[Java] Introdução à Programação em Java

[Knitter]

Este tópico pretende ser uma introdução à lingugem Java e um complemento ao tópico iniciado aqui.

Não pretendo apresentar a história do Java, para isso podem recorrer ao tópico indicado ou à wikipedia onde podem obter informações sobre a plataforma e sobre a linguagem.

Darei início a uma leve apresentação da linguagem, chamem-lhe capítulo zero, que depois complementarei com conceitos mais aprofundados.

Capítulo Zero, parte I.

Java é uma linguagem apoiada por um paradigama de programação chamado Programação Orientada a Objectos, sem o qual não é possível programar em Java. Como não espero que leiam os textos que indiquei, farei um pequeno resumo...

1. Um pouco de teoria!

Apenas uma introdução.

1.1.E que raio é isso de POO?

Conceito geral de Programação Orientada a Objectos

A Programação Orientada a Objectos consiste em ver um programa como um conjunto de entidades, os objectos, que interagem entre si através do uso de mensagens.

Cada objecto é definido por um grupo de atributos e por métodos que disponibiliza para o exterior.

Podem assim ser considerados pequenas caixas pretas cuja implementação não interessa para os outros objectos, apenas a forma como podem comunicar é importante.

Em POO traduzir um problema real para programação torna-se mais fácil e natural uma vez que os objectos possuem muitas vezes semelhanças com objectos reais.

Java não é, no entanto, uma linguagem orientada a objectos pura uma vez que possui tipos de dados primitivos que não são objectos.

1.2.Algumas definições

Para que todos falemos a mesma língua.

Package: Forma de organizar as classes ou outros recursos do programa, como imagens e ficheiros de i18n, por semelhanças, seja por categorias, funcionalidades ou outras.

Um package pode conter outros dentro e por convenção o seu nome é em minúsculas.

Classe: Abstracção que define um objecto. Consideremos uma classe como um molde. Uma classe é normalmente definida num ficheiro mas um ficheiro pode ter outras classes definidas, que se chamam Classes Anónimas e Classes Internas.

Estes últimos dois nomes são traduzidos de "Nested Class" e de "Inner Class" e por isso podem ver outras traduções.

Objecto ou instância: Resultado do molde ou classe ao qual foram aplicados valores. A classe String define um conjunto de caracteristas que qualquer 'string' possui. Em contrapartida "Knitter" pode ser o objecto resultante da classe String.

Um objecto ou instância possui valores específicos, memória associada, referência, etc.

Método: Capacidades do objecto de onde se salientam as formas de comunicação do mesmo. Os métodos podem ser de instância, na medida em que afectam apenas o objecto sobre o qual se invocou o método ou de classe afectando todas as instâncias da classe presentes.

Herança: Processo pelo qual os objectos ganham caracteristicas dos seus pais. Mas uma subclasse pode e deve introduzir comportamento e características próprias. Uma classe em Java é sempre subclasse de outra, por defeito da classe Object.

Encapsulamento: Conceito que permite esconder os detalhes de implementação de determinada classe. Os métodos e atributos de uma classe podem ser públicos, protegidos¹ ou privados dependendo se estão disponíveis para todas as outras classes, apenas subclasses, ou apenas na própria classe, respectivamente.

Caso não seja especificado o tipo de acesso de determinado atributo/método, o Java assume que ele se encontra acessivel à própria classe e a classes no mesmo package.

Polimorfismo: Polimorfismo é a capacidade de um objecto redefinir o comportamento herdado provondo assim o aparecimento de duas classes que respondem de formas diferentes à mesma mensagem. Isto é, a classe Object possui um método chamado toString que transforma em String o nome da classe e alguns outros parâmetros. Ao criar a classe MeuObjeto posso redifinir o método para que apresente qualquer texto que eu queira. Ao ser invocado o método nos dois objectos, a mesma mensagem, produz efeitos diferentes.

2. Caracteristicas da linguagem

- É uma linguagem orientada a objectos.

- É um linguagem independente da plataforma e da arquitectura. Um programa criado em Java é compilado para bytecode, este código é universal e entendido por todas as máquinas virtuais de Java. Desta forma o código não fica restrito à plataforma onde foi compilado e pode ser executado sem alterações em qualquer plataforma onde exista um interpretador Java, ou JVM.

No entanto o bytecode criado pode ser compilado para a plataforma, tornando-se assim código nativo. Isto é conseguido recorrendo ao compilador JIT que analisa o código e o torna nativo.

De notar que existem duas formas difentes de máquinas virtuais ou JVM, a "client" e a "server" que possuem capacidade distintas. A JVM "client", ou cliente, é a que é usado pelas aplicações comuns e é a que é possível encontrar no JRE standard. A "server", ou servidor, é usada pelas aplicações "enterprise", aplicações mais exigentes onde as optimizações da componente "server" se fazem notar.

- Distribuída. Possui primitivas de comunicação de alto nível como carregamento de recursos via URL, Remote Method Invocation e CORBA IIOP.

Possui primiticas de comunicação de baixo nível através de Sockets.

Permite também carregar código de forma transparente a partir de qualquer lugar.

- Robusta. Não possui ponteiros. Em Java os ponteiros são substituidos por referências e toda a aritmética de ponteiros desaparece. Existe a verificação de acesso a tabelas e operações de cast em runtime.

- Segura. Acrescentando ao facto de que o código é verificado durante a execução, de que código desconhecido é executado isoladamente, de que não é possível aceder a indíces fora de tabelas e de que não existem ponteiros com os seus acessos perigoso à memória, o Java permite ainda que o código seja autenticado através de assinaturas digitais e certificados.

- Suporta multithreading. As bibliotecas são thread safe, e o suporte para threads, além de fazer parte da biblioteca, usando a classe Thread, está embutido na linguagem através de métodos sincronizados e semáforos associados a cada classe.

3. O código

Java tem grande base em C/C++, o compilador HotSpot da Sun é feito em C++, e por isso programadores que estejam habituados a essas duas linguagens encontrarão muito delas na linguagem Java.

3.1. Comentários

Comentários são conseguidos da mesma forma que em C/C++ no entanto aparecem novos tipos de comentários associados à linguagem, os comentários de documentação.

/*Isto é um 
comentário de 
várias linhas*/

//Isto é um comentário de linha única

/** Isto é um comentário para ser usado na documentação ou JavaDoc
*  Alguns IDEs geram documentação de comentários deste tipo. Existem várias
*  tags que podem ser usadas para formatar o aspecto final da documentação mas isso é outra história.
*/

3.2.Tipos de dados

Em Java todos os tipos de dados têm tamanho fixo, isso mesmo, seja em 64bits seja em 32bits, se estiverem a usar java, um int tem sempre o mesmo tamanho. Essa é mais uma razão que torna o Java independente da plataforma.

Além disso todos os tipos primitivos possuem uma classe que permite adaptá-los e transformá-los em objectos.

Todos os tipos de dados possuem sinal e não existe o modificador unsigned como no C/C++

Tipo Primitivo	Tamanho	Valor minímo	Valor máximo	Valores possíveis	Classe de adaptação
boolean[2]	1 bit	-	-	true, false	Boolean
char	16 bit	Unicode 0	Unicode 2^16 - 1	'a' b' 'c'... etc.	Character
byte	8 bit	-128	127	Qualquer valor dentro da gama. Formato pode ser decimal(10, 12, -1), octal(010, 017) ou hexadecimal(0x2e, 0xff)	Byte
short	16 bit	-32,768	32,767	Qualquer valor dentro da gama. Formato pode ser decimal(10, 12, -1), octal(010, 017) ou hexadecimal(0x2e, 0xff)	Short
int	32 bit	-2,147,483,648	2,147,483,647	Qualquer valor dentro da gama. Formato pode ser decimal(10, 12, -1), octal(010, 017) ou hexadecimal(0x2e, 0xff)	Integer
long	64 bit	-9,223,372,036,854,775,808	9,223,372,036,854,775,807	Qualquer valor dentro da gama. Suporta os formatos decimal, octal e hexadecimalacrescentando um L ou l ao final. Ex.: 0x7ffffffffffffffL	Long
float	32 bit	+/-3.4e-38	+/-3.4e+38	Qualquer valor dentro da gama. Formato idêntico ao do long mas com a letra F ou f.	Float
double	64 bit	+/-1.7e-308	+/-1.7e+308	Qualquer valor dentro da gama. Formato decimal ou científico(2.2e-2 ou 2.2E-2)	Double

3.3. Operadores

Apenas os principais. São iguais ao C.

3.3.1. Atribuição

=

3.3.2. Aritméticos

Não podem ser aplicados ao tipo boolean

+, -, /, *, %

3.3.3. Aritméticos + atribuição

+=, -=, /=, *=, %=

 

3.3.4. Relacionais

Produzem um resultado do tipo boolean

>, >=, <, <=, ==, !=

Só o == e o != é que podem ser aplicados ao tipo boolean

3.3.5. Lógicos

Apenas podem ser aplicados a valores boolean e produzem como resultado um valor também do tipo boolean.

&&; AND lógico.

||; OR lógico.

!; Negação lógica.

3.3.6. Operador ternário

expressão do tipo boolean ? expressão caso verdadeiro : expressão caso falso

3.3.7. Operador de conversão, Cast

(Novo tipo)Expressão

A conversão de tipos menores para tipos maiores é feita de forma automática.

A conversão de tipos maiores para tipos menores tem de ser feita de forma explicita utilizando o operador de cast.

Tomando como exemplo as duas classes apresentadas acima, Object e a sua subclasse MeuObjecto:

Object x;
MeuObjecto y;

(...)
x=y; //conversão automática, qualquer y é um x
y=(MeuObjecto)x; //conversão explicita, neste caso chamado downcast, pode ocorrer um erro em runtime.
                //Ninguém garante que este x seja um y! Neste caso ocorre mesmo um erro de runtime
                //uma vez que x foi declarado com do tipo Object que nunca pode ser convertido para MeuObjecto.
(...)

O cast de objectos levanta algumas questões. Atenção o seguinte exemplo é meramente académico, não é real e está errado conceptualemente.

Para abordarmos o problema considerem a que uma classe ocupa 2bytes, classe Bytes2, e que a sua subclasse ocupa mais 2 bytes, classe Byte4.

Se efectuarmos o cast de um objecto do tipo Byte4 para o tipo Byte2

Byte2 b2;
Byte4 b4;

(...)
(Byte2)b4;
(...)

não haverá qualquer problema. O que obtemos no final são os 2 bytes de uma classe que ocupava 4, nada de estranho.

Mas se por outro lado tentar-mos converter um objecto do tipo Byte2 em Byte4

Byte2 b2;
Byte4 b4;

(...)
(Byte4)b2;
(...)

Então vamos ter um problema, estamos a tentar fazer crescer uma classe, a classe que ocupava 2 bytes agora tenta ocupar 4. Quem já programou em C vai reconhecer aqui um belo acesso ilegal à memória!

No entanto o Java lança uma excepção e avisa-nos, normalmente este é do tipo de erros que se encontra nos primeiros testes.

3.4. Estruturas de controlo e Mecanismo de Excepções

Iguais às do C/C++ com excepção do mecanismo de excepções.

3.4.1. Estruturas de controlo

while (condição) {
   código
}

for (valor inicial; condição de paragem; incremento) {
   código
}

if (condição) {
   código
}

switch (valor de teste) {
   case 1:
       código;
       [break]
   case 2:
       código;
       [break]
   case (...):
       código;
       [break]
   case n:
       código;
       [break]
   default: 
       código;
       [break]
}

3.4.2. Mecanismo de excepções

O mecanismo de excepções será tratado mais adiante.

try {
   código
} catch (TipoDeExcepção nome) {
   Código
} finally {
código
}

3.5. Declaração de variáveis, métodos e os demais.

Em Java as variáveis podem ser declaradas em qualquer parte do código, normalmente são declaradas no início, muito à semelhança do C. No entanto, e tendo em conta que um objecto é uma caixa preta da qual não importa a implementação, muitos autores e alguns programas de modelação colocam as variáveis no fundo do código de modo a dar foco à funcionalidade. Em última análise é uma escolha pessoal.

Por outro lado as convenções ditam que as variáveis deve ter o seu nome começado por uma letra minúscula e que devem sempre ser iniciadas^[3].

Os métodos terão também os seus nomes iniciados por uma letra minúscula

As classes são escritas com a primeira letra dos seus nomes em maiúculas e sempre que o seu nome for resultado da composição de dois ou mais nomes, cada nome será iniciado em maiúscula.

Ex. MeuObjecto, MinhaPrimeiraClasse, etc.

Apresentação de uma classe:

package xpto;

import java.lang.String; 

public class MinhaPrimeiraClasse extends String implements Serializable {
   
   private int numero = 0;
   private String nome = null;
   
   public MinhaPrimeiraClasse() {
       this("Sem nome", 0);
   }
  
   public MinhaPrimeiraClasse(String nome, int numero) {
       this.nome = nome;
       this.numero = numero;
   }
}

O exemplo acima apresenta uma classe, que herda ou que é subclasse da classe String e que implementa uma interface chamada Serializable. O conceito de interfaces será apresentado futuramente.

Podem ver algumas coisas que não falei como o facto de a classe também ser publica, ou a palavra reservada this ou o import mas esses são assuntos a aprofundar mais tarde.

5. O que precisam para começar a programar?

O Java Development Kit, que além do JRE, contém os compiladores da linguagem e as APIs que permitem a programação.

O manual de java da sun, que podem ler on-line ou descarregar para usarem sempre que precisarem.

Um bom IDE

- Eclipse - Gratuito

- Borland JBuilder - Pago

- Netbeans - Gratuito

6. Recursos

Para quem falhou os links indicados no texto e para os que querem saber mais.

Geral:

- Why Java is Better than C;

- Site oficial da plataforma/linguagem;

- Forúm oficial da plataforma/linguagem.

Na wikipedia:

- Plataforma Java.

- Linguagem Java.

- POO.

- Bytecode Java.

- JVM.

- HotSpot JVM, a máquina da Sun

- Java package.

- Interantionalization ou i18n

Notas:

[1] Se verificarem com atenção métodos e atributos protegidos têm o mesmo acesso que métodos e atributos públicos, senão vejamos o caso dos atributos, que em tudo é igual ao dos métodos:

um atributo protegido é acedido apenas pela própria classe e pelas suas subclasses, assim basta que eu crie uma subclasse da classe com o atributo protegido a que quero ter acesso e tenho controlo desse atributo. Daqui posso criar métodos públicos que forneço a qualquer outra classe.

Em resumo o uso da palavra reservada protected e a consequente definição de atributos ou métodos protegidos não trás vantagens, pelo contrário poderá dar uma falsa segurança a um programador mais distraido.

[2] Em C/C++ o valor 0, zero, e o valor NULL eram considerados falso, em Java isso não acontece.

Enquanto que a seguinte instrução C é válida e avalia falso caso x == 0, e verdadeiro em caso contrário,

(...)
if(x) {
   //executa se x != 0
else
   //executa se x == 0
(...)

em Java a instrução terá de ser traduzida para:

(...)
if(x != 0) {
   //executa se x != 0
else
   //executa se x == 0
(...)

Qualquer tentativa de reproduzir o código de C/C++ directamente para Java provoca um erro de compilação.

[3] A palavra inglesa initialize não traduz para o português inicializar uma vez que inicializar não consta no dicionário de português. Traduz no entanto, em sentido, para a palavra iniciar.