem de parâmetros.Vantagens:

I estruturação/modularidade

I certo grau de encapsulamento

I certo grau de abstracção


Revisões – Java

Procedimentos (cont.)

Limitações:

I nomes de funções não podem ser duplicados (ex: a função de inserirem estruturas de dados diferentes requer funções com nomesdiferentes)

I dados manipulados por diferentes funções (ex: stack com operaçõesde pop e push) são declarados globais

I não existe instanciação. Não se pode replicar dinamicamente umaestrutura de dados com operações de manutenção associadas.

Exemplos: funções do C ou procedimentos/funções do Pascal


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Módulos

Blocos que ecapsulam dados e procedimentos. Uma interfaceespecifica o que é viśıvel do exterior.Vantagens:

I estruturação/modularidade

I encapsulamento de dados e procedimentos

I certo grau de abstracção

Limitações:

I não há instanciação. Só existe um módulo de cada “espécie”. Nãose pode replicar dinamicamente um módulo


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Tipos Abstractos de Dados

Conjunto de dados com operações de manipulação associadas.Vantagens:

I abstracção

I instanciação

Limitações:

I não tem algumas caracteŕısticas importantes de uma linguagemO.O. (ex: herança)

Exemplos: Stack com operações de pop, push, top etc


Revisões – Java

Objectos

Entidades que contêm dados e procedimentos e estão organizadashierarquicamente. Utilizam um mecanismo de envio de mensagens.Vantagens:

I abstracção/instanciação

I herança

I modularidade

I encapsulamento

I polimorfismo

Limitações:

I :-)


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Exemplo

Problema:

quero enviar um ramo de flores à minha mãe que mora numa outracidade

Solução:

vou à minha florista (donaFlor) e digo-lhe “envie um ramo de rosasà Sra ... que mora em ...”

(do livro “An introduction to Object-Oriented Programming” - Tomothy Budd)


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Perspectiva O.O. do exemplo

I para desencadear uma acção transmito uma mensagem a um agente(objecto)

I a acção é iniciada pela recepção de uma mensagem

I a mensagem tem um receptor e pode ter argumentos: tipo de flores,nome do destinatário, morada

I uma vez aceite a mensagem é da responsabilidade do receptor realizar aacção

I desconheço os pormenores que o receptor usa para realizar a acção(encapsulamento)


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Perspectiva O.O. do exemplo (cont.)

I assumo caracteŕısticas e comportamentos t́ıpicos da categoria (Florista) aque pertence a instância (donaFlor) (instanciação)

I assumo ainda caracteŕısticas de categorias mais gerais (ex: Vendedores)das quais as Floristas são uma categoria particular. (herança)

I a realização da tarefa pela donaFlor pode envolver outros agentes(objectos)


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Classes e Objectos


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Classes e ObjectosAnalogia

C Javatypedef struct{ class Pessoa{char nome[80]; int idade;

definição int idade;} Pessoa; public Pessoa(){

int = 0;}}

automática Pessoa pessoa1; int inteiro;criação a pedido pessoa2 = pessoa =

(Pessoa *) malloc( ... ); new Pessoa();


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Encapsulamento

Capacidade de isolar dados e/ou porções de código.Vantagens:

I facilidade de desenvolver programas estruturados

I não é preciso “memorizar” e/ou verificar utilizações anteriores dosnomes de variáveis e procedimentos

Desvantagens:

I Eficiência


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Abstracção

Capacidade de encapsular e isolar informação de design deinformação de execução.Vantagens:

I reutilização de software

I desenvolvimento mais rápido de software

Desvantagens:

I Eficiência (alguns compiladores de linguagens imperativas fazem“inline”)


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Herança

Prinćıpio que permite que conhecimento de uma categoria maisgeral que a categoria de um indiv́ıduo seja acesśıvel a esseindiv́ıduo.Vantagens:

I evita replicação de informação (código e dados)

I desenvolvimento mais rápido de software

Desvantagens:

I Eficiência


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Polimorfismo

Propriedade de utilizar o mesmo código para processar objectosdiferentes.Vantagens:

I Tratamento uniforme de entidades de natureza diferente masrelacionada (ex: biblioteca com livros, revistas, jornais ...)

I mais fácil actualização/manutenção de software


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Fento-introdução

aoJava


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Bibliografia

I “Thinking in Java”, Bruce Eckel, 2000http://www.bruceeckel.com

I “Java How to Program, Deitel & Deitel, Prentice Hall, 2000

I “Java for Engineers and Scientists”, Stephen J. Chapman, Prentice Hall,1999

I “Programação Orienteda aos Objectos em Java 2”, F. Mário Martins,FCA, 2000


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Caracteŕısticas do Java

I linguagem orientada a objectos

I abstracçãoI herançaI modularidadeI encapsulamentoI polimorfismo

I permite reutilização de software

I independente da plataforma

I facilidades gráficas independentes do dispositivo

I é do doḿınio público


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Caracteŕısticas do Java (cont.)

I facilidades para aplicações na Web

I facilidades para ligação a Bases de Dados

I facilidades para utilização de concorrência

I facilidades para computação distribúıda


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Caracteŕısticas menos positivas do Java

I execução lenta

I mecanismos de E/S complexos

I herança múltipla implementada com muitas limitações

I não é integralmente independente da plataforma(uso de threads depende do Sistema operativo)


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Elementos do Java

I linguagem de programação Java

I máquina virtual Java (Java Virtual Machine – JVM)máquina virtual executa um código chamado bytecode

I Java Application Programing Interface (Java API). Define as classespadrão dispońıveis na linguagem

um programa em Java corre como application ou applet


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Ambiente Java

(do livro “Java How to Program” - H. Deitel & P. Deitel)


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Classes em Java

Definem tipos abstractos de dados. Organizadas hierarquicamente.Os seus membros podem ser:

I campos de dados (guardam valores de atributos)

I variáveis do tipo primitivoI referências (“apontadores” para objectos)

I métodos (implementam comportamentos)

I construtoresI atribuição de valores (set methods)I inspecção de valores (get methods)I predicadosI métodos que implementam comportamentosI finalizador


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Tipos Primitivos

I Tipos primitivos não originam objectos (eficiência)

I variáveis automáticas

Tipo Tamanho Mı́nimo Máximo TipoPrimitivo Derivadoboolean 1 bit – – Booleanchar 16 bit Unicode 0 Unicode 216-1 Characterbyte 8 bit -128 127 Byteshort 16 bit -215 215 -1 Shortint 32 bit -231 231 -1 Integerlong 64 bit -263 263 -1 Longfloat 32 bit -3.4E+38 3.4E+38 Floatdouble 64 bit -1.8E+308 1.8E+308 Double


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Programar em Java


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Métodos– sobrecarga –

Métodos com o mesmo nome mas com número de parâmetros diferentes oumesmo número de parâmetros mas de tipos diferentes.

public class Complexo{

double parteReal, parteImaginaria;double modulo, fase;

public Complexo(){parteReal = parteImaginaria = 0.0;modulo = fase = 0.0;

}

public Complexo(double real){parteReal = real;modulo = real > 0.0 ? real : -real;parteImaginaria = fase = 0.0;

}

public Complexo(double real, double imag){parteReal = real;parteImaginaria = imag;modulo = Math.sqrt(real * real + imag * imag);fase = Math.atan(imag / real);

}}


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Métodos– sobreposição –

Uma subclasse contém um método com o mesmo nome, redefinindo essecomportamento da classe (codificar uma excepção, por exemplo).

public class Ave{

/* Dados */boolean voa;String nome;

/* Métodos */

public void setVoa(){voa = true;

}

public String toString(){return(nome + ” voa”);

}}


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Métodos– sobreposição –

public class Avestruz extends Ave{

/* Métodos */

public Avestruz(String nomeAve){nome = new String(nomeAve);

}

public void setVoa(){voa = false;

}

public String toString(){return(nome + ” nao voa.”);

}}

public class Pardal extends Ave{/* Método */

public Pardal(String nomeAve){nome = new String(nomeAve);

}

}


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Objectos

I Todos os objectos são instâncias de uma classe

I São criados “a pedido” usando a instrução new.Algo semelhante à gestão de memória dinâmica em C.

I São acedidos através de referências (apontadores)

I Como argumentos de métodos são passados por referência

I Espaço libertado por garbage collection quando não há nehuma referênciapara o objecto

declaração de referências:Pessoa pessoaRef1, pessoaRef2;

criação de dois objectos do tipo Pessoa:pessoaRef1 = new Pessoa();pessoaRef2 = new Pessoa();


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Instanciação


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Objectos (cont.)

Inicialmente três objectos são criados automaticamente:

I System.out → associado ao ecrã (“standard output”)

I System.in → associado ao teclado (“standard input”)

I System.err → associado ao ecrã (“standard error”)


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Realizar um programa em Java

I Identificar as entidades envolvidas no problema

I Cada entidade origina uma classe

I Sempre que posśıvel usar classes da Java API

I Codificar cada classe

I conceber a estrutura da classedadosmétodos

I ligar a classe na hierarquia de classesI Uma classe com um método public static void main()

onde o programa inicia a execução

I Guardar uma classe em cada ficheiro .java

I Compilar os ficheiros: javac *.java

I Executar o programa: java ClassePrincipal


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Packages

Agrupamento de classes relacionadas logicamente.

I (excepto a package java.lang) usar uma classe de uma package só depoisde importar a package (import)

I instruções import têm que ser as primeiras linhas (não cometários) doficheiro

I permite referir facilmente um conjunto de classes relacionadas

I a importação do java.lang é automática

I procura das packages determinada pela variável de ambiente CLASSPATH

I todas as classes encontradas em CLASSPATH sem declaração de packagesão, por omissão, da mesma package


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Modificadores de acesso

I public – todos os objectos podem aceder a um membro public

I private – só métodos do próprio objecto podem aceder.Um membro private não é herdado

I sem qualquer modificador/por omissão – todos os métodos declasses da mesma package podem aceder

I protected – todos os métodos de classes da mesma package podemaceder e todos os métodos das subclasses


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Variáveis de classe e de instância

I variável de classe é partilhada por todos os objectos dessa classe. Sóexiste uma cópia da variável. Declarada comstatic int variavel;

I variável de instância: cada objecto tem uma cópia independente.Não tem modificador static. Por omissão os campos de dados deuma classe são de instância.

I Variáveis static são usadas para guardar informação global a todosos objectos da classe (número de objectos criados, declaração deconstantes comuns aos objectos da classe, etc)


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Métodos de classe (static)

I Podem ser executados antes da criação de um objecto da classe aque pertencem

I Só podem aceder a membros de classe (static) da classe mas nãopodem aceder a membros de instância

I Geralmente utilizados para cálculos utilitários: sqrt(), seno() etc.


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Modificador final

I em Classes: classe que não pode ter subclasses

I em Métodos: método que não pode ser sobreposto

I em Variáveis: variável cujo valor não pode ser alterado apósinicialização.Processo em Java para declarar constantes: final double PI =3.141592;


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Polimorfismo em Java

Propriedade que permite tratar objectos de subclasses diferentescomo objectos de uma única superclasse seleccionandoautomaticamente os métodos apropiados a cada objecto.Para obter um comportamento polimórfico fazer:

I definir os métodos polimórficos numa superclasse comum

I utilizar a sobreposição de métodos para sobrepor os métodos emcada classe que os herda


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Modificador abstract

I Método abstract não tem corpo.Declaração de funcionalidades que as classes derivadas devem fornecer

I Classe abstract não tem instâncias

I uma classe abstract pode implementar alguns dos métodos , especificandooutros como abstract

I todas as subclasses de uma classe abstract têm que reescrever todos os métodosabstract da superclasse

public abstract class Forma{public abstract void desenha();

}public class Circulo extends Forma{

public void desenha(){..... código aqui ...

}}


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Excepções

Uma excepção é um evento que interrompe o normal fluxo deexecução de um programa (geralmente um erro)

I quando um método não consegue completar o seu processamentonormal atira (throws) uma excepção

I excepções são objectos da classe Exception ou de suas subclasses

I são essencialmente usadas para tratar erros que devem ser tratadosa um ńıvel diferente do ńıvel onde o erro ocorreu


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Processamento de Excepções

exemplo do livro “Java for Engineers and Scientists” , S. J. Chapman (caṕıtulo 8)


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I Todas as classes Java têm que tratar (catch) qualquerexcepção verificável em tempo-de-compilação que ocorradentro do seu doḿınio ou então explicitamente atirá-la(throw)

I as excepções são atiradas incluindo a palavra throws nadefinição do métodopublic void setData(int dia, int mes, int ano) throws ExcepcaoDataInvalida{

I criadas com new (são objectos) e atiradas com throwthrow new ExcepcaoDataInvalida()


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I qualquer excepção atirada por um método deve ser apanhada e tratadaou re-atirada por todos os métodos acima na árvore de chamadas

I se todos os métodos re-atirarem a excepção então o program mostra umamensagem de erro e aborta

try{... // codigo onde pode ocorrer um erro

}catch(Excep1 e){

... // executado caso ocorra excepcao da class Excep1 ou subclasse}catch(Excep2 e){... // executado caso ocorra excepcao da class Excep2 ou subclasse}....finally{

... // sempre executado ocorra ou nao excepcao

}


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“Herança múltipla”

Problema: como definir objectos que se enquadram em mais do que umahierarquia

public interface Barulhento{String barulho();

}

public interface Movimenta se{String locomocao();

}

Interface:I abstracta: não pode ser implementada independentemente de uma classe

I métodos são public abstract

I atributos são public static final


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Interfaces – exemplo

public interface Relacao{

// Devolve true se a > b, em que a e’ o ojecto correntepublic boolean eMaior( Object b );

Devolve true se a < b, em que a e’ o ojecto correntepublic boolean eMenor( Object b );

// Devolve true se a == b, em que a e’ o objecto correntepublic boolean eIgual( Object b );

}

exemplo traduzido do livro “Java for Engineers and Scientists” , S. J. Chapman (caṕıtulo 9)


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public class OrdenaObjectos {

// Definicao do metodo de ordenacaopublic static Object[] sort(Object[] obj) {

int i, j; // Indices para os ciclos forint menor; // Aponta o valor mais pequenoObject temp; // para trocar el. vector

for ( i = 0; i < obj.length-1; i++ ) {

menor = i;for ( j = i+1; j < obj.length; j++ )if (((Relacao) obj[j]).eMenor((Relacao) obj[menor]))

menor = j;

if (i != menor) {temp = obj[i];obj[i] = obj[menor];obj[menor] = temp;

}}

// Devolve os objectos ordenadosreturn obj;

}}



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public class Linha implements Relacao {private double x1; // First x valueprivate double x2; // Second x valueprivate double y1; // First y valueprivate double y2; // Second y value

public Linha(double x1, double y1, double x2, double y2) {this.x1 = x1;this.x2 = x2;this.y1 = y1;this.y2 = y2;

}public double length( ) {

return Math.sqrt( (x2-x1)*(x2-x1) + (y2-y1)*(y2-y1) );}// Returns true if current object > bpublic boolean eMaior( Object b ) {

return length() > ((Linha)b).length();}// Returns true if current object < bpublic boolean eMenor( Object b ) {

return length() < ((Linha)b).length();}public boolean eIgual( Object b ) {

return length() == ((Linha)b).length();}public String toString( ) {

return ”Linha from (” + x1 + ”,” + y1 + ”) to (”+ x2 + ”,” + y2 + ”): Length = ” + length();}

}

traduzido de “Java for Engineers and Scientists” , S. J. Chapman (caṕıtulo 9)


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public class TestLinha {

public static void main(String[] args) {

Object objecto[] = new Linha[5];

objecto[0] = new Linha(0,0,2,1);objecto[1] = new Linha(0,0,1,-1);objecto[2] = new Linha(-1,1,1,1);objecto[3] = new Linha(2,0,0,0);objecto[4] = new Linha(0,2,-2,0);

// Ordena objectvos por ordem crescenteOrdenaObjectos.sort( objecto );

for(int i = 0; i < objecto.length; i++ ) {System.out.println(objecto[i].toString());

}}

}



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