Programmi elemendid

Programmeerimiskeeltega seotud mõisted

Juhtimine (control) - käskude täitmise järjekorra määramine. Vt. joonis1 ja joonis2.

suunamine märgendatud käsule (goto) - inimesele raske jälgida/hallata (spagetti), masinkäskude taseme vahend

struktuursed juhtimisdirektiivid (üks sisend - üks väljund), mida kasutatakse ühe programmi piires:

järjend (sequence), plokk (block) - rühmitamiseks

hargnemine tingimuse järgi (if-then, if-then-else)

valik (switch-case, ... )

tsükkel (mitu liiki: for, while, ...), iteratsioon

programmide kombineerimine, alamprogrammid (OOP korral meetodid) - hiljem täpsemalt

veatöötlus, katkestused, ... - hiljem täpsemalt.

Andmed (data) - imperatiivses paradigmas on andmed passiivsed, OOP kapseldab andmed ja operatsioonid kokku.

tüübid - mis "liiki" andmeid saab töödelda. Madaltaseme tüübid ja programmeerimiskeele tüübid.

väärtused - kuidas väljendada mingit tüüpi suurusi. Väärtusvaru.

muutujad - "konteinerid" väärtuste hoidmiseks. Nimi, tüüp, väärtus, asukoht, algväärtus.

omistamine (assignment) - muutuja väärtuse muutmine.

konstandid - väärtuse esitamiseks nime abil, mugavused programmi kirjutamisel ja muutmisel.

avaldised - tehted väärtustega, prioriteedid, prefiks- ja infikskuju.

operatsioonid - sisend/väljund, ...

struktuursed tüübid, massiivid, ... - hiljem täpsemalt.

objektid, klassid, ... - hiljem täpsemalt.

Programm on algoritmi realisatsioon konkreetses programmeerimiskeeles - seega programmil on reeglina:

sisend - algandmed, mida programm kasutab tulemuse saamiseks

väljund - tulemused

struktuur - millistest osadest programm koosneb. Programmi ei kirjutata laustekstina, programm ehitatakse kindlatest komponentidest (näit. juhtimisstruktuurid).

Märkus: Kõik programmid ei pruugi omada selget sisendit/väljundit - mõned "teevad" midagi interaktsioonis keskkonnaga - näit. op.süsteem.

Programme projekteeritakse (design) hoolikalt. Meetodite arengust - struktuurprogrammeerimine, objektorienteeritud programmeerimine.
Ülalt alla projekteerimine. Alt-üles programmeerimine, moodulid, taaskasutatavad komponendid.

Näide. Ruutvõrrandi ax² + bx + c = 0 reaallahendite leidmine.

Leiame käsiraamatust lahendivalemi (kõik teavad?)
Sisendiks on kordajad a, b, c
Väljundiks on lahendid x₁ ja x₂
Eriolukorrad:

kui a=0 , siis ei ole tegemist ruutvõrrandiga
kui b² - 4ac < 0, siis reaallahendid puuduvad

Algoritm:

Sisestada algandmed a, b, c
Kui a=0, siis viga
Arvutada d = b² - 4ac
Kui d < 0, siis reaallahendid puuduvad
Arvutada x₁ ja x₂ lahendivalemi põhjal
Väljastada x₁ ja x₂

Detailiseerime need sammud. Joonistame illustreerimiseks skeemid.
Lõpuks jõuame Java-programmini:

public class Ruutvorrand {

// Klass TextIO.class   D.Eck'i 6pikust peab olema jooksvas kataloogis!

   public static void main (String[] param) {

     // andmete sisestus
      TextIO.putln ("Ruutv6rrandi lahendamine. Sisesta kordajad:");
      TextIO.put ("a = ");
      double a = TextIO.getlnDouble();
      TextIO.put ("b = ");
      double b = TextIO.getlnDouble();
      TextIO.put ("c = ");
      double c = TextIO.getlnDouble();

     // tulemuse leidmine
      if (Math.abs (a) < 0.000000000001) // a == 0.
         throw new RuntimeException ("\nTegemist pole ruutv6rrandiga, a==0.");
      double d = b*b - 4.*a*c;
      if (d < 0.)
         throw new RuntimeException ("\nReaallahendid puuduvad!");
      double x1 = (-b + Math.sqrt (d)) / (2.*a);
      double x2 = (-b - Math.sqrt (d)) / (2.*a);

     // tulemuste v2ljastamine
      TextIO.putln ("x1 = " + x1);
      TextIO.putln ("x2 = " + x2);

   } // main

} // Ruutvorrand

Tutvumine programmeerimiskeele detailidega:

leksika - "sõnad", lekseemid, literaalid

kommentaarid

identifikaatorid

võtmesõnad (reserveeritud identifikaatorid)

konstandid - täisarv, reaalarv, sümbol, sõne, tõeväärtus, ...

eraldajad, tehtemärgid, liitnimed, ...

süntaks - "õigekiri", formaalne grammatika

programmi üldine ülesehitus

andmete kirjeldamine, tüübisüsteem

direktiivid (laused)

juhtimisstruktuurid

alamprogrammide vormistamine

semantika - "tähendus" - keele õppimisel käsitletakse tavaliselt koos süntaksiga

API - teegid, valmiskomponendid

"parim praktika", valmislahenduste skeletid, õppematerjal, ...

koodistiil...

Niisuguse sissejuhatuse järel on aeg minna lähemale keelele Java. Selgitused ja näited tulevad eraldi, järgnev on lühikonspekt Java kohta.

Java põhimõisted

Java definitsioon Sunilt

Kompileerimisüksus:
          võimalik paketikirjeldus
          võimalikud impordikirjeldused
          klasside ja/või liideste kirjeldused

Klassikirjeldus:
          päis (modifikaatorid, seos teiste klasside ja liidestega)
          klassimuutujad (static)
          isendimuutujad (igal isendil individuaalsed)
          konstruktorid (erilised klassimeetodid isendite loomiseks)
          klassimeetodid (static)
          isendimeetodid

Meetod:
          päis (parameetrid, võimalikud eriolukorrad)
          sisu (plokk)

Plokk:
          muutujakirjeldused
          laused (direktiivid)
          võimalikud sisemiste klasside kirjeldused

Klass, kompileerimisüksus, pakett

Kompileerimisüksus

Java-programmi tekst koosneb klasside (class) ja/või liideste (interface) kirjeldustest. Preprotsessorit teksti eeltöötluseks ei kasutata.

Kompileerimisüksus (ingl.k. compilation unit) on Java lähtetekst (faililaiendiga .java), mis reeglina sisaldab ühte avalikku (public) klassi või liidest. Selle klassi/liidese nimi on ühtlasi failinime prefiksiks. NB! Java puhul on suurte-väikeste tähtede erinevus oluline! On kombeks, et klassi/liidese nimi algab suurtähega (vastavalt siis ka failinimi).

Kompileerimisüksus kuulub mingi paketi koosseisu.

Kompileerimine

Java kompilaatorile javac antakse ette kompileerimisüksus (näit. HelloApplet.java) ja kui vigu ei teki, siis on tulemuseks transleeritud klass(id) faililaiendiga .class(näit. HelloApplet.class). Transleeritud klasside formaadiks on platvormist sõltumatu Java virtuaalmasina baitkood.
javac HelloApplet.java
Kui kompileerimisüksus on jooksvas kataloogis, siis pole klassitee (ingl.k. class path) määramine tavaliselt vajalik. Kui kompilaatorile on tarvis kirjeldada teed vajalike transleeritud klassideni, siis võib seda teha käsurea parameetriga -classpath või läbi keskkonnamuutuja CLASSPATH . Kui transleeritud klassid tuleb paigutada mingisse muusse kataloogi, siis saab seda teha käsurea parameetri -d abil.

Pakett

Pakett (ingl.k. package) on loogiliselt seotud kompileerimisüksuste hulk (n.ö. teek). Pakettide nimed on liitnimed, milles nimeosad kirjutatakse väiketähtedega ja nende eraldajana kasutatakse punkti (näit. java.awt.event). Üldisemad nimeosad paiknevad eespool.
Liitnimi on vajalik paketile viitamiseks failisüsteemis - Java keele seisukohalt on paketinimed kõik samal tasemel (puudub alampaketi mõiste). Paketid võimaldavad klasse grupeerida ja määrata meetodite nähtavuspiirkonda.
Nende klasside kasutamiseks, mis paiknevad mingi paketi koosseisus, nad imporditakse (import). Pakett java.langimporditakse vaikimisi.
Paketikirjeldus (package) määrab antud kompileerimisüksuse jaoks, millisesse paketti ta kuulub. Kõik need kompileerimisüksused, millel paketikirjeldus puudub, kuuluvad ühte suurde nimetusse paketti.

Klass

Klass sisaldab klassimuutujaid, klassimeetodeid, algatajaid, konstruktoreid, isendimuutujaid ja isendimeetodeid (hetkel ei anna täpset definitsiooni, klassi omadused on reeglina static). Klass on alati mingi teise klassi alamklass (extends-täiend), kui sellekohane viide puudub, siis java.lang.Object alamklass.

Programmi käivitamine käsurealt

Käsurealt saab käivitada neid klasse, milles leidub klassimeetod, mille signatuur (nimi ja parameetrite tüübid) on:
public static void main (String[] kasureaparameetrid)
s.t. avaliku (public) klassimeetodi (static) nimi on main, tagastatav väärtus puudub (void) ja sisendparameetriks on stringide massiiv. Seda nim. Java rakenduseks (application).
Interpretaator java peab paiknema käivitatavate programmide otsimisteel ning klass peab olema transleeritud ning paiknema klassiteel (jooksev kataloog on tavaliselt klassiteel). Näit.:
java HelloWeb [kui vaja, siis siin järel parameetrid]
Klassifaili laiendit .class ei kirjutata, suur- ja väiketähtede erinevus on oluline.
Klassiteed saab määrata käsurea parameetriga -classpathvõi keskkonnamuutujaga CLASSPATH .

Rakend

Rakend (ingl.k. applet) on klassi java.applet.Applet (või mõne selle alamklassi) isend, mida saab paigutada veebilehele ja käivitada veebilehitsejas.
Veebilehel (s.t. vastavas html-failis) määrab rakendi omadused applet-märgis (ingl.k. applet-tag), mille kohustuslikeks parameetriteks on code (klassi nimi), width (rakendi akna laius pikselites) ning height (akna kõrgus).
Silumiseks saab kasutada ka programmi appletviewer veebilehitseja asemel.
Rakendi nähtavaks muutmisel on üheks võimaluseks üle katta meetod paint() signatuuriga:
public void paint (java.awt.Graphics aken)
Rakendite silumisel tuleb luua applet-märgistega veebileht, mis viitab silutavale klassile (s.t. transleeritud klassile laiendiga .class). Klassi transleerimine toimub tavalisel viisil javac abil.

Java leksika

Kommentaarid
C tüüpi kommentaarid (ei soovitata)
/* Mitu
rida
kommentaare */
Erikujulised kommentaarid (javadoc)
/**
* Klassi kirjeldus.
* @author Jaanus Pöial
* @version 1.00
* @since JDK 1.5
*/
C++ tüüpi kommentaarid (eelistatud)
// rea lõpuni kommentaar
//=================================
// Selliseid eraldamisi hea teha
//=================================
Tüübid ja väärtused
Pilt tüübisüsteemi kohta

Algtüübid (ingl.k. primitive types)

byte - 8-bitine täisarv vahemikus -128 kuni 127. Näit. (byte)31, (byte)0x1f,(byte)037

short - 16-bitine täisarv vahemikus -32768 kuni 32767. Näit. (short)255, (short)0xff,(short)0377

int - 32-bitine täisarv vahemikus -2147483648 kuni 2147483647. Näit. -25, 0x84ed1,0265475,1234567890

long - 64-bitine täisarv vahemikus -9223372036854775808 kuni 9223372036854775807. Näit. 12L,-0xfcd45dL,03451207564302L

float - 32-bitine ujupunktarv ligikaudses vahemikus -3,4x10³⁸kuni 3,4x10³⁸ seitsme tüvekohaga. Näit. -5.4F, 32e+17F, 0.5e-6F

double - 64-bitine ujupunktarv ligikaudses vahemikus -1,7x10³⁰⁸ kuni 1,7x10³⁰⁸ 15 tüvekohaga. Näit. 8.3, -5e-100

char - 16-bitine Unicode sümbol. Näit. 'a', '\n', \u00ff

boolean - tõeväärtustüüp võimalike väärtustega true ja false.

Tühitüüp

void - tagastustüüp meetoditele, mis väärtust ei tagasta.

Loenditüüp (alates Java 5)

Näit. enum Mast {RISTI, RUUTU, ARTU, PADA};

public static Mast m = Mast.RISTI;

Sõned

Keeles Java on sõned (ingl.k. string) "tõelised" objektid, mis kuuluvad klassi java.lang.String. Näit. "See on sõne", "Kaks\nrida". Selle klassi olulisteks isendimeetoditeks on compareTo(), equals(), length(), concat(), toString(), indexOf(), substring(), replace(), trim(), jpt. ning klassimeetodiks valueOf()(vt. API kirjeldus).

Kui on tarvis tegelda programselt muutuvate sõnedega, on soovitav kasutada klassi java.lang.StringBuffer ja selle meetodeid append(), insert(), toString(), jne.

Mähisklassid (ingl.k. wrapper classes)

Kuuluvad paketti java.lang ja on kasutusel siis, kui algtüüpi väärtust on tarvis käsitleda objektina ning mitmesuguste tüübiteisenduste juures. Alates Java 5 versioonist tehakse paljud teisendused mähisklassi ning algtüübi vahel automaatselt.

Byte

Short

Integer

Long

Float

Double

Character

Boolean

Näit.

Integer intObjekt = new Integer(245);
int o = intObjekt.intValue();//245

String s = String.valueOf(o);//"245"

Integer teineObjekt = Integer.valueOf(s);

Objektitüüp

Klassi nimi on keeles Java kasutusel ka tüübi määrajana. Näit. String s, Object o, java.awt.Frame raam.
Universaalne konstant null näitab objekti puudumist.
Viitamiseks parasjagu töödeldavale objektile meetodi tekstis kasutatakse objekti nimena võtmesõna this, kui soovitakse viidata ülemklassi meetodile või üledefineeritud muutujale, siis võtmesõna super.

Avaldis

Matemaatilised funktsioonid

Kuuluvad klassimeetoditena java.lang.Math klassi. Enamasti kasutavad ja tagastavad double-tüüpi väärtusi, aga ka muid arvutüüpe.

Näit. int juh = (int) Math.round (Math.random()*6.0 + 0.5);

abs

acos, asin, atan, atan2

ceil, floor, round

sin, cos, tan

exp, log, pow

min, max

sqrt

random

...

Operaatorid

Loogikatehetest aitavad aru saada joonis1 ja joonis2.

Unaarsed, binaarsed ja ternaarsed operaatorid. Prioriteedilt erinevad rühmad (kui on kahtlusi, kasutage ümarsulge!). Üldiselt väärtustatakse vasakult paremale, v.a. unaarsed prefiksoperaatorid, ternaarne tingimuslik operaator ning omistamisoperaatorid. Esitame prioriteetide kahanemise järjekorras.
Kõrgeima prioriteediga tehted (väärtustatakse vasakult paremale):

teate saatmine - punkt:

objekt/Klass . muutuja/meetod()

parameetrisulud () :

(parameetrid)

masiivielement [] :

[ indeks]

unaarne postfiks-suurendamine ++:

avaldis++

unaarne postfiks-vähendamine -- :

avaldis--

Unaarsed prefiksoperaatorid (väärtustatakse paremalt vasakule):

unaarne prefiks-suurendamine ++ :

++avaldis

unaarne prefiks-vähendamine -- :

--avaldis

unaarsed pluss ja miinus:

+ avaldis
-avaldis

bitikaupa eitus ~ :

~ avaldis

loogiline eitus ! :

! loogiline_avaldis

Isendiloome ja tüübiteisendus (ingl.k. casting):

isendiloome new :

new konstruktor(parameetrid)

tüübiteisendus () :

(tüüp)avaldis

Korrutamine/jagamine (vasakult paremale):

korrutamine * :

avaldis * avaldis

jagamine / :

avaldis / avaldis

jääk % :

avaldis %avaldis

Liitmine/lahutamine (vasakult paremale):

liitmine + :

avaldis + avaldis

sõnede konkatenatsioon + :

sõne + sõne

lahutamine - :

avaldis - avaldis

Nihutamine (väärtustatakse vasakult paremale):

nihutamine vasakule << :

avaldis << kohtade_arv

aritmeetiline nihutamine paremale >>:

avaldis >> kohtade_arv

loogiline nihutamine paremale >>>:

avaldis >>> kohtade_arv

Võrdlemine (vasakult paremale), binaarsed operaatorid:

väiksem < :

avaldis < avaldis

väiksem-võrdne <= :

avaldis <= avaldis

suurem > :

avaldis > avaldis

suurem-võrdne >= :

avaldis >= avaldis

isend on klassist - instanceof :

isend instanceof Klass

Võrdumine (vasakult paremale):

võrdne == :

avaldis == avaldis

mittevõrdne != :

avaldis != avaldis

Algtüüpide korral võrreldakse väärtusi, objektide korral osuteid (identsust).

Konjunktsioon AND (vasakult paremale):

bitikaupa & :

avaldis&avaldis

Mitteekvivalents XOR (vasakult paremale):

bitikaupa ^ :

avaldis ^avaldis

Disjunktsioon OR (vasakult paremale):

bitikaupa | :

avaldis | avaldis

Tingimuslik konjunktsioon; kui esimene väär, siis teist ei väärtustata (vasakult paremale):

tingimuslik AND && :

avaldis&&avaldis

Tingimuslik disjunktsioon; kui esimene tõene, siis teist ei väärtustata (vasakult paremale):

tingimuslik OR || :

avaldis || avaldis

Tingimuslik operaator (paremalt vasakule), NB! madala prioriteediga, tihti tuleb kasutada sulge:

ternaarne operaator ? : :

tingimus ? avaldis1 :avaldis2

Omistamisoperaatorid (paremalt vasakule):

lihtomistamine = :

L-väärtus= avaldis

tehe koos omistamisega:

L-väärtustehe= avaldis

+= -= *= /= %= <<= >>= >>>= &= ^= |=

Näide

Piiritlejad (modifikaatorid)

Klasside ja liideste piiritlejad

piiritlejate puudumisel on klassid nähtavad oma paketi piires.

public - klassid on nähtavad omas paketis ning kõikjal, kus neid imporditakse. Ühes Java-failis saab olla ülimalt üks public-klass.

abstract - klass võib sisaldada abstraktseid meetodeid, isendite loomine ei ole võimalik, liideste puhul kehtib vaikimisi.

final - klassi ei saa spetsialiseerida (tuletada alamklasse). Näit. String on niisugune klass.

Muutujate ja meetodite piiritlejad

piiritlejate puudumisel on muutujad ja meetodid kõigis sama paketi klassides kättesaadavad [ja päranduvad kõigisse alamklassidesse, mis paiknevad samas paketis].

public - muutujad ja meetodid on kättesaadavad kõikjal (import) ja päranduvad sama klassi alamklassidesse.

protected - muutujad ja meetodid on kättesaadavad kõigis sama paketi klassides ja päranduvad sama klassi alamklassidesse.

private - muutujad ja meetodid pole kättesaadavad üheski teises klassis ega pärandu ühessegi alamklassi.

abstract - meetodi sisu pole määratud, see tuleb määrata (üle katta) pärimisel.

final - muutuja on konstant (selle nimi on soovitav kirjutada ainult suurtähtedega), meetod ei ole üle kaetav.

native - meetodi sisu on programmeeritud mingis muus keeles/keskkonnas.

static - klassimuutujad ja klassimeetodid (pole üle kaetavad).

synchronized - meetod lukustab töödeldava objekti (this) teiste lõimede eest.

Laused (direktiivid)
Kokkuvõtvalt joonis1 ja joonis2

Plokk
{ [kirjeldused ja direktiivid] }
Plokk võimaldab ühendada mitut lauset üheks tervikuks (üheks direktiiviks). Ploki sulgude paigutamisel/treppimisel on soovitused iga erijuhu jaoks, mida tuleks jälgida.
Ploki sees kirjeldatud muutujad on lokaalsed (nähtavad ainult selles plokis).

Tühidirektiiv

;
Javas lõpeb lause kas semikooloni või plokki lõpetava suluga. Alati võib lause kohal olla lihtsalt semikoolon (tühidirektiiv).

Avaldisdirektiiv
avaldis;
Näiteks meetodi poole pöördumine või omistamine.

Naasmisdirektiiv
return [avaldis];
Kasutatakse meetodi töö lõpetamiseks. Edastab antud meetodi töö tulemuse seda välja kutsunud meetodile.

Juhtimisstruktuurid

pilt1 pilt2

Tingimusdirektiiv

Võimaldab teha programmis hargnemisi vastavalt antud tingimuste täidetusele.

Näide
if (tingimus) direktiiv;
if (tingimus) direktiiv1; else direktiiv2;
Kombineerimine ja treppimine
if (tingimus) {
direktiivid ... ;
} else if (tingimus2) {
direktiivid2 ... ;
} else {
direktiivid3 ... ;
}
Eelkontrolliga tsüklidirektiiv

Tsükli sisu täidetakse juhul, kui antud tingimus on tõene.
while (tingimus) direktiiv;
while (jätkamistingimus) {
direktiivid ... ;
}
Järelkontrolliga tsüklidirektiiv
Näide
do direktiiv while (tingimus);
do {
direktiivid...;
} while (jätkamistingimus);
Üldtsüklidirektiiv

Tsükli päis koosneb kolmest osast: initsialiseerimine, jätkamistingimus ja sammu järel tehtav tegevus. Tsükli sisu täidetakse juhul, kui jätkamistingimus on tõene.

Näide 1
Näide 2
Näide 3
for (eeltegevused; jätkamistingimus;sammu_järeltegevused)direktiiv;
for (int i = 0, j = 10; i < j; i++, j--) {
System.out.println ("i=" + i + "; j=" + j);
}
Tsükkel üle kogumi (alates Java 5)
for (objekt : kogum) direktiiv;

public static void main (String[] args) {
   for (String arg : args) 
      System.out.print (arg + " ");
}
Katkestusdirektiiv

Tsüklist või lülitidirektiivist väljumine.

Näide

break [märgend];

Soovitatakse kasutada ainult lülitidirektiivi harudes

Jätkamisdirektiiv

Tsüklisammu lõpetamine.

continue [märgend];

Ei soovitata üldse kasutada

Lülitidirektiiv

Valik lüliti väärtuse järgi (täisarvud, loend, char, boolean, alates jdk1.7 String).

Näide 1
Näide 2
switch (avaldis) {
case avaldis1:
direktiivid1;
case avaldis2:
direktiivid2;
...
default:
direktiivid;
}
Haru lõppedes minnakse vaikimisi järgmisesse harusse (kumulatiivne efekt), seega tuleks haru lõpus üldiselt kasutada katkestusdirektiivi (sagedane vigade allikas).

assert

Alates Java 1.4 on olemas tingimuse kontrolli direktiiv assert, mida saab sisse ja välja lülitada. Kui tingimus ei ole täidetud, siis programmi töö katkeb veateatega ja väljastatakse parameetriks oleva avaldise väärtus (kui see on antud).

Kompileerimisel: javac -source 1.4 Klass.java

Lahendamisel: java -ea Klass

assert (tingimus)

assert tingimus : avaldis

Jaanus Pöial

Programmeerimiskeeltega seotud mõisted

Tutvumine programmeerimiskeele detailidega:

Java põhimõisted

Klass, kompileerimisüksus, pakett

Kompileerimisüksus

Kompileerimine

Pakett

Klass

Programmi käivitamine käsurealt

Rakend

Java leksika

Kommentaarid

C tüüpi kommentaarid (ei soovitata)

Erikujulised kommentaarid (javadoc)

C++ tüüpi kommentaarid (eelistatud)

Tüübid ja väärtused

Algtüübid (ingl.k. primitive types)

Tühitüüp

Loenditüüp (alates Java 5)

Sõned

Mähisklassid (ingl.k. wrapper classes)

Objektitüüp

Avaldis

Matemaatilised funktsioonid

Operaatorid

Piiritlejad (modifikaatorid)

Klasside ja liideste piiritlejad

Muutujate ja meetodite piiritlejad

Laused (direktiivid)

Plokk

Avaldisdirektiiv

Naasmisdirektiiv

Juhtimisstruktuurid

Tingimusdirektiiv

Eelkontrolliga tsüklidirektiiv

Järelkontrolliga tsüklidirektiiv

Üldtsüklidirektiiv

Tsükkel üle kogumi (alates Java 5)

Katkestusdirektiiv

Jätkamisdirektiiv

Lülitidirektiiv

assert