INTRODUZIONE AL LINGUAGGIO JAVA

Java e' un linguaggio orientato ad oggetti / Object-Oriented (OO).

Che significa linguaggio orientato ad oggetti?

In un linguaggio imperativo tradizionale (non O.O.) ci sono:

• dati, la cui struttura e' specificata da tipi, i dati sono inerti
• procecure o funzioni che agiscono sui dati, ciascuna ha argomenti e risultato di certi tipi

Esempio:
Il tipo "cerchio" e' un record con due float x ed y per le coordinate del centro ed un floar r per il raggio.
La funzione "area" prende un cerchio e ritorna la sua area.

#include <stdio.h>
typedef struct {  float x; float y; float r;  } Cerchio;
float area(Cerchio c)  {  return c.r*c.r*3.14;  }
void main()
{
  Cerchio c;
  float a;
  c.x = 3.4; c.y = 12.8; c.r = 9.0;
  a = area(c);
  printf("Cerchio di centro %f,%f e raggio %f, area =  %f\n",
         c.x, c.y, c.r, a);  
}

In un linguaggio object oriented:

• i dati sono attivi
• il concetto di tipo e' sostituito da quello di classe
• una classe e' molto piu' di un tipo (vedremo...)

Esempio:
La classe "cerchio" ha due float x ed y per le coordinate del centro, un floar r per il raggio, ed una funzione "area" che ritorna l'area del cerchio.

class Cerchio
{
  float x;  float y;  float r;
  float area()  {  return r*r*3.14f;  }

  public static void main(String[] args) 
  {
    Cerchio c = new Cerchio();
    c.x = 3.4f; c.y = 12.8f; c.r = 9.0f;
    float a = c.area();
    System.out.println("Cerchio di centro " + c.x + "," + c.y +
                       " e raggio " + c.r + ", area = " + a);
  }
}

Diversa notazione per chiamare le funzioni. Es. se c e' un cerchio:

• in linguaggio tradizionale: area(c)
• in linguaggio object oriented: c.area()

Che cosa e' una classe

Una classe e' l'analogo di un tipo ma comprende anche le funzioni che agiscono su quel tipo.
E' come un record dove alcuni campi sono variabili ed altri sono funzioni.

• le variabili, dette anche attributi, modellano uno stato
• le funzioni, dette anche metodi, modellano un comportamento

Analogia tra classe e modulo:

• Un modulo e' un file contenente la definizione di un tipo e delle operazioni che agiscono su quel tipo. Un modulo puo' avere variabili e funzioni locali, cioe' usate internamente al modulo e non accessibili dall'esterno.
• Una classe definisce un tipo e contemporaneamente le operazioni che agiscono su quel tipo. Alcune variabili e operazioni sono private e usabili solo dall'interno della classe, altre sono pubbliche e usabili dall'esterno.

Che cosa e' un oggetto

Come si dice "un valore di un tipo" cosi' si dice "un oggetto di una classe".
Si dice che un oggetto e' istanza della sua classe.

Un oggetto ha:

• uno stato descritto dai valori che attribuisce alle variabili dichiarate come attributi della sua classe
• un comportamento dato dalle funzioni definite come metodi della sua classe
• una identita' immutabile, che permane anche quando cambia stato, cioe' cambia i valori delle variabili

Un oggetto e' la "nobilitazione" di un puntatore. L'identita' di un oggetto e' la locazione di memoria dove stanno scritti i suoi dati. I valori contenuti in questa locazione possono cambiare nel tempo ma la locazione e' sempre la stessa.

Che cosa c'e' in una classe

Abbiamo detto che una classe ha variabili e funzioni. Non tutte le variabili / funzioni hanno la stessa portata...

Di istanza / di classe

• Variabili di istanza
  Ne esistera' una per ciascun oggetto della classe, con valori di solito diversi in oggetti diversi (come tradizionalmente i campi di un record).
  Si accedono con notazione obj.var, dove obj e' un oggetto e var e' il nome della variabile.

• Variabili di classe
  Ne esiste una condivisa da tutti gli oggetti della classe.
  Si accedono con notazione Cls.var dove Cls e' il nome della classe oppure con obj.var, dove obj e' un oggetto qualsiasi della classe

• Funzioni di istanza
  Agiscono su un oggetto che funge da argomento implicito.
  Si chiamano con la notazione obj.fun(...) dove obj e' un oggetto della classe, obj sara' l'argomento implicito. Quando, dentro il body di fun, appare una variabile, questa variabile e' quella dell'oggetto obj.

• Funzioni di classe
  Non hanno argomenti impliciti. Sono un po' come le funzioni tradizionali dei linguaggi imperativi, ma sono legate ad una classe.
  Si chiamano con la notazione Cls.fun(...) dove Cls e' il nome della classe oppure con obj.fun(...), dove obj e' un oggetto qualsiasi della classe

In Java variabili e funzioni di classe sono contrassegnate da parola chiave "static".
Esempio: nella classe "cerchio" posso mettere variabile

static float pigreco = 3.14f;

  float area()  {  return r*r*pigreco;  }

static final float PIGRECO = 3.14f;

Pubbliche e private

• Variabili e funzioni pubbliche possono essere chiamate da dentro altre classi.
• Variabili e funzioni private possono essere chiamate solo da dentro questa classe

In java devo ripetere le parole chiave "public" e "private" prima di ogni variabile o funzione. Dove non specificato, si intende "public".

Si dice che una classe "incapsula" lo stato dei suoi oggetti quando tutte le variabili che descrivono lo stato sono private, percio' da fuori si possono leggere ed assegnare solo mediante le funzioni definite nella classe.

Incapsulazione e' utile quando i valori dello stato sono soggetti a vincoli di validita', e quindi e' importante evitare che qualcuno li modifichi in modo incontrollato.

Esempio: il raggio del cerchio non puo' essere negativo.

class Cerchio
{
  float x;  float y;
  private float r;

  public boolean assegnaRaggio(float r0) 
  {
    if (r0<0) return false;
    r = r0;
    return true;
  }
  ...
}

Polimorfismo

In linguaggio tradizionale non posso avere funzioni diverse (cioe' con diversi tipi per argomenti e/o risultato) e con nome uguale.
In linguaggio object oriented si puo'. Si chiama "polimorfismo".

Esempio: funzione sul cerchio "assegna centro" che puo' prendere x,y (e lo mette in x,y) oppure niente (e lo mette in 0,0).

  void assegnaCentro(float x0, float y0)  {  x = x0; y = y0;  }
  void assegnaCentro()  {  x = y = 0.0f;  }

Naturalmente posso avere funzioni con stesso nome in classi diverse. E questo non e' polimorfismo (e' come avere campi con stesso nome in tipi record diversi).

Costruttori e distruttori

Una classe ha sempre due funzioni speciali:

• Costruttore: serve per allocare e inizializzare lo stato di un oggetto al momento della sua creazione. Puo' avere parametri a piacere ma non ha valore di ritorno. Posso avere piu' costruttori con parametri diversi.
• Distruttore: serve per deallocare un oggetto quando non serve piu'. Non ha parametri.

Se non definisco costruttore ce n'e' uno di default che inizializza a zero tutte le variabili. Se non definisco distruttore ce n'e' uno di default che non fa nulla. Se metto il mio, quello di default si perde.
Esempio per classe "cerchio":

  Cerchio(float x0, float y0, float r0)  {  x = x0; y = y0; r = r0;  }
  Cerchio()  {  x = y = r = 0.0f;  }

Oggetti e puntatori

In molti linguaggi O.O. incluso Java (ed escluso C++) c'e' garbage collection = gestione automatica di allocazione e deallocazione della memoria dinamica.
Non esistono puntatori, sostituiti da oggetti.

La memoria di un oggetto viene allocata alla sua creazione:

Cerchio c = new Cerchio(...);

Ereditarieta'

Corrisponde all'idea di un tipo che e' raffinamento di un altro tipo, cioe' gli aggiunge qualcosa.

Una sotto-classe raffina / estende / arricchisce una super-classe aggiungendo nuove variabili e/o nuove funzioni, oppure ridefinendo l'implementazione (cioe' sostituendo il body) di funzioni gia' presenti nella super-classe.

Esempio: Classe "cerchio colorato" aggiunge il colore al cerchio. Eredita tutte le altre variabili e funzioni dalla classe "cerchio".

class CerchioColorato extends Cerchio
{
  float red; float green; float blue;
}

Variabili e funzioni oltre che private e pubbliche possono essere protette: le puo' usare solo la classe stessa oppure le sue sottoclassi. In Java parola chiave "protected". Quelle private le puo' usare solo la classe stessa.

Dovunque si puo' usare un oggetto della super-classe si puo' usare anche un oggetto della sottoclasse.
Se Cls2 sottoclasse di Cls1 posso mettere un oggetto di classe Cls2 dentro una variabile di classe Cls1.
Nonostante l'oggetto sia della sotto-classe, finche' sta in variabile della super-classe gli posso applicare solo metodi della super-classe.

Binding

Binding = come viene associata l'implementazione al nome di una funzione, quando questa viene chiamata.

Un oggetto conosce la sua classe. Supponiamo che fun sia una funzione reimplementata nella sotto-classe. Se obj1 e' della super-classe, obj1.fun(...) esegue l'implementazione della super-classe, se obj2 e' della sotto-classe, obj2.fun(...) esegue l'implementazione della sotto-classe.

In Java questo anche se obj2 fosse dentro una variabile dichiarata come super-classe, perche' c'e' binding dinamico!
In C++ no perche' c'e' binding statico, a meno che il programmatore non dichiari espressamente che per fun vuole binding dinamico.

Gerarchie di ereditarieta'

• Ereditarieta' singola: una classe puo' avere una sola super-classe (come in Java)
• Ereditarieta' multipla: una classe puo' avere piu' super-classi (come in C++), di difficile gestione, non la vediamo

La relazione di super-classe / sotto-classe genera una gerarchia che (se ereditarieta' e' singola) si puo' rappresentare con un albero.

Classi astratte ed interfacce

Esistono classi astratte che non possono avere istanze, ma servono come super-classi in una gerarchia. Possono dichiarare dei metodi senza darne l'implementazione, che sara' data nelle sottoclassi. Non hanno costruttore.

Le interfacce sono come le classi astratte ma dichiarano solo metodi (non variabili) e non danno l'implementazione di nessuno.
Interfaccia descrive il comportamento comune di oggetti di classi diverse.

Esempio: cerchi, quadrati, ... hanno tutti una funzione "disegnami" anche se le rispettive classi non hanno nulla in comune.

interface Disegnabile
{
  public void disegnami();
}

class Cerchio implements Disegnabile
{
  public void disegnami()  {...}
  ...
}

class Quadrato implements Disegnabile
{
  public void disegnami()  {...}
  ...
}

In Java una classe puo estendere una sola super-classe (ereditarieta' singola) ma puo' implementare un numero arbitrario di interfacce.

Sul linguaggio Java

La classe XXX va messa in un file chiamato XXX.java (stesso nome della classe con estensione .java).

Un programma puo' consistere di piu' file (uno per classe). Java rintraccia automaticamente i file che servono, purche' siano nella directory corrente.

Java (a differenza di C++) e' linguaggio totalmente object oriented. A parte i tipi base (int, float, double, boolean, char) tutti gli altri tipi sono classi.

Il "main" e' una funzione in una classe, che deve avere i seguenti parametri:

  public static void main(String[] args)

Java ha una grande libreria di classi predefinite (Java Foundation Classes, JFC), tra cui:

• funzioni matematiche: classe Math
• liste, stack, dizionari...
• stringhe di caratteri: classi String (stringa non modificabile) e StringBuffer (stringa modificabile)
• file
• strumenti per interfacce grafiche: AWT e Swing

Manuale dei package e delle classi predefinite Java disponibile in rete (http://java.sun.com/reference/api/).

Compilare ed eseguire

Java e' linguaggio pensato per generare programmi portabili su piattaforme diverse senza essere ricompilati ("compile once, execute everywhere").

• Compile once: javac XXX.java
  compilatore prende sorgente XXX.java e genera bytecode XXX.class
• Execute everywhere: java XXX
  interprete prende bytecode e lo esegue

Posso eseguire su qualunque macchina sia installato l'interprete anche se non ha il compilatore. In rete (http://java.sun.com/ e in particolare http://java.sun.com/javase/technologies/) sono disponibili per solaris / windows / linux:

• JDK (Java Development Toolkit) pacchetto che ha entrambi compilatore ed interprete
• JRE (Java Runtime Environment) pacchetto che ha solo l'interprete