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Programmation Objet en JAVA : Remise à niveau 1ère partie : Introduction à la P.O.O. en Java Alexandre Allauzen (Université Paris-Sud / LIMSI-CNRS)

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1 Programmation Objet en JAVA : Remise à niveau 1ère partie : Introduction à la P.O.O. en Java Alexandre Allauzen (Université Paris-Sud / LIMSI-CNRS) Ce cours reprend en grande partie le matériel pédagogique mis au point par Claude Barras et Frédéric Vernier et s'inspire du cours de Philippe Genoud (INRIA)

2 Programmation Orientée Objet (POO) Trouver une solution logicielle passe par la description du problème à l'aide d'un langage donné (analyse, décomposition, modélisation,...) : –Assembleur, –Procédural (C ou Fortran), –Objet, –naturel. La progression de l'abstraction L'unité est l'objet. La POO permet de décrire le problème à l'aide de termes liés au problème et non à la machine : En Créant des objets et en les faisant interagir. mov ax,500 ; mov bx,0x20 ; add ax,bx ; int x = 500; int y = 32; x+=y; licence.setNombreEtudiants(500); licence.ajoutEtudiant(32);

3 Les langages Objets Langages objets : 1969 (Alan Kay) et Simula (Ole Dahl et Kristen Nygaard) Smalltalk C Objective C, C++ Pascal : Pascal Objet, Delphi (Borland) Basic : VBA (Microsoft) Java C# (Microsoft) Python (script)

4 Origine de Java En 1993, le NCSA crée le premier navigateur internet (protocole http, langage html) Annonce officielle de la naissance de Java par Sun en 1995 (issu de Oak) Initiateur : James Gosling Programmation simple Utilisation pour Internet Portable Sur la plupart des plates-formes (Archi + OS) Gratuit (téléchargeable sur java.sun.com) Logo (tasse à café), Mascotte (Duke)

5 Java c'est quoi ? Java est un environnement de programmation objet développé par Sun, adapté à la distribution d'applications sur Internet. 4 éléments : –Java est un langage de programmation objet –Une machine virtuelle –Des bibliothèques de classes ou des packages : API Application Programming Interface (2500 classes dans Java 1.4) –Ensemble d'outils : java, javac, jdb javadoc, jar,... execution compilation debugger documentation archivage

6 Java : principe fondateur de sa portabilité

7 Un exemple simple : la montre Objectif : une fenêtre s'ouvre pour donner l'heure et la date scénario (use case) :

8 Qu'est-ce qu'un objet ? Un objet modélise toute entité identifiable manipulée par l'application logicielle qu'elle soit –tangible ou conceptuelle (ville, étudiant, fenêtre vs date, emploi du temps), –générique ou spécifique (pile LIFO vs catalogue de disquaire, un formulaire de déclaration d'impôts). Il réagit aux messages quil reçoit en fonction de son état : –modification de son état et/ou –envoi dun message. Un objet possède : –une identité unique –un état interne défini par ses attributs –un comportement défini par ses méthodes. –Une interface imposant sa communication avec lextérieur. Liste des objets : fenêtre zone de texte montre calendrier

9 Objet et encapsulation Un objet = structure de données (attributs) + algorithmes (méthodes) Principe d'encapsulation –L'accès aux données (privées) ou l'état d'un objet ne peut se faire que par l'intermédiaire de son interface (méthodes publiques) –Les modifications des structures de données n'affectent pas les programmes utilisant l'objet l'interface d'un objet définit les messages qui lui sont «envoyable». maMontre

10 La classe : la matrice / le moule Un objet a un type : il est l'instance d'une classe (class) la classe d'un objet = le schéma, le moule, la matrice, le type. Une classe décrit, définit, implémente : –la partie publique (public) : l'interface avec les noms et paramètres des méthodes,les modes dinteraction –partie privée (private) : structure de données internes (les attributs) + les méthodes ou algorithmes internes. Une classe définit un type d'objet, ce n'est pas un objet. Un programme objet = la création d'un ensemble d'objets et la mise en scène de leur interaction.

11 La classe Montre, un peu de syntaxe public class Montre { /*Définissons les attributs*/ private int heure, minute ; /* Définissons les méthodes*/ public int getHeure() { return heure; } public int getMinute() { return minute; } public void setMinute(int m) { minute = m; } public void setHeure(int h) { heure = h; } class UnNomdeClasse { /* le corps */ } class indique la définition d'une classe nommée Montre. Un nom de classe commence par une majuscule Le mot-clé public indique que la classe est utilisable de « l'extérieur ». Les attributs sont typés (int) : nomAttribut = valeurInit; La syntaxe générale pour définir une méthode : nomMethode ( ) Les noms de méthodes et attributs commencent par une minuscule, la frontière des mot est marquée par une majuscule. Tout ce qui est entre /* et */ est un commentaire (pouvant aller sur plusieurs lignes). // commentaire jusqu'à la fin de la ligne

12 Un peu de syntaxe : construction et communication avec un objet Construction Montrem =newMontre( ); Typeréfallocation dynamique Constructeur, renvoie ladresse. Communication m.setMinute(12); réf de la cibletype du message/params. du message commande/requête(si cétait 78 ?) int min = m.getMinute( ); lobjet peut répondre au messagepas de params.

13 Syntaxe de Java Reprend celle du C/C++ Le ; marque la fin d'instruction Un bloc d'instructions est délimité par {} Les identificateurs sont comme en C (if, while, switch, etc.) et utilisés tels quels Les caractères sont codés en UNICODE –16 bits au lieu de 8 : accents dans le code! Les commentaires en mauvais anglais sont préférables à un français impeccable. Les commentaires pertinents sont obligatoires.

14 Types de programmes Java Application Programme autonome (stand-alone) L'application doit posséder une classe principale ayant une méthode signature : public static void main(String[]args) C'est la méthode interprétée lors de l'exécution, le point d'entrée. Elle est static : ne nécessite pas de création d'objet pour être invoquable (les méthodes statiques sont également nommées méthodes de classe). Applet Programme exécuté dans l'environnement d'un navigateur. Le byte code est sur un serveur http, il est chargé via une page html. Pas de méthode main(),mais les méthodes obligatoires : init(),start(),stop(),paint(),destroy

15 Exemple de la montre : conception Création d'un programme Java : Identifier les objets nécessaires et leurs relations Spécifier leurs types / leurs classes (données, comportement) Chercher dans l'API Java si des classes peuvent répondre aux besoins (tout ou en partie) Création des classes nécessaires (en s'appuyant sur l'API) Programmer en Java, c'est aussi savoir chercher dans l'API Java.

16 Exemple de la montre : scénario

17 Manipulation des objets En Java, les objets sont manipulés exclusivement avec des références. Une référence est un pointeur. Il est à l'objet ce que la télécommande est à la TV. Création d'une référence sur un objet de type Integer : Integer s; La création d'une référence n'implique pas la création d'un objet. Les objets doivent être créés : s = new Integer(); Ainsi est créé un objet de type Integer. On y accède via la référence s. Integer()est une méthode particulière de la classe Integer : le constructeur. Cette méthode peut avoir des arguments indiquant comment construire l'objet : Integer s = new Integer(5); Plusieurs références peuvent pointer sur le même objet : Integer s2 = s; Il y a toujours qu'un seul objet, mais on a deux références.

18 Le fichier source d'une application import java.util.Date; import javax.swing.*; /** Le premier programme Java * Application donnant heure et date John Doe 0 */ public class ExempleMontre{ /* Ici sont définis les attributs et * méthodes, en finissant par le main. */ public static void main(String[] args) { /* corps de la méthode main */ } Lorsqu'on utilise une classe pré-définie, il faut indiquer au compilateur où est le code correspondant : import. On peut importer une classe (Date) ou toutes les classes d'une collection. Lors de la création d'une application, une des classes public doit porter le même nom que le fichier et comporter une méthode main. Les commentaires commençant par /** sont destinés à javadoc. Les commandes javadoc commence par ». Il est possible d'utiliser également du html. Tout programme, toutes les classes, les attributs et méthodes sont à commenter afin de générer une documentation via javadoc. Fichier ExempleMontre.java

19 Le source complet dune application import java.util.*; import javax.swing.*; /* Descriptif de la classe. */ public class ExempleMontre{ public static void main(String[] args) { /* Création de la date */ Date date = new Date(2004, 9, 23, 5, 30); /* zones de texte : création et écriture des textes */ JTextArea textHeure = new JTextArea(); JTextArea textDate = new JTextArea(); textHeure.setText(date.getHours()+"h"+ date.getMinutes()+" "); textDate.setText("le "+date.getDate() +"/"+date.getMonth()+"/" + date.getYear()); /* Creation de la zone d'affichage et remplissage */ JPanel monPanel = new JPanel(); monPanel.add(textHeure); monPanel.add(textDate); /* Creation de la fenetre, reglage et remplissage */ JFrame fenetre = new JFrame("ma fenetre"); /* reglage dimension et inclusion de la zone d'affichage */ fenetre.setBounds(100, 100, 160, 60); fenetre.getContentPane().add(monPanel); /* afficher */ fenetre.setVisible(true); } Les « import » sont les premières lignes non commentées. Les commentaires sont indispensables pour comprendre le code ainsi que sa structure. Cette application ne fait que créer des objets et leurs envoyer des messages.

20 Conventions de Codage Les développeurs écrivent du code que dautres lisent et utilisent –Java est apprécié pour sa lisibilité –Sun PROPOSE une façon décrire le code Conventions de codage: java.sun.com/docs/codeconv/ Aide au déboguage de Java ( communauté open source ) –Re-formateur de code sinon… (JavaStyle, Jalopy, etc. class Sample extends Object { int ivar1; int ivar2; Sample(int i, int j) { ivar1 = i; ivar2 = j; } int emptyMethod() {}... } Attention aux petits détails : Nom de classe avec majuscule Nom de méthode avec minuscule Indentation

21 Compilation, exécution,... La compilation va créer un fichier.class, le pseudo-code : javac ExempleMontre.java La compilation crée un fichier.class de bytecode : ExempleMontre.class Essayer l'option -verbose et surtout-help L'exécution se fait en appelant la machine virtuelle (JVM) : java ExempleMontre Création de la page html de documentation ExempleMontre.html javadoc ExempleMontre.java

22 Hello World public class Bonjour { public static void main (String[] arguments) { System.out.println("Hello World"); } La fonction main est une méthode static indépendante de l'instance commune à toute les instances, main peut être appelée sans quaucune instance soit créée : Bonjour.main(); System est une classe avec des attributs static (toujours pas besoin dinstance) out est une instance static de quelque chose (PrintStream) qui se trouve être une donnée de lobjet System (voir doc. de System). System.out référe donc un objet auquel on peut envoyer des messages. println est une méthode public de l'objet out.

23 Hello World - 2 public class Bonjour2 { public static void main (String[] arguments) { System.out.println("bonjour, voici vos arguments : "); for (int i=0; i javac Bonjour2.java Exécution : > java Bonjour2 1 deux 3.14 bonjour, voici vos arguments : 0 : 1 1 : deux 2 : 3.14 Pas besoin dune variable (argc) pour connaître la taille dun tableau Boucle for = comme en C Construction de la chaîne de caractère avec le signe +

24 Exécution 1/2 Qui exécute le programme tapé et compilé ? –Le processeur directement ? instruction par instruction ? –A quoi servirait le système dexploitation alors ? –A quoi servirait la machine virtuelle alors ? Le système dexploitation alloue un processus à la machine virtuelle : –qui partage le CPU avec les autres processeurs, –qui utilise un espace de mémoire virtuelle. –la machine virtuelle alloue ensuite ses threads.

25 Exécution 2/2 La machine virtuelle JAVA alloue des Threads (fils dexécution) aux programmes JAVA : –1 pour linitialisation –1 pour appeler les méthodes « callback » –1 par Thread que vous créez vous-même Les Threads sont gérés par lOS. La machine virtuelle termine lorsque le dernier thread du dernier programme se termine. –Tout lespace mémoire est alors libéré (y compris la JVM) Ou bien appel direct à System.exit(0);

26 Espaces mémoires Registres La pile (stack), RAM mais stack pointer Le « tas » (heap), en RAM Stockage statique Stockage constant Stockage hors de la RAM Capacité Rapidité

27 Documentation Format : Les commentaires dans le fichier.java doivent commencer par /**, finir par */ et chaque ligne doit commencer par une *.Il existe des étiquettes de champs telles que le nom d'auteur qui sont utilisées pour générer une API. Exemple : import java.util.* ; //Import ici, avant le commentaire javadoc /** * Une classe énumérant ses arguments. * Par exemple: * * java Bonjour2 un * bonjour * 0 : un * Marc Martin %I%, %G% */ public class Bonjour2... Génération : Pour générer la page Bonjour2.html, faire : > javadoc Bonjour2.java

28 Exemple de documentation HTML

29 javadoc (suite)

30 Inconvénients de Java ? Interprété : inefficacité du code. La lenteur. Nécessite une JVM pour fonctionner. La gestion de la mémoire est inefficace dans la plupart des cas. Difficultés face aux applications gourmandes en mémoire. Moins de mécanismes objet que C++ pourtant plus ancien (héritage multiple et templates)

31 Avantages de Java ? Ecrire une fois, exécuter partout ! Sécurité. Exécution dans un navigateur Web (Applet). Gestion automatique de la mémoire (garbage collector) Programmation modulaire et dynamique et objet. Lisibilité du code. Code compact (beaucoup est dans la JVM). L'API. Réseaux, interfaces, son, pont avec les bases de données en natif.

32 API Java Plus qu'un langage de programmation, l'environnement Java propose une API (Application Programmer's Interface) L'API est structurée en package Package : regroupement de classes ayant un lien logique entre elles pour les utiliser dans d'autres classes pour les « spécialiser » Pour programmer efficacement, une bonne connaissance de ces packages est indispensable. Ne pas refaire ce qui a déjà été fait (d'ailleurs sûrement en mieux)

33 API Java : classes standard java.lang : classes essentielles objet, types de base, processus java.util : structures de données (collections) listes, ensembles, hash tables, arbres, itérateurs java.awt : interface graphique (Abstract Window Toolkit) fenêtres, boutons, événements... java.io : entrées / sorties flot de données provenant de fichier, buffer, ou pipe java.net : réseau URL, sockets java.rmi : objets distribués (Remote Method Invocation) java.sql : JDBC (Java Data Base Connectivity) connexion à une base de données relationnelle envoi de requêtes SQL, récupération des résultats java.beans : composants logiciels Pièces logicielles autonomes pouvant être contrôlées dynamiquement et assemblées pour former des applications javax.swings : interface graphique composants d'interface de plus haut niveau que ceux de awt look and feel indépendant de l'OS exploitation du modèle MVC (Model View Controler)

34 Versions Java (1996) : le JDK : Java Development Kit, 212 classes, 8 paquetages version minimale des browsers web. Java (1997) : 504 classes, 23 paquetages amélioration interface utilisateur (AWT), gestion des erreurs, cohérence du langage Java 1.2 (Java 2 en 1998) : 1520 classes, 59 paquetages Swing, Drag and drop, amélioration audio Java 1.3 (2001) J2SDK (nouveau nom) pour J2EE (Entreprise, serveur), J2ME (PDA) amélioration de la gestion mémoire, rapidité Java 1.4 (2002) : 2757 classes, 135 paquetages J2SDK J2SE (nouveau nom), XML, expressions régulières, nouvelles E/S, accès à la mémoire vidéo (VolatileImage) pour laccélération Java 1.5 : 3278 classes, 165 paquetages

35 Outils du JDK Téléchargeable sur le site java.sun.com Outils –java : JVM, interpréteur pour les programmes java –javac : Compilateur Java –appletviewer : JVM pour l'exécution des applets –jar : Création et manipulation d 'archive java –javadoc : Générateur de documentation Java au format HTML –javap : désassembleur de classes Java compilées –jdb : débogueur Java en ligne de commande –javah : génère le header C ou C++ pour créer un pont compatible entre java et C/C++ Documentation –en ligne : –Téléchargeable pour installation en local

36 IDE (Integrated Development Environment) jEdit Eclipse Emacs (avec JDEE) –http://www.gnu.org/software/emacs/http://www.gnu.org/software/emacs/ –http://jdee.sunsite.dk/http://jdee.sunsite.dk/

37 Références Bien sûr le site officiel de Sun avec JDK, Tutorials, Documentations, spécifications,...http://java.sun.com Le magazine électronique Les sites dédiés et En français : des FAQ, des ressourceswww.developpez.com Le formidable « Thinking in Java » de Bruce Eckel en version livre (édition Prentice-Hall) ou électronique et gratuite (www.BruceEckel.com ou Et le site de Philippe Genoud consacré à l'enseignement de Java :


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