Il linguaggio di programmazione JAVA

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1 Introduzione a JAVA Dott. Ing. Leonardo Rigutini Dipartimento Ingegneria dell Informazione Università di Siena Via Roma SIENA Uff rigutini@dii.unisi.it

2 JAVA

3 Il linguaggio di programmazione JAVA Nel 1991 un gruppo di Sun MicroSystems, guidato da James Gosling e Patrick Naughton, progettò un linguaggio chiamato in codice Green, per l utilizzo in apparecchi di consumo: Elettrodomestici intelligenti, telefoni mobili, ecc. Il linguaggio era stato progettato per essere SEMPLICE e NEUTRALE rispetto all architetture, in modo da operare su hardware diversi: Non si trovò mai un cliente per questa tecnologia Nel 1994, la squadra si rese conto che un altra area poteva sfruttare le proprietà di Green : il filone client/server Indipendenza dall architettura Esecuzione in tempo reale Affidabilità e sicurezza

4 Nasce JAVA Nel 1995 fu presentato dalla Sun il browser HotJava che aveva una caratteristica unica: Poteva scaricare piccoli programmi, chiamati applet, dal web ed eseguirli sulla macchina client con un elevato grado di sicurezza Gli applet scritti nel linguaggio che adesso si chiama Java, permettevano agli sviluppatori Web di predisporre una serie di animazioni e integrazioni che potevano migliorare molto le potenzialità della pagina Dal 1996, sia Netscape (allora molto diffuso) che Explorer supportano Java

5 La crescita di Java Da allora Java è cresciuto a ritmo fenomenale: I programmatori lo hanno adottato per la sua elevata semplicità rispetto al rivale/progenitore (il C++) Inoltre la Sun rilasciava con Java, una libreria enormemente ricca (JDK Java Development Kit) che forniva agli sviluppatori una innumerevole quantità di classi per i problemi più diversi Nel 1998 la Sun rilasciò la nuova versione del linguaggio, chiamata Java2, e la sua libreria ampliata con nuove classi: La nuova release aveva due versioni, la micro-edition(j2me), pensata per lo sviluppo su piccoli dispositivi integrati (gli anni del boom del cellulare) e la enterprise edition (J2EE), pensata per le workstation

6 JAVA ed internet Poiché Java era stato pensato per Internet, ha due qualità che lo rendono molto adatto per i principianti: Sicurezza le applet si avviano automaticamente una volta scaricate dal browser, quindi è importante che esse siano intrinsecamente sicuri Trasferibilità lo stesso programma Java è eseguibile su qualsiasi piattaforma (Windows, Unix-like o Machintosh) Quando si visita un sito, il server web non ha idea di quale computer state utilizzando, ma restituisce semplicemente il codice trasferibile che è stato generato dal compilatore Java la macchina virtuale Java sul computer client si occuperà di eseguire questo codice trasferibile

7 Tipi di programmi Java Applets Piccoli programmi Java utilizzati all'interno di pagine HTML Vengono scaricate insieme alla pagina HTML ed eseguite lato client (dal browser o da un applet viewer) Normalmente i browser incorporano una JVM con cui eseguono l'applet Servlets e JSP Sono programmi Java che risiedono sul server Web e vengono invocati dalle pagine HTML Vengono eseguiti lato server solitamente per la generazione di pagine Web dinamiche (accesso a Database, risposta a dati inviati o operazioni effettuate dall utente) Applicazioni Sono normali programmi eseguiti su una JVM (lanciata esplicitamente da riga di comando)

8 Scrivere un programma in Java Una caratteristica che ha reso popolare il Java è quella di essere indipendente dal S.O. in cui un programma è compilato. Ma come è resa possibile questa cosa? Il compilatore Java produce un codice che non è il codice binario finale, ma un codice binario intermedio chiamato bytecode (indipendente dall architettura) Questo codice intermedio è interpretato da una macchina virtuale che lo traduce in istruzioni macchina la Java Virtual Machine (JVM) La JVM ha bisogno di conoscere il SO su cui sta girando. La Sun mette a disposizione JVM per tutti i sistemi operativi: Windows, Linux, Unix, Mac ecc

9 Scrivere un programma in Java In definitiva, scrivere un programma Java vuole dire creare un file di testo contenente del codice Java: un file per ogni classe (ossia astrazione dell oggetto) Il file così creato ha estensione.java e deve essere passato al compilatore Java: javac xxx.java xxx.class Questo software crea un file.class con lo stesso nome dell originario, che contiene il bytecode per la JVM java xxx esecuzione del main della classe xxx.class

10 Es HelloWorld.java class HelloWorld { public static void main(string[] args) { System.out.println( Hello World! ); } } Java Compiler javac javac e java sono forniti con la distribuzione Java (JDK) java bytecode JVM HelloWorld.class

11 javac.exe e java.exe Forniti con la distribuzione Java della SUN: JDK Dipendono dall architettura su cui si va ad operare: È necessario utilizzare il JDK per Windows se si usa Windows, ugualmente per Linux, Mac ecc Sono applicazioni lanciate dall utente dalla shell dei comandi oppure dall ambiente di sviluppo grafico utilizzato Devono essere nel path di ricerca del S.O. : Es. in windows: path %path%;c:\programmi\java\jdk1.5.0_02;c:\programmi\java\ jdk1.5.0_02\bin; set JAVAHOME=C:\Programmi\Java\jdk1.5.0_02

12 javac.exe

13 java.exe

14 CLASSPATH Quando creiamo una classe Java (nell esempio precedente prova ), affinché sia utilizzabile è necessario che il nome del file sia lo stesso del nome della classe: La classe prova va quindi salvata in un file prova.java e compilata nel file prova.class Il compilatore javac si occupa di generare il file.class con il nome del file.java che gli viene fornito come parametro di ingresso Il file.class deve poi essere nel classpath della macchina virtuale, altrimenti non sarà trovato. E possibile specificare il classpath come opzione diretta alla JVM: java.exe classpath [PATH1;PATH2; ;PATHn] file.class In alternativa si può definire una variabile di sistema CLASSPATH da cui il compilatore e la JVM leggono automaticamente il classpath

15 Classpath in javac

16 Classpath in JVM

17 Regole di base di JAVA

18 Regole di base 1 Java, come quasi tutti i linguaggi di programmazione di alto livello è case-sensitive, distingue cioè le lettere minuscole da quelle maiuscole: La variabile nome è quindi diversa da Nome È consigliato inserire delle linee di commento per rendere il codice più leggibile e comprensibile (commentare il codice): La sequenza // permette di commentare la parte di riga rimanente I delimitatori /* e */ permettono di commentare tutto ciò compreso tra queste due sequenze di caratteri Es: int a=3; // questa parte finale della riga è commentata /* commento su più righe */

19 Regole di base 2 Istruzione Ogni istruzione deve essere terminata da un ; Blocchi di codice Ogni blocco di codice (sequenza di una o più istruzioni da eseguire in blocco) è racchiuso tra parentesi graffe: { } Formattazione Una singola istruzione per riga L apertura di un blocco viene indentata per rendere più chiara la struttura del blocco class HelloWorld { public static main(string[] args) { // visualizza un messaggio di saluto System.out.println( Hello World!! ); } }

20 Facciamo un esempio Scrivere un applicazione di benvenuto: il cosiddetto HelloWorld Iniziamo col creare un file HelloWorld.java con il notepad (o qualsiasi altro editor di testo) Scriviamo il codice per la nostra applicazione: class HelloWorld { public static void main(string[] args) { System.out.println( Hello World! ); } } Utilizziamo lo script JavaEnvStart disponibile in rete su Sunto (\\sunto\laboratorio Java\esempi): Questo script setta le variabili di ambiente JAVAHOME e PATH in modo cha sia possibile utilizzare javac.exe e java.exe

21 Facciamo un esempio Copiamo lo script nella directory dove abbiamo salvato il file HelloWorld.java ed avviamo la shell Digitiamo: javac HelloWorld.java E vediamo che viene creato il file HelloWorld.class Se proviamo ad aprire il file HelloWorld.class con un editor di testo (notepad), vediamo una sequenza di caratteri incomprensibile: bytecode della nostra prima applicazione Java Adesso chiamiamo la JVM per eseguire la nostra classe: java HelloWorld

22 Facciamo un esempio Otteniamo però un errore: Exception in thread "main" java.lang.noclassdeffounderror: HelloWorld Cosa vuol dire? La JVM non trova la classe HelloWorld di cui deve lanciare la funzione main() Forse vuole il nome del file: java HelloWorld.class Otteniamo ancora un errore simile: Exception in thread "main" java.lang.noclassdeffounderror: HelloWorld/class La JVM ancora non trova la classe HelloWorld/class (spiegheremo in seguito la differenza tra questi due errori) Dove è il problema?

23 Facciamo un esempio Il problema sta nel fatto che la JVM cerca la classe HelloWorld (ossia il file HelloWorld.class) nei percorsi specificati dalla variabile di sistema CLASSPATH: Questa variabile non contiene però il percorso dove realmente si trova HelloWorld.class E necessario quindi specificare alla JVM che cerchi il file (o meglio la classe) anche nella directory corrente: java cp. HelloWorld Adesso funziona tutto!!

24 Facciamo un esempio Proviamo adesso a rinominare la funzione main(string[] args) con run(string[] args) e compiliamo di nuovo: Per adesso nessun problema, javac genera il file HelloWorld.class Proviamo a lanciare HelloWorld.class : java cp. HelloWorld Ovviamente otteniamo un errore: Exception in thread "main" java.lang.nosuchmethoderror: main Perché OVVIAMENTE? Che errore si verifica?

25 Facciamo un esempio Leggendo attentamente il messaggio di errore si vede che la JVM ci sta dicendo che non trova il metodo main Il metodo main di un oggetto, come detto, contiene il corpo principale dell applicazione rappresentata dall oggetto stesso Quando si invia un oggetto alla JVM, quest ultima prova a lanciare il metodo main, ad eseguire quindi l oggetto come se fosse un applicazione: Se tale metodo non esiste, la JVM ritorna un errore del tipo visto prima

26 Esempio Esempio: 01.HelloWorld\01.HelloWorld

27 IDE e JBuilder

28 Integrated Development Environment (IDE) Un IDE è una applicazione grafica che fornisce al programmatore un ambiente di sviluppo completo ma al tempo stesso semplice e chiaro Tramite una interfaccia grafica (GUI) è possibile costruire il progetto, tenere sotto controllo le varie parti, effettuare il debugging e molto altro ancora I più comuni ambienti di sviluppo Java sono: JBuilder della Borland, a pagamento, ma è disponibile una versione free (chiamata Foundation) NetBeans della SunMicrosystem, free scaricabile dal sito Eclipse della Eclipse Foundation

29 Integrated Development Environment (IDE) L uso dei programmi da linea di comando javac e java viene nascosto dalla IDE: Compilando il progetto, il software passa al compilatore tutti i files necessari e genera i file.class Anche l esecuzione del programma è gestita dall interfaccia e richiede solamente di specificare quale funzione main() mandare in esecuzione Anche la gestione del path e del classpath è automatizzata e resa friendly dall interfaccia grafica: Il path corrente è automaticamente inserito nel classpath Aggiungendo librerie automaticamente viene aggiunto il percorso al classpath Ecc

30 JBuilder L ambiente che utilizzeremo in questo laboratorio è il JBuilder, ma tutto ciò che viene fatto è facilmente trasportabile su NetBeans o su Eclipse Oltre alla libreria standard del Java, ogni IDE può mettere a disposizione librerie proprietarie da utilizzare nel progetto: Non sempre consigliato dato che una caratteristica molto importante del Java è quella della trasferibilità del codice e molte volte l uso di librerie proprietarie può limitare questa possibilità Il JBuilder mette a disposizione una gran quantità di tipologie di progetto: tramite un wizard è possibile scegliere il tipo di progetto, specificarne i parametri ed iniziare a programmare

31 Esempio Proviamo adesso a creare una applicazione HelloWorld utilizzando il JBuilder Prima di tutto avviamo il JBuilder Andiamo su File e selezioniamo new Possiamo creare direttamente una classe o un progetto. Nel primo caso, viene richiesto comunque di creare un progetto per la classe. Una volta scelto il nome del progetto e dove salvarlo passiamo alla creazione guidata della classe Ci viene chiesto il nome della classe (HelloWorld) ed il package: Per adesso ignoriamo il package (lasciamo bianco il campo del package) Notiamo l opzione generate main method che permette di generare uno scheletro per la funzione main all interno della classe

32 Esempio Inseriamo il codice Java nel file HelloWorld.java class HelloWorld { public static void main(string[] args) { System.out.println( Hello World! ); } } Adesso possiamo compilare ed eseguire l applicazione: Tramite il menù run lanciamo l applicazione Notiamo la possibilità di lanciare l applicazione anche sotto debug

33 Esempio Nella finestra in basso vedremo visualizzato l output dell applicazione E possibile verificare che anche in questo caso, rinominando la funzione main() in qualsiasi altro modo (anche Main()) il JBuilder ritorna errore

34 Esempio Esempio: 01.HelloWorld\02.HelloWorld-JBuilder

35 Debug

36 Debug in JBuilder Un IDE permette di effettuare un operazione molto utile al programmatore: Il debugging Trovare i punti in cui il programma si comporta in maniera differente da quello che il creatore si aspettava è un lavoro molto difficile e costoso: Il debug a run-time permette di fissare dei break-point Break-point: punto del programma in cui si desidera fermare il flusso delle istruzioni per verificare ed ispezionare lo stato dell applicazione

37 Breakpoint Viene selezionata la riga di codice in cui si desidera interrompere il programma Quando l esecuzione del programma raggiunge tale riga di codice, l IDE interrompe l esecuzione e permette all utente di interagire con il programma: per esempio la lettura di alcuni valori attuali dell applicazione Una volta terminata la verifica è possibile continuare fino al break-point successivo o fino alla terminazione dell applicazione Inoltre esiste la modalità passo-passo in cui l ambiente si ferma ad ogni istruzione

38 Esempio Riprendiamo l applicazione HelloWorld Inseriamo una istruzione per aumentare il numero di istruzioni: ES : una istruzione di assegnamento ad una variabile int a = 4; Mettiamo un break-point nella istruzione successiva a questa Lanciamo l applicazione in modalità debug

39 Esempio Vediamo che l esecuzione si interrompe alla linea di codice con il break-point A questo punto è possibile: ispezionare i contenuti dell oggetto

40 Esempio mettere dei watch sulle variabili

41 Esempio Infine è possibile continuare l applicazione (F9) fino ad un successivo break-point o alla fine, andare avanti passo-passo (F8), entrare all interno della funzione corrente(f7), ecc Modo 1 Modo 2

43 Il JavaDoc

44 Il JavaDoc L ambiente di sviluppo grafico permette di creare la documentazione in automatico: la Sun aveva previsto la possibilità di descrivere, mediante apposita sintassi, le varie funzioni disponibili in ogni oggetto Per creare una descrizione di una funzione è sufficiente inserire prima del metodo e fuori da ogni altra funzione la descrizione della funzione delimitata dalle sequenze /** e */ Aggiungendo il tool JavaDoc al progetto, è possibile creare la documentazione della classi e delle funzioni del progetto:

45 JavaDoc Descrizione di una classe: Quando inseriamo la sequenza /** il JBuilder automaticamente inserisce i campi descrittivi della classe in cui l autore può inserire la descrizione: titolo, descrizione, autore, versione, ecc Descrizione di una funzione Quando inseriamo la sequenza /** il JBuilder crea automaticamente le righe per la descrizione dei parametri di ingresso e di ritorno della funzione: args String[] indica che la funzione ha un parametro di ingresso args di tipo String[] L autore della funzione può inserire la descrizione della funzione nella prima riga del blocco generato automaticamente da JBuilder

46 JavaDoc Esempio Creare una classe HelloWorld deselezionando tutti i check-box durante il wizard di JBuilder: Verrà creata una classe semplice prova senza alcuna funzione o variabile class HelloWorld { } Creaiamo il JavaDoc per la classe: /** * title: * description: * copyright: Copyright (c) 2005 * company: not attributable 1.0 */ class HelloWorld { }

47 JavaDoc Esempio Creare una funzione nella classe HelloWorld (creiamo la funzione main() che per ora è l unica cha abbiamo visto come si scrive): class HelloWorld { public static void main(string[] args) { } } Creiamo il JavaDoc per questa funzione: class HelloWorld { /** * args String[] */ public static void main(string[] args) { } }

48 JavaDoc Esempio Inseriamo il titolo e la descrizione della classe e la descrizione della funzione /** * title: Hello World * description: Classe di prova per il JavaDoc * copyright: Copyright (c) 2005 * company: not attributable 1.0 */ class HelloWorld { /** * Funzione principale per il test args String[] */ public static void main(string[] args) { } }

49 JavaDoc Esempio Compiliamo, solo il JavaDoc o tutto quanto ed apriamo il file index.html del JavaDoc:

50 JavaDoc Esempio La funzione è visualizzata in due punti: nel sommario delle funzioni in cui viene mostrata una lista di tutte le funzioni con un breve descrizione (la prima riga del commento inserito) nella sezione dettagli, in cui viene visualizzata tutta la descrizione