CS 294-5: Statistical Natural Language Processing

Języki Programowania

Podstawy Java. Środowisko BlueJ.

R. Pełka: Języki Programowania, 2008

Zagadnienia

 Koncepcja maszyny wirtualnej (VM)

 JVM

– Java Virtual Machine



Elementy środowiska SDK Java Sun Microsystems

 Kompilator, interpreter JVM



Uruchamianie programów w systemie Windows



Środowisko uruchomieniowe BlueJ

 Metody
 Obiekty
 Klasy
 Manipulowanie klasami, metodami i obiektami w BlueJ

R. Pełka: Języki Programowania, 2008

Kompilacja



Kompilator

tłumaczy program zapisany w języku

wysokiego poziomu na język maszynowy

my_prog.c

my_prog.exe

program wykonywalny

R. Pełka: Języki Programowania, 2008

Kompilacja i platformy



Każda

platforma

(procesor + system operacyjny) ma własne unikatowe

wymagania odnośnie postaci kodu programu wykonalnego



Dla n języków i m platform potrzebne jest n



m kompilatorów

PC + UNIX

PC + Windows

PC + MacOS

R. Pełka: Języki Programowania, 2008

Maszyna wirtualna (VM)



Maszyna wirtualna (VM

─

virtual machine

) jest hipotetycznym

(wirtualnym) komputerem



VM można uruchomić na dowolnym rzeczywistym komputerze jako
symulator (emulator)



Język maszyny wirtualnej jest językiem pośredniczącym między
oprogramowaniem a rzeczywistym komputerem. Zapis programu w
tym języku nosi nazwę

bytecode



Dla dowolnego języka wystarczy tylko jeden kompilator tego języka
na język VM

R. Pełka: Języki Programowania, 2008

Koncepcja VM



Niezależnie od liczby platform, dla n języków potrzeba n
kompilatorów

Maszyna wirtualna

– VM

PC + UNIX

PC + Windows

PC + MacOS

R. Pełka: Języki Programowania, 2008

Wady koncepcji VM



Utrata efektywności



Stosując wspólną maszynę wirtualną VM dla różnych platform sprzętowych nie

można wykorzystać w pełni jej unikatowych cech przyspieszających wykonanie

niektórych operacji



akceleratory graficzne



operacje DSP ...

 Sprowadzenie zapisu programu do zunifikowanego bytecode prowadzi do utraty

efektywności języków w zakresie pewnych konstrukcji programistycznych



rekurencja itp..

 Idealna maszyna wirtualna w praktyce nie istnieje



W praktyce decydując się na określoną VM dokonuje się kompromisu, godząc

się na utratę efektywności



Stąd szybkość programów interpretowanych przez VM jest zwykle mniejsza od

szybkości programów kompilowanych bezpośrednio na daną platformę



programy napisane w języku Java są wolniejsze od programów napisanych w języku
C/C++

R. Pełka: Języki Programowania, 2008

JVM

– wirtualna maszyna Java

Java

Maszyna wirtualna Java

JVM

PC + UNIX

PC + Windows

PC + MacOS



Maszyna wirtualna Java (

Java Runtime Engine

) jest dostępna dla niemal

wszystkich platform



JVM dla Windows to

java.exe

R. Pełka: Języki Programowania, 2008

Maszyny wirtualne

 Maszyny wirtualne



dla jednego języka

 wielu platform
były znane już wcześniej, ale nie zdobyły większej popularności



Najbardziej dojrzałe rozwiązania wcześniejszych VM to

 Pascal:

Machine (połowa lat 80-tych XX w.)

 Smalltalk: Smalltalk Bytecode Interpreter
 Prolog:

WAM

 Smalltalk 80

może być uważany za protoplastę języka Java. Rynek

nie był w roku 1980 przygotowany na taką ideę. Smalltalk
wyprzedził swój czas o ponad 20 lat

R. Pełka: Języki Programowania, 2008

Wielojęzyczne JVM



Współczesne implementacje JVM są zdolne do interpretacji

bytecode

generowanego przez różne języki

R. Pełka: Języki Programowania, 2008

Kompilacja programu Java



Program źródłowy z rozszerzeniem

.java

jest kompilowany przez

kompilator

javac

na plik o tej samej nazwie, ale z rozszerzeniem

.class



Plik ten zawiera

bytecode

dla JVM

Source code

Hello.java

Hello.class

Hello.java

Hello.class

R. Pełka: Języki Programowania, 2008

Wykonanie programu Java

 Bytecode

jest wykonywany przez JVM



Bytecode może również pochodzić z innych kompilatorów, np.. JPython,
JBasic lub Smalltalk/JVM

Hello

Hello.class

A. Poniecki

JDK

– główne elementy

 bin

kompilator i wszystkie narzędzia

 demo

kilka przykładowych programów

 include

- pliki dla metod rodzimych

 lib

- pliki bibliotek

 jre

pliki środowiska wykonawczego Javy

 src

pliki źródłowe bibliotek (po rozpakowaniu src.zip)

R. Pełka: Języki Programowania, 2008

JDK

– główne elementy

Java Virtual Machine

java.exe

Narzędzia dokumentacji

javadoc.exe

Kompilator Java

javac.exe

R. Pełka: Języki Programowania, 2008

Środowisko JDK / DOS



Utworzyć program źródłowy

hello.java



W linii poleceń DOS wywołać
kompilator

javac

i skompilować

program

hello.java



Powstanie bytecode o nazwie

hello.class



Uruchomić program w JVM

public class hello{
  public static void
main(String[] args)
   { System.out.println
      ("Hello World"); }
}

C:>javac hello.java

C:>java hello
Hello World

R. Pełka: Języki Programowania, 2008

Środowisko JDK / Windows



Utworzyć program źródłowy

hello.java



Wywołać konsolę

cmd



Wywołać kompilator
>

javac hello.java

Powstanie bytecode o nazwie

hello.class



Uruchomić program w JVM
>

java hello



Na konsoli

pojawi się
tekst

Hello World

R. Pełka: Języki Programowania, 2008

Środowisko JDK / Windows



Metoda pisania, kompilowania i uruchamiania programów podana na
poprzednim slajdzie działa, ale jest anachroniczna



Dziś nie posługujemy się już linią poleceń, bo jest to niewygodne



Stosuje się specjalnie zaprojektowane graficzne środowiska uruchomieniowe



Interaktywne, graficzne środowiska uruchomieniowe dla języka Java

 JBuilder (Borland)
 NetBeans (Sun Microsystems)



Swing

– do budowy GUI

 Eclipse



Zaletą (ale też i wadą) wymienionych narzędzi jest bogactwo opcji, funkcji



Nauka jest długa i żmudna

 Dokumentacja jest bardzo obszerna



Dlatego opracowano uproszczone środowiska uruchomieniowe, przeznaczone
głównie do celów dydaktycznych

 BlueJ (University of Kent, Deakin University)
 jGRASP

R. Pełka: Języki Programowania, 2008

Zaczynamy pracę z BlueJ

Klikamy dwukrotnie
na ikonę BlueJ

Otwieramy nowy
projekt

New Project

Pojawia się wiele
predefiniowanych
projektów (klas)

Wybieramy nazwę

przyklady

R. Pełka: Języki Programowania, 2008

BlueJ, pierwsza klasa

nowa klasa

nazwa

Hello

powstała nowa klasa

Hello.java

prawym przyciskiem
myszy wywołujemy
menu kontekstowe,
z którego możemy
np. dokonać edycji

R. Pełka: Języki Programowania, 2008

Edycja i kompilacja

Edytor podaje gotowy kod
źródłowy wcześniej
zapisanej klasy

Hello

Tworząc nową klasę trzeba
ten kod wpisać, a potem
można go modyfikować -

edytować

Gotowy kod można
poddać tłumaczeniu -

kompilacji

R. Pełka: Języki Programowania, 2008

Tworzenie obiektów

Klasa

Hello

w oknie

BlueJ oznacza tylko, że
klasa ta została
poprawnie skompilowana,
na razie jednak nie można
z niej korzystać w
praktyce

U dołu okna widać, że
wcześniej zostały już
utworzone dwa obiekty
z klasy

Hello

nazwach

hello1

hello2

Tworząc kolejny obiekt z danej klasy należy
mu nadać unikatową nazwę, w tym przypadku
np.

hello3

. Konstruktor obiektów sam

podpowiada kolejne numery obiektów

R. Pełka: Języki Programowania, 2008

Obiekty

– sedno programowania

Obiekty

są podstawą idei

progra-

mowania obiektowego

BlueJ

wszystkie własności

obiektów można przywołać przez
menu kontekstowe

Można przy tym obejrzeć
wewnętrzne właściwości obiektów
(

Inspect

) lub usunąć obiekt

(

Remove

)

R. Pełka: Języki Programowania, 2008

Figury jako obiekty

Otwieramy zdefiniowaną
przykładową klasę

shapes

i tworzymy obiekty

klas

Circle
Square
Triangle

Możemy nadać własne
nazwy obiektów, np.:

kolo
kwadrat
trojkat

Lub zaakceptować
proponowane przez

BlueJ

nazewnictwo typu:

circle1
circle2
square1

Uwaga:

powszechnie przyjęta jest konwencja, że

nazwy

klas

zaczynają się od dużej, a nazwy

obiektów

od małej litery

R. Pełka: Języki Programowania, 2008

Dlaczego nie widać kółka?

Dokonujemy

inspekcji

obiektu

kolo

wybierając

z menu kontekstowego
opcję

Inspect

R. Pełka: Języki Programowania, 2008

isVisible = false

Otwiera się okno inspektora

Parametr

isVisible

ma wartość

false

Należy go zmienić,
ale w jaki sposób?

R. Pełka: Języki Programowania, 2008

Metoda

makeVisible()

W menu kontekstowym obiektu
kolo znajdujemy

metodę

makeVisible()

Klikamy na tę opcję i ....
Koło pojawia się w oknie konsoli

BlueJ

R. Pełka: Języki Programowania, 2008

Badanie metod

W podobny sposób powodujemy pojawienie
się obiektów

kwadrat

trojkat

Następnie wywołujemy kolejno metody:

obiekt

kwadrat

metoda

moveRight()

obiekt

kolo

metoda

moveDown()

obiekt

kwadrat

metoda

moveRight()

obiekt

kwadrat

metoda

moveUp()

R. Pełka: Języki Programowania, 2008

Metody z argumentami

Zmienimy teraz wielkość koła wywołując
związaną z nim metodę

changeSize(int)

Otwiera się okno dialogowe, w które
wprowadzamy nową wartość średnicy
koła w pikselach

Typ parametru

int

oznacza, że jest on

liczbą całkowitą.
Wpisujemy wartość 100 i konsola
pokazuje większe koło o średnicy 100
pikseli

R. Pełka: Języki Programowania, 2008

Kolejne obiekty

tworzymy kolejne dwa obiekty klasy

Circle

kolo2

kolo3

i przesuwamy jedno z nich o 100 pikseli w prawo a
drugie o 50 pikseli w dół, po czym uwidaczniamy je
metodą

makeVisible()

Na ekranie widzimy jednak tylko dwa niebieskie
koła. Gdzie jest trzecie koło?

Duże niebieskie koło (obiekt

kolo

) przesłania inne

niebieskie koło (obiekt

kolo3

)

Aby uwidocznić obiekt

kolo3

w jego menu

szukamy metody

changeColor(

string

)

R. Pełka: Języki Programowania, 2008

Argumenty typu

string

Argumentem metody

changeColor(String)

jest łańcuch

znaków. W tym przypadku

BlueJ

pozwala

wybrać jeden z 6 kolorów. Wybieramy np.

”yellow”

Na konsoli pojawia się niewidoczne
dotąd żółte koło (obiekt

kolo3

)

R. Pełka: Języki Programowania, 2008

Powtórna inspekcja



Wywołujemy inspektora obiektu

kolo

i widzimy, że ma on nowe

wartości pól:



diameter



xPosition



yPosition



isVisible



Pola opisujące obiekty mają najczęściej jeden z trzech

podstawowych typów:



int



String



boolean

R. Pełka: Języki Programowania, 2008

Malarz

– program Java



Dotąd wszystkie operacje na klasach, obiektach i ich parametrach

(wartościach pól) wykonywaliśmy interaktywnie, przy pomocy myszy

i odpowiednich opcji w menu. Czy można te operacje

zaprogramować w języku Java?



W jaki sposób tworzyć obiekty i nadawać im nazwy używając zapisu

w języku Java, a w szczególności jak



Utworzyć obiekt klasy

Circle

i nadać mu nazwę, np.

kolo2



Utworzyć obiekt klasy

Square

i nadać mu nazwę, np.

kwadrat



Jak zaprogramować takie czynności?



Stworzymy w tym celu nową klasę i nazwiemy ją

Malarz

R. Pełka: Języki Programowania, 2008

Nowa klasa

– Malarz

Otwieramy w

BlueJ

projekt

shapes

i tworzymy nową klasę

o nazwie

Malarz

Następnie zaczynamy edytować
nową klasę

R. Pełka: Języki Programowania, 2008

Klasa Malarz



Po wywołaniu edycji nowej klasy

Malarz

BlueJ

otwiera okno

klasy z tzw. szkieletem klasy.

Kasujemy wszystko z wyjątkiem
definicji

class

Malarz



Oraz nawiasów klamrowych

{

}



Nawiasy obejmują przyszłą treść
tworzonej klasy

R. Pełka: Języki Programowania, 2008

Co ma zawierać klasa Malarz



zakładamy, że klasa

Malarz

, a więc i obiekty utworzone

z tej klasy powinny:



tworzyć (rysować) obiekty w postaci kół, prostokątów i trójkątów i
nadawać im nazwy



zawierać metodę, np.

rysujDom( )

, która:



utworzy i umieści w odpowiednich miejscach obiekty składowe
tworzące rysunek domu



będzie je mogła powiększać lub zmniejszać



uwidoczni na konsoli poszczególne obiekty



będzie mogła zmieniać barwy elementów rysunku domu

R. Pełka: Języki Programowania, 2008

Tworzenie obiektów



Tworzenie (konstrukcja) obiektów składa się z dwóch kroków:



rejestruje się nazwę obiektu



tworzy się nowy obiekt i zapamiętuje z nadana wcześniej nazwą

zarejestruj nazwę

slonce

dla

jeszcze nieutworzonego obiektu

klasy

Circle

utwórz nowy obiekt klasy

Circle

i nadaj mu nazwę

slonce

Uwaga:

Java rozróżnia wielkość liter, dlatego:

CIRCLE ≠ Circle ≠ circle

Circle slonce

;

slonce = new Circle( );

R. Pełka: Języki Programowania, 2008

Rejestracja przy tworzeniu



Rejestrację i utworzenie (konstrukcję) obiektu można również
wykonać w jednym kroku. Aby w ten sposób utworzyć nowy obiekt
klasy

Circle

i nadać mu nazwę

slonce

należy napisać:

Circle slonce = new Circle( );

Rejestruj nazwę obiektu

slonce

, który należy do

klasy

Circle

Utwórz nowy obiekt klasy

Circle

R. Pełka: Języki Programowania, 2008

Klasa Malarz z obiektami

Klasa może być już
kompilowana

Można tworzyć obiekty

W czasie kompilacji nie
wystąpiły żadne błędy

R. Pełka: Języki Programowania, 2008

Malarz

prymitywista

W menu kontekstowym klasy

Malarz

wybieramy opcję

new Malarz(),

tworzymy

nowy obiekt tej klasy i
nadajemy mu nazwę

prymitywista

Następnie wchodzimy do
inspekcji obiektu

prymitywista

R. Pełka: Języki Programowania, 2008

Inspekcja obiektu

prymitywista

Strzałki oznaczają odwołanie do obiektu <object reference>

Podwójne kliknięcie na
link wywołuje okno
inspektora
wskazywanego obiektu

Inspektor wskazuje, że prymitywista ma
pola o nazwach

slonce

sciana

okno

dach

Nie są to liczby, ale obiekty odpowiednio
klas:

Circle

Square

Triangle

R. Pełka: Języki Programowania, 2008

Malarz może już malować

Aby obiekt klasy Malarz mógł malować należy
klasę wyposażyć w metodę malowania.

Metody języka Java składają się z nagłówka i
ciała

Nagłówek

zawiera:

• typ wyniku – u nas brak –

void

• nazwę metody –

rysujDom

• listę parametrów – u nas pusta

( )

Ciało

zawiera opis czynności, które wykonuje

metoda:

•

slonce.makeVisible();

• slonce.changeColor(

”yellow”);

• slonce.moveHorizontal(100);

• itd...

R. Pełka: Języki Programowania, 2008

Nagłówek metody

Nagłówek metody Javy

void

rysujDom( )

;

Typ wyniku wyprodukowa-
nego (obliczonego) przez
metodę. Jeśli metoda nie
zwraca żadnego wyniku
używa się słowa

void

Nazwa metody

–

zgodnie z konwencją
zaczyna się od małej
litery

Lista parametrów metody,
nawiasów nie można
pominąć, nawet gdy lista
jest pusta

Przykłady nagłówków innych metod

void

rysujAkwarium( )

;

void

makeVisible( )

;

void

changeColor(

String

kolor

)

;

void

moveHorizontal(

int

distance

)

;

R. Pełka: Języki Programowania, 2008

Ciało metody

Ciało metody

, nazywane też blokiem zawiera następujące

elementy:

Klamrę otwierającą blok

{

Ciąg instrukcji, np.

deklaracje zmiennych

instrukcje przypisania

pętle

wywołania metod np.

slonce.makeVisible( );

....

Klamrę zamykającą blok

}

R. Pełka: Języki Programowania, 2008

Uruchamiamy

prymitywistę

wschód słońca
na kempingu ?

Tworzymy obiekt klasy

Malarz

nazywamy go

prymitywista

W menu kontekstowym obiektu

prymitywista

znajdujemy

metodę

void rysujDom()

i widzimy ....

Niezupełnie o to nam chodziło, ale na początek i tak nieźle ...

R. Pełka: Języki Programowania, 2008

Zadanie domowe

Zmodyfikować klasę

Malarz

w taki sposób,

by obiekt tej klasy dysponował metodą wygenerowania
załączonego obrazu