Java - kurs podstawowy (semestr zimowy 2012/13)

Java to współczesny obiektowy język programowania stworzony przez Jamesa Goslinga z firmy Sun Microsystems. Od momentu powstania w połowie lat 90-tych XX wieku przeżył on dynamiczny rozwój a zainteresowanie nim stale rośnie. Język Java przyciągnął do dziś prawie 7 milionów programistów. Znajduje zastosowanie w każdej ważniejszej gałęzi przemysłu informatycznego i jest obecny w różnego rodzaju urządzeniach, komputerach i sieciach. Popularność Javy wynika przede wszystkim z przenośności programów i niezależności od konkretnej platwormy sprzętowej, a co za tym idzie, ma zastosowanie w Internecie oraz ogólnie w aplikacjach sieciowych. Jego podstawowe koncepcje zostały przejęte z języka Smalltalk (maszyna wirtualna, odśmiecanie pamięci) oraz z języka C++ (znaczna część składni i słów kluczowych).

Celem tych zajęć jest nauka programowania w języku Java oraz zapoznanie z podstawowymi technologiami Javy.

Wymagane przygotowanie

• Umiejętność programowania w języku C/C++ (podstawowe konstrukcje językowe i obiekty na elementarnym poziomie).
• Znajomość podstawowych struktur danych (tablice, listy, drzewa, grafy).

Literatura

Literatura papierowa polskojęzyczna:

• Ken Arnold, James Gosling: Java. WNT, Warszawa 1999.
• Krzysztof Barteczko: Java. Od podstaw do technologii. Tom 1 i 2. Wydawnictwo MIKOM, Warszawa 2004.
• Herbert Schildt: Java. Kompendium programisty. Wydawnictwo HELION, Gliwice 2005.
• Bruce Eckel: Thinking in Java. Wydanie 4. Edycja polska. Wydawnictwo HELION, Gliwice 2006.

Literatura papierowa anglojęzyczna:

• Ken Arnold, James Gosling, David Holmes: The Java Programming Language. Fourth Edition. Prentice Hall PTR, 2005.
• James Gosling, Bill Joy, Guy Steele, Gilad Bracha: The Java Language Specification. Third Edition. Prentice Hall PTR, 2005.
• Tim Lindholm, Frank Yellin: The Java Virtual Machine Specification. Second Edition. Prentice Hall PTR, 1999.

Literatura elektroniczna anglojęzyczna:

• Java SE 7 Documentation
• Java SE 7 API Specification
• The Java Tutorials
• Programming tutorials and source code examples (www.java2s.com)

Terminarz

• wykład: czwartek 8-10 s.119 (Paweł Rzechonek)
• laboratoria:
  wtorek 10-12 s.107 (Dariusz Biernacki)
  czwartek 10-12 s.110 (Paweł Rzechonek)
  czwartek 16-18 s.108 (Marek Szykuła)

Laboratorium

Zasady zaliczenia przedmiotu

Ogólnie:

W semestrze będzie opublikowanych (na tej stronie) kilkanaście prostych zadań do zaprogramowania. Za każde poprawnie zaprogramowane zadanie i oddane w terminie można będzie dostać do 10 punktów (chociaż zadania będą różnej trudności).

Terminy:

Zadania do zaprogramowania będą ogłaszane w tygodniu poprzedzającym termin ich realizacji. Zadania należy oddawać w wyznaczonym terminie. Spóźnienia nie będą tolerowane, za wyjątkiem uzasadnionych sytuacji życiowych: choroba potwierdzona zwolnieniem lekarskim, wezwanie do Sądu, itp.

Prezentacje:

Programy należy prezentować osobiście w czasie pracowni (proszę nie wysyłać programów pocztą elektroniczną, ani nie przekazywać ich poprzez kolegów czy koleżanki). W trakcie prezentacji programu trzeba się liczyć z pytamiami dotyczącymi zadania: metoda rozwiązania, zastosowane konstrukcje językowe, wykorzystane technologie, itp.

Oceny:

Aby zaliczyć laboratorium na ocenę dostateczną trzeba do końca semestru zdobyć 50% z wszystkich możliwych do uzyskania punktów; na ocenę bardzo dobrą trzeba będzie zgromadzić 90% punktów; oceny pośrednie pozostją w liniowej zależności od przedstawionych wymagań granicznych.

Lista zadań laboratoryjnych

1. 9/11.10.2012: łańcuchy Fibonacciego (pdf)
2. 16/18.10.2012: wzór dwumianowy Newtona (pdf)
3. 23/25.10.2012: drzewa obliczeń (pdf)
4. 6/8.11.2012: drzewa binarnych poszukiwań (pdf)
5. 20/22.11.2012: kalkulator ONP (pdf)
6. 27/29.11.2012: liczby arabskie i rzymskie (pdf)
7. 11/13.12.2012: gra strategiczna Gomoku (pdf)
8. 18/20.12.2012: edytor obrazów (pdf)
9. 8/10.01.2013: robaki (pdf)
10. 15/17.01.2013: uniwersalny kalendarz (pdf)

 

11. 22/24.01.2013: lista cykliczna (pdf) - zadanie dodatkowe

Ranking

• grupa DaBi (pdf)
• grupa MSz (html)
• grupa PRz (xls)

Wykład

Materiał omawiany na wykładach

Spis wykładów:

1: ogólnie o języku Java	2: klasy i obiekty	3: dziedziczenie i polimorfizm
4: interfejsy, klasy wewnętrzne	5: wyjątki, asercje	6: dzienniki, wyrażenia regularne
7: AWT i zdarzenia	8: Swing - komponenty GUI	9: Swing - architektura okien
10: strumienie	11: wątki	12: Swing - architektura MVC
13: programowanie generyczne	14: kolekcje, wyliczenia	15: refleksja, adnotacje

4.10.2012 (ogólnie o języku Java)

Koncepcja Javy:

• historia Javy;
• wirtualna maszyna Javy;
• podstawowe cechy Javy (podobieństwo składniowe do C++, obiektowość, kontrola typów, odśmiecanie, współbieżność);
• biblioteki standardowe Javy i ich dokumentacja;
• technologie Javy;
• środowisko programistyczne NetBeans.

Składnia języka Java:

• pierwszy program w Javie;
• kompilowanie programów - javac;
• uruchamianie programów - java;
• literały, zmienne, operatory, wyrażenia, instrukcje sterujące, komentarze;
• typy pierwotne i referencyjne;
• tworzenie obiektów (operator new) i ich usuwanie (garbage-collector);
• klasy opakowujące dla typów pierwotnych;
• napisy (klasa String);
• tablice, tablice wielowymiarowe;
• standardowe wejście/wyjście;
• parametry wywołania programu.

Przykładowe programy:

PierwszyProgram.java

ArgumentyProgramu.java

PolskieZnakiISO88592.java

NapisDoLiczby.java

TrojkatnaTablica.java

11.10.2012 (klasy i obiekty)

Klasy i obiekty:

• klasa jako nowy typ danych;
• definicjowanie włanych klas;
• składowe klasy: pola i metody;
• referencja this;
• pola definiują stan obiektu;
• inicjalizacja pól instancyjnych, instancyjny blok inicjalizacyjny;
• metody definiują funkcjonalność obiektu;
• konstruktory, konstruktor domyślny;
• wywołanie konstruktora wewnątrz innego konstruktora (konstrukcja this);
• przeciążanie nazw konstruktorów i metod;
• metody ze zmienną liczbą argumentów;
• pola finalne (deklarator final) i ich inicjalizacja;
• składowe statyczne (deklarator static);
• inicjalizacja pól statycznych, statyczny blok inicjalizacyjny;
• ograniczenia metod staycznych;
• odzyskiwanie pamięci przez garbage-collector, metoda finalize();
• ukrywanie implementacji i kontrola dostępu do składowych (deklaratory public, private, protected oraz widoczność pakietowa).

Pakiety:

• definiowanie własnych pakietów;
• importowanie całych pakietów, pojedynczych klas z pakietu i składowych statycznych z wybranej klasy;
• parametr -classpath przy kompilacji i przy uruchamianiu programów;
• pakiety standardowe.

Przykładowy program:

Punkt2D.java

18.10.2012 (dziedziczenie i polimorfizm)

Dziedziczenie:

• deklaracja dziedziczenia;
• dziedziczenie jednobazowe (dziedziczenie po klasie Object);
• hierarchia dziedziczenia w postaci drzewa;
• inicjalizacja obiektu i konstruktory w klasie pochodnej;
• inicjalizacja części odziedziczonej (konstrukcja super);
• dodawanie nowych pól i metod;
• przesłanianie pól;
• nadpisywanie metod;
• upublicznianie składowych;
• wywoływanie starych metod z nadklasy (konstrukcja super).

Polimorfizm:

• rzutowanie i operator instanceof;
• referencja do obiektu danej klasy może wskazywać na obiekt dowolnej klasy pochodnej;
• polimorficzne wywoływanie metod;
• klasy i metody ostateczne/finalne (modyfikator final);
• klasy i metody abstrakcyjne (modyfikator abstract).

Przykładowe programy:

Wyrazenie.java, Operator1Arg.java, Operator2Arg.java, Liczba.java, WartBezwzgl.java, Dodaj.java, Mnoz.java, TestWyr.java

25.10.2012 (interfejsy, klasy wewnętrzne)

Interfejsy:

• rola interfejsów w programowaniu obiektowym;
• definiowanie interfejsów;
• domyślne modyfikatory pól i metod w interfejsach;
• rozszerzanie interfejsów;
• zastosowania interfejsów;
• adaptery;
• interfejs Cloneable i klonowanie obiektów.

Klasy wewnętrzne:

• definiowanie klas wewnętrznych;
• dostęp do klasy zewnętrznej poprzez Klasa.this;
• tworzenie obiektów klas wewnętrznych poprzez obiekt.new;
• definiowanie statycznych klas zagnieżdżonych;
• definiowanie wewnętrznych klas lokalnych;
• anonimowe klasy wewnętrzne.

Komentarze dokumentacyjne:

• umieszczanie komentarzy dokumentacyjnych w programie;
• tagi w komentarzach dokumentacyjnych;
• generowanie dokumentacji - javadoc.

Przykładowe programy:

Zbior.java, TablicaDynamiczna.java, TestKlonTab.java

Zbior.java, Lista.java, TestKlonLis.java

08.11.2012 (wyjątki i asercje)

Wyjątki:

• czym są wyjątki i jak się ich używa (podział kodu na procedury obliczeniowe i sterujące);
• hierarchia klas wyjątków (klasa Throwable);
• wyjątki kontrolowane i niekontrolowane (klasy Error i RuntimeException);
• nieprzechwycone wyjątki;
• zgłaszanie wyjątków - instrukcja throw;
• klauzula throws i jej postać w przypadku nadpisywania;
• wychwytywanie wyjątków - instrukcja try-catch;
• klauzula finally i jej wykonanie;
• deklarowanie własnych klas wyjątków;
• kolejkowanie wyjątków.

Asercje:

• czym są asercje i jak się ich używa (niezmienniki w programie);
• instrukcja assert;
• sterowanie programem za pomocą asercji (wyjątek AssertionError);
• włączanie i wyłączanie asercji (domyślnie asercje są wyłączone).

13.11.2012 (dzienniki, wyrażenia regularne)

Dzienniki:

• rejestracja komunikatów w dziennikach;
• zapis do dziennika przy użyciu Logger.global;
• własne rejestratory i ich hierarchia;
• określenie poziomu szczegółowości komunikatów (obiekt Level);
• metody służące do śledzenia przepływu wykonania programu;
• narzędzia sterujące przepływem komunikatów (obiekty typu Handler);
• zapisywanie rekordów z komunikatami w formacie XML w plikach.

Łańcuchy znakowe:

• niemodyfikowalne łańcuchy typu String;
• konwersje do łańcuchów znakowych (metody toString() i valueOf() );
• konkatenacja łańcuchów;
• porównywanie łańcuchów;
• wyszukiwanie w łańcuchach;
• przekształcanie łańcuchów;
• formatowane tworzenie łańcuchów (metoda format() );
• modyfikowalne łańcuchy typu StringBuffer i StringBuilder;
• operacje modyfikujące
• rozbiór tekstu na tokeny za pomocą obiektu StringTokenizer.

Wyrażenia regularne:

• budowa wyrażeń regularnych;
• dopasowanie łańcucha do wyrażenia regularnego (metoda maches() w klasie String);
• podział łańcucha względem wyrażenia regularnego (metoda split() w klasie String);
• przetwarzanie wyrażeń regularnych za pomoca klas Pattern i Matcher.

22.11.2012 (AWT i zdarzenia)

Komponenty AWT:

• hierarchia klas komponentów AWT;
• komponenty proste i kontenery;
• okna Frame i ich właściwości;
• okna dialogowe Dialog i modalność;
• menadżery rozkładu komponentów w kontenerach.

Grafika:

• obiekt Canvas jako płaszczyzna do rysowania;
• robot graficzny Graphics;
• kolory (klasa Color);
• czcionki (klasa Font);
• kreślenie napisów i prostych figur.

Obsługa zdarzeń:

• model obsługi zdarzeń oparty na delegatach;
• klasy zdarzeń;
• źródła zdarzeń;
• interfejsy do nasłuchu zdarzeń;
• definiowanie delegatów do odbioru zdarzeń;
• adaptery zdarzeń.

Przykładowe programy:

TestFrame1.java

TestFrame2.java

TestFrame3.java

TestPanel.java

TestCanvas.java

TestActionEvent.java

TestLayoutFlowLayout.java

TestLayoutBorderLayout.java

TestLayoutGridLayout.java

TestLayoutNull.java

29.11.2012 (Swing - komponenty GUI)

Architektura komponentów GUI w Swingu:

• hierarchia klas komponentów Swing;
• komponenty lekkie i ciężkie w Swingu;
• komponenty wewnętrzne (lekkie);
• okna (komponenty ciężkie);
• własne komponenty.

Podstawowe komponenty Swing:

• przegląd podstawowych komponentów GUI w Swingu;
• szablon aplikacji w Swingu;
• grafika w Swingu;
• menu, menu kontekstowe, mnemoniki, akceleratory;
• dialogi i klasa JOptionPane.

6.12.2012 (Swing - architektura okien)

Okna w Swingu:

• architektura okien w Swingu;
• warstwy i z-order;
• okna wewnętrzne JInternalFrame;
• wygląd komponentów sterowany obiekty z grupy LookAndFeel.

Specjalizowane komponenty Swing:

• panel dzielony JSplitPane;
• panel z zakładkami JTabbedPane;
• panel przewijalny JScrollPane;
• pasek narzędzi JToolBar.

13.12.2012 (strumienie)

Strumienie:

• pojęcie strumienia;
• strumienie do czytania i pisania;
• strumienie bajtowe i znakowe;
• strumienie przedmiotowe (konkretne źródło i ujście danych);
• strumienie przetwarzające i filtrujące;
• kodowanie w strumieniach znakowych;
• strumienie kompresujące;
• serializacja (interfejs Serializable);
• pliki i kataogi (klasa File);
• archiwa javy - jar.

20.12.2012 (wątki)

Wątki:

• pojęcie procesu i wątków w procesie;
• tworzenie wątków w javie, ich uruchamianie i kończenie;
• przerywanie działania wątku (metoda interrupt());
• cykl życia wątku;
• synchronizacja wątków (metody i bloki synchronizowane);
• pola z deklaratorem volatile;
• koordynacja wątków (metody wait(), notify() i notifyAll());
• wymuszanie pracy innych wątków (metody yield() i join());
• wątki demony;
• priorytety wątków.

3.01.2013 (Swing - architektura MVC)

MVC:

• idea MVC - oddzielenie danych od ich prezentacji;
• MVC w Swingu;
• szczegóły MVC na przykładzie JList:
  • model danych ListModel,
  • model GUI ListSelectionModel,
  • komunikacja model-widok w AbstractListModel,
  • kreślarz w liście ListCellRenderer.
• zaawansowane komponenty Swing:
  • lista JList;
  • drzewo JTree;
  • tabela JTable;
  • komponenty tekstowe i lista rozwijalna.

Przykładowy program:

Totolotek.java

10.01.2013 (programowanie generyczne)

Programowanie generyczne:

• zastosowanie programowania generycznego;
• parametryzacja klas;
• parametryzacja metod;
• parametry ograniczone;
• implementacja parametyzacji w Javie - mechanizm znoszenia;
• typy surowe;
• parametryzacja interfejsów;
• parametryzacja podczas dziedziczenia;
• parametry wieloznaczne - wildcards;
• ograniczenia dla typów generycznych.

17.01.2013 (kolekcje, wyliczenia)

Kolekcje standardowe:

• kolekcje standardowe i ich używanie w programowaniu;
• stare kolekcje Vector, Properties i BitSet;
• architektura interfejsów kolekcyjnych;
• dynamiczne zbiory danych i interfejs Collection<T>;
• dynamiczne zbiory asocjacyjne i interfejs Map<K,V>;
• implementacje interfejsów kolekcyjnych;
• iteratory i interfejs Iterator<E>;
• przeglądanie i modyfikowanie kolekcji za pomocą iteratorów;
• algorytmy zawarte w klasie Arrays i Collections;
• implementacja własnej kolekcji.

Wyliczenia:

• definiowanie prostych wyliczeń;
• typy wyliczeniowe jako klasy dziedziczące po Enum;
• stałe wyliczeniowe i ich nazwy;
• import statyczny w przypadku wyliczeń;
• porównywanie wyliczeń, typ wyliczeniowy w instrukcji if;
• identyfikacja wyliczeń, typ wyliczeniowy w instrukcji switch;
• metody statyczne values() i valueOf();
• typ wyliczeniowy w pętli for;
• wartości porządkowe stałych wyliczeniowych, metoda ordinal();
• dodawanie pól, metod i konstruktorów w wyliczeniach.

Slajdy do wykładu:

kolekcje.ppt

wyliczenia.ppt

24.01.2013 (refleksja, adnotacje)

Refleksja:

• typy otoczkowe i autoboxing;
• klasa Class;
• literały klasowe;
• dynamiczne ładowanie klas;
• pojęcie refleksji;
• pozyskanie informacji o klasie w trakcie wykonania programu;
• działania na składowych w obiekcie z wykorzystaniem refleksji;
• dekompilacja programów - javap.

Adnotacje:

• adnotacje - notatki w programie;
• definicja notatki @interface i jej użycie;
• strategia zachowania notatek @Retention;
• określenie typu deklaracji związanej z notatką @Target;
• notatki z wartościami domyślnymi składowych;
• notatki z jedną składową i notatki znacznikowe;
• czytanie notatek w czasie działania programu;
• notatki wbudowane.

Instytut Informatyki