Úvod do programovacích jazyků (Java)

Úvod do programovacích jazyku˚ (Java), 1/12

Základní informace Algoritmus, program ˇ Císelné soustavy Úvod do jazyka Java

Úvod do programovacích jazyku˚ (Java) Michal Krátký Katedra informatiky VŠB–Technická univerzita Ostrava


c

2006–2008

Michal Krátký

Úvod do programovacích jazyku˚ (Java)

1/33



Michal Krátký

tel.: +420 596 993 239 místnost: A1004 mail: [email protected] web: http://www.cs.vsb.cz/kratky/ http://www.cs.vsb.cz/kratky/courses/ 2007-08/upr/

c

2006–2008

Michal Krátký


2/33



Projekty a zápoˇcet

ˇ bude ukonˇcen klasifikovaným zápoˇctem. Pˇredmet Maximálneˇ 100b. Z 1. projektu je nutné získat minimálneˇ 10b (ze 20b), z 2. semestrálního projektu pak 21b (ze 40b). Projekty budou kontrolovány samostatným úkolem, jehož trvání bude cˇ asoveˇ omezeno (1.5h). ˇ bude ukonˇcen písemným testem. Minimálneˇ 20b Pˇredmet ze 40b možných.

c

2006–2008

Michal Krátký


3/33



Algoritmus ˇ J. Dvorský, E. Ochodková, D. Duráková. Algoritmy. Skripta, VŠB-Technická univerzita Ostrava, http://www.cs.vsb.cz/dvorsky/Opora.html, 2007. Název algoritmus pochází ze zaˇcátku devátého století z Arábie. V letech 800 až 825 napsal perský matematik Muhammad ibn Músá al Chwárizmí dveˇ knihy, z nichž jedna se v latinském pˇrekladu jmenovala Algoritmi dicit, cˇ esky Tak praví al Chwárizmí. Byla to kniha postupu˚ pro poˇcítání s cˇ ísly. Pojem algoritmus tedy vznikl z latinizovaného Al-Gorizmí.

c

2006–2008

Michal Krátký


4/33



Algoritmus

ˇ jako pˇredpisu pro ˇrešení nejakého ˇ Algoritmu mužeme ˚ rozumet problému. Jako pˇríklad lze uvést pˇredpis pro výpoˇcet obsahu obdélníku. Pokud rozebereme ˇrešení takovéto úlohy, musí ˇ obsahovat tˇri veci: 1

hodnoty vstupních dat (délky stran a, b),

2

pˇredpis pro ˇrešení, vzorec S = a × b.

3

požadovaný výsledek, tj. výstupní data (obsah obdélníku S).

c

2006–2008

Michal Krátký


5/33



Algoritmus

Algoritmus se skládá z kroku, ˚ poskytuje na základeˇ vstupních data požadovaná data výstupní. ˇ ke Algoritmus musí se stejnými vstupními daty dospet stejnému výsledku. Každý pˇredpis je složen z kroku, ˚ které na sebe navazují. Postup kroku˚ je jednoznaˇcný.

c

2006–2008

Michal Krátký


6/33



Zápis programu

Algoritmus se zapisuje v programovacím jazyce, zápisem programu. Program je postup ˇrešení ’ˇcitelný’ pro poˇcítaˇc. ˇ orientovali i Program musí být natolik cˇ itelný, aby se v nem ostatní programátoˇri.

c

2006–2008

Michal Krátký


7/33



Programování Programováním rozumíme: 1

Správné pochopení zadání úlohy, které vyústí v pˇresný popis možných situací a návrh vstupních a výstupních dat.

2

Sestavení algoritmu ˇrešení.

3

ˇ Detekování úseku, ˚ které budou ˇrešeny samostatne.

4

Zápis zdrojového textu úlohy v programovacím jazyce, ˇ odladení.

5

Pˇremýšlení nad hotovým dílem, vylepšování (ovšem bez ˇ v návrhu vstupu a výstupu). zmen

c

2006–2008

Michal Krátký


8/33



Vyšší programovací jazyky Vyšší programovací jazyky poskytují cˇ tyˇri nástroje pro zápis algoritmu: 1

Primitivní výrazy, tj. data (ˇcísla, znaky, apod.) a procedury (sˇcítání, násobení, logické operátory apod.).

2

ˇ Mechanismus pro sestavování složitejších výrazu˚ z jednodušších.

3

ˇ Mechanismus pro pojmenování složitejších výrazu˚ a tím zprostˇredkování možnosti pracovat s nimi stejneˇ jako ˇ s primitivními výrazy (definování promenných a nových procedur).

4

Konstrukce jazyka – cykly apod.

c

2006–2008

Michal Krátký


9/33



Pojmenování hodnot

Podstatnou vlastností programovacího jazyka je asociování jmen a hodnot. Napˇríklad: int a = 486. Jméno a je svázáno s hodnotou cˇ ísla 486 ˇ v desítkové soustave. int b = a + 37. Jméno + je svázáno s procedurou pro sˇcítání (hodnotou jména + je procedura). Uživatel pˇri psaní zdrojového textu pracuje ve výrazech se jmény, interpret (pˇrekladaˇc) jazyka text zpracuje a poˇcítá s hodnotami.

c

2006–2008

Michal Krátký


10/33



ˇ Císelné soustavy - motivace Napˇr. µ-procesor AMD Opteron obsahuje 16 základních 64b registru, ˚ do kterých se zapisuje/ˇcte pomocí instrukcí strojového kódu. ˇ Ve vyšších programovacích jazycích jsme sice odstíneni od programování ve strojovém kódu, nicméneˇ je vhodné ˇ ˇ ˇ mít povedomí o tom, co se v poˇcítaˇci behem provádení ˇ programu deje. Do 32b registru poˇcítaˇce mužeme ˚ uložit cˇ íslo, které ve dvojkové soustaveˇ obsahuje 32 cifer. Primitivní datové typy a operace jsou cˇ asto mapovány na registry a strojové instrukce µ-procesoru. ˚

c

2006–2008

Michal Krátký


11/33



Pˇrirozené cˇ íslo v poˇcítaˇci az = an z n + an−1 z n−1 + ... + a2 z 2 + a1 z 1 + a0 z 0 kde a je cˇ íslo vyjádˇrené v cˇ íselné soustaveˇ o základu z. ˇ z je základ cˇ íselné soustavy, z je celé kladné cˇ íslo vetší ˇ než jedna. Císlo zi , kde i = 0, 1, ..., n se nazývá jednotka rˇádu i, nebo také jednotka i-tého ˇrádu. ˇ platí 0 ≤ ai ≥ z − 1. ai jsou cˇ íselné koeficienty pro než Nazýváme je cˇ íslice neboli cifry ; o cˇ íslici ai ˇríkáme, že je cˇ íslicí i-tého ˇrádu, neboli cˇ íslicí ˇrádu i. ˇ n je poˇcet ˇrádových míst. Císlo az je n + 1 ciferné v soustaveˇ o základu z. Tento zápis nazýváme rozvojem cˇ ísla a v soustaveˇ o základu z. c

2006–2008

Michal Krátký


12/33



Desítková soustava

a10 = an 10n + an−1 10n−1 + ... + a2 102 + a1 101 + a0 100 372510 = 3 × 103 + 7 × 102 + 2 × 101 + 5 × 100 = 3 × 1000 + 7 × 100 + 2 × 10 + 5 × 1 ˇ cˇ íselná soustava. Nejrozšíˇrenejší

c

2006–2008

Michal Krátký


13/33



Dvojková, osmiˇcková a šestnáctková soustava Dvojková (binární), osmiˇcková (oktantová), šestnáctková (hexadecimální) soustava. a2 = an 2n + an−1 2n−1 + ... + a2 22 + a1 21 + a0 20 a8 = an 8n + an−1 8n−1 + ... + a2 82 + a1 81 + a0 80 a16 = an 16n + an−1 16n−1 + ... + a2 162 + a1 161 + a0 160 0010 0110 0001 11012 = 230358 = 261D16 Maximální hodnota v registru velikosti n je 2n − 1. Napˇr. pro 8b registry je maximální hodnota 255. c

2006–2008

Michal Krátký


14/33



Pˇrevody do desítkové soustavy

20123 = 2×33 +0×32 +1×31 +2×30 = 2×27+0+3+2 = 5910 1101102 = 1 × 25 + 1 × 24 + 0 × 23 + 1 × 22 + 1 × 21 + 0 × 20 = 32 + 16 + 4 + 2 = 5410 D416 = 13 × 161 + 4 × 160 = 208 + 4 = 21210

c

2006–2008

Michal Krátký


15/33



Pˇrevody ze dvojkové do 16 a 8 soustav 975710 ˇ Ctveˇ rice bitu˚ (od nejníže platného bitu) tvoˇrí cifry v ˇ hexadecimální soustave. 0010 0110 0001 1101 = 261D16 Napˇr. 1101 = 8 + 4 + 0 + 1 = 1310 = D16 Trojice bitu˚ (od nejníže platného bitu) tvoˇrí cifry v oktantové ˇ soustave. 0 010 011 000 011 101 = 0230358 = 230358 Napˇr. 101 = 4 + 0 + 1 = 510 = 58

c

2006–2008

Michal Krátký


16/33



Sˇcítání binárních cˇ ísel

+ 1

1101 0010 0000

0+0 0+1 1+1 1+1+1

1100 0110 0011

1010 1011 0110

1110 0011 0001

= = =

5649410 990710 6640110

=0 =1 = 0, pˇrenos do dalšího ˇrádu = 1, pˇrenos do dalšího ˇrádu

c

2006–2008

Michal Krátký


17/33



Bitové posuny Pravý a levý bitový posun. Pozor nejedná se o rotaci! 1010 1110 >> 1 0010 1110 << 1 1000 0000 >> 7 0000 0001 << 7

= = = =

0101 0111 0101 1100 0000 0001 1000 0000

Aplikace: ˇ poˇctu bitu˚ registru. Zjištení ˇ Rychlé celoˇcíselné delení/násobení cˇ íslem 2n , kde n je poˇcet bitu˚ posunu. Napˇr. 1010 1110 >> 1 = 0101 0111, 17410 / 2 = 8710 .

c

2006–2008

Michal Krátký


18/33



Bitový OR

OR

1101 0010 1111

1100 0110 1110

1010 1011 1011

1110 0011 1111

Pravdivostní tabulka: 0 OR 0 = 0 0 OR 1 = 1 1 OR 0 = 1 1 OR 1 = 1

c

2006–2008

Michal Krátký


19/33



Bitový AND

AND

1101 0010 0010

1100 0110 0100

1010 1011 1010

1110 0011 0010

Pravdivostní tabulka: 0 AND 0 = 0 0 AND 1 = 0 1 AND 0 = 0 1 AND 1 = 1

c

2006–2008

Michal Krátký


20/33



NOT - bitová negace

NOT =

1101 0010

1100 0011

1010 0201

1110 0011

Pravdivostní tabulka: NOT 0 = 1 NOT 1 = 0

c

2006–2008

Michal Krátký


21/33



Pˇreteˇcení/podteˇcení rozsahu

Pokud máme ve 4b registru uloženo cˇ íslo 11112 , po pˇriˇctení cˇ ísla 1 dojde k pˇreteˇcení rozsahu. Pokud máme ve 4b registru uloženo cˇ íslo 00012 a odeˇcteme hodnotu 2, pak je ve speciálním registru µ-procesoru detekováno podteˇcení rozsahu.

c

2006–2008

Michal Krátký


22/33



Záporná celá cˇ ísla ˇ bit je bitem znaménkovým. Nejvýznamnejší Pokud je velikost registru 32b, pak je hodnota uložena ve spodních 31b a ve 32. bitu je uloženo znaménko (0 kladné cˇ íslo, 1 - záporné cˇ íslo). ˇ Pro uložení záporných cˇ ísel se využívá tzn. doplnkový kód. 990710 , NOT 0010 0110 1011 0011 + 1 = 1101 1001 0100 1101 ˇ Pokud dojde pˇri odˇcítání cˇ ísla v doplnkovém kódu k pˇreteˇcení rozsahu, pˇreteˇcený bit je ignorován. +

1101 1101 1011

1100 1001 0101 c

2006–2008

1010 0100 1111

1110 1101 1011

Michal Krátký

= = =

5649410 990710 4658710 , došlo k pˇreteˇcení


23/33



Reálná cˇ ísla

zM × 2e : z - znaménko, m - mantisa, e - exponent.

Napˇr. 64b cˇ íslo: mantisa 52b, exponent 11b. Napˇr. 80b cˇ íslo: mantisa 64b, exponent 15b.

c

2006–2008

Michal Krátký


24/33



Úvod do jazyka Java

James Gosling, Sun Microsystems, 1990. Puvodní ˚ název Oak, v roce 1993 pˇrejmenován na Java. V roce 1996 vyšla první implementace (JDK 1.0). Rysy jazyka Java: ˇ Objektove-orientovaný jazyk. Silneˇ typovaný jazyk. Obsahuje garbage collector. ˇ vláken. Podporuje paralelní beh Podporuje výjimky. ’Bezpeˇcný’ programovací jazyk.

c

2006–2008

Michal Krátký


25/33



JDK a vývojová prostˇredí

http://java.sun.com/ – JDK – Java Platforma, aktuální verze 1.6. http://java.sun.com/ – NetBeans, vývojové prostˇredí. http://www.eclipse.org/ – Eclipse, vývojové prostˇredí. http://jikes.sourceforge.net/ – ’rychlý’ pˇrekladaˇc.

c

2006–2008

Michal Krátký


26/33



Literatura

R. Szturc: Introduction to Programming (Java). Department of Computer Science, VŠB – Technical University of Ostrava, 2004, http://www.cs.vsb.cz/java/index.html B. Eckel: Thinking in Java. 2002, http://www.mindview.net/Books/TIJ/ Sun MicroSystems: Sun Developer Network. 2007, http://java.sun.com/ Mnoho knih v každém knihkupectví.

c

2006–2008

Michal Krátký


27/33



Pˇreklad vs interpretace kódu Pˇrekladaˇc – zdrojový kód je pˇreložen do spustitelného souboru. Interpret – vykonává jednotlivé pˇríkazy ze zdrojového kódu. Java kombinuje oba zpusoby. ˚ Kód (*.java) je pˇreložen do bytekódu (*.class) a ten je interpretován v java virtuálním stroji (javavm). Virutální stroj je reprezentován spustitelným souborem java. Veškeré využívané knihovny (jar archívy) musí být uvedeny ˇ v promenné CLASSPATH. c

2006–2008

Michal Krátký


28/33



Java platforma Platforma – hardwarové a softwarové prostˇredí ve kterém ˇ program beží. Java platforma – softwarová platforma nad daným hardwarem. Java API Java virtuální stroj

Java platforma

Operační systém Hardware

Java API – kolekce tˇríd – vstupy/výstupy, práce se sítí, databázemi apod. c

2006–2008

Michal Krátký


29/33



Pˇríklad 1.1

public class Example0101 { public s t a t i c void main ( S t r i n g [ ] args ) { System . o u t . p r i n t l n ( " H e l l o World ! \ n " ) ; } }

c

2006–2008

Michal Krátký


30/33



ˇ Pˇreklad a spuštení

Pˇreklad: javac Example0101.java ˇ Spuštení: java Example0101 ˇ s pˇresmerováním ˇ Spuštení standardního výstupu do souboru file.txt: java Example0101 > file.txt

c

2006–2008

Michal Krátký


31/33



ˇ ve vývojovém prostˇredí Pˇreklad a spuštení

Ve vývojovém prostˇredí je cˇ asto nutné založit projekt a do ˇ vkládat pˇríslušné tˇrídy. nej ˇ tj. její metoda main() Jedna tˇrída je tzv. spouštecí, spouští program.

c

2006–2008

Michal Krátký


32/33



ˇ (debugging) - efektivní hledání chyb Ladení ˇ je jediný rozumný prostˇredek hledaní chyb v kódu. Ladení ˇ ve Mužeme ˚ použít ˇrádkový debugger nebo ladení vývojových prostˇredích. Na významné ˇrádky vkládáme breakpointy, chod programu ˇ ˇrádcích zastaví. se na techto Funkce: Step Into - zanoˇrení do metody, Step Over pˇrechod na další ˇrádek bez možného zanoˇrení, Run ˇ rozbehnutí programu až do nalezení dalšího breakpointu, ˇ aktuální funkce. Step Out - opuštení Mužeme ˚ sledovat: Stack Trace - zásobník volání metod, ˇ ˇ hodnoty lokálních promenných i promenných instancí a tˇríd. c

2006–2008

Michal Krátký


33/33

Úvod do programovacích jazyků (Java)

Recommend Documents