Java. Java : compilatore e interprete. Programma Java. Java Virtual Machine. Token. Alfabeto

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1 Java Il linguaggio Java è un linguaggio di programmazione ad alto livello algoritmo: astrazione della realtà linguaggio di programmazione: astrazione del processore variabile e tipo: astrazione della locazione di memoria e delle operazioni sulla variabile. Java : compilatore e interprete Il linguaggio Java è dotato di un compilatore che traduce il codice sorgente in un codice binario, detto bytecode, e di un interprete, Java Virtual Machine, che elabora ed esegue il bytecode. Il compilatore, durante la traduzione in codice macchina, esegue una analisi lessicale, sintattica e semantica. Java Virtual Machine La macchina virtuale Java (JVM) è un interprete che carica in memoria il bytecode, esegue gli agganci con le classi delle librerie standard, interpreta ed esegue il bytecode. Si hanno così efficienza (compilatore) e portabilità che è non solo a livello di codice sorgente, ma anche a livello di bytecode. Programma Java Un programma Java è composto da una o più unità compilabili: classi contenute in file di estensione.java Ogni file sorgente può contenere una sola classe con accesso pubblico il cui nome deve coincidere con quello del file che la contiene. Il file in uscita dal compilatore ha estensione.class Alfabeto L'alfabeto del linguaggio è UNICODE, a 16 bit. I primi 128 caratteri costituiscono il codice ASCII. Si distinguono le lettere minuscole dalle maiuscole. Lo spazio è un separatore. Le parole chiave (parole che hanno un particolare significato per il linguaggio) sono riservate, ossia non si possono usare come nomi di identificatori. Token Le unità lessicali (token) con cui si costruiscono le frasi del linguaggio sono: identificatori parole chiave costanti separatori operatori Parole chiave, costanti, separatori e operatori sono costruiti con i simboli del codice ASCII. 1

2 Tipi di dato in Java - tipi base (primitivi, predefiniti): numeri, caratteri, valori logici - riferimenti a oggetti Le variabili associate a questi tipi sono memorizzate nello Stack. A seconda dell'occupazione in byte si hanno i seguenti tipi: byte (1), short (2), int (4), long (8). Degli n bit a disposizione, il primo è il bit del segno 0 positivi 1 negativi I rimanenti n-1 sono per il numero. Si possono rappresentare 2 n -1 valori diversi. Costanti del tipo di dato: - 2 n -1 e 2 n -1-1 che delimitano l'intervallo di rappresentazione. In Java: Byte.MIN_VALUE Byte.MAX_VALUE Short.MIN_VALUE Short.MAX_VALUE Integer.MIN_VALUE Integer.MAX_VALUE Long.MIN_VALUE Long.MAX_VALUE Dato x, per trovare la sua rappresentazione r(x) in base b (b=2) si divide per la base e si prendono i resti. La rappresentazione dell'opposto è definita in complemento a 2 r(x) + r(-x) = 2 n Per trovare la rappresentazione dell'opposto r(-x) si invertono tutti i bit di r(x) fatta eccezione degli 0 a destra e del primo 1 a destra (oppure si invertono tutti i bit e si aggiunge 1). Tipo Reale A seconda dell'occupazione in byte si hanno i seguenti tipi: float (4), double (8). Dati n bit a disposizione il primo è il bit del segno 0 positivi 1 negativi Dei rimanenti n-1 bit si ha una ripartizione tra esponente e mantissa. Mantissa I numeri reali sono rappresentati in modulo e segno, riferiti alla base 2, con mantissa normalizzata e bit nascosto. Dato x per costruire la rappresentazione r(x) si deve trasformare in binario il numero reale: parte intera: si divide per la base e si prendono i resti parte frazionaria: si moltiplica per la base e si prendono le parti intere Si deve poi portare il numero binario in forma normalizzata 1.c 1 c 2 c 3... * 2 e 2

3 Esponente L'esponente e viene rappresentato con l'eccesso (in traslazione) vale a dire che e deve essere aumentato, di 127 per i float (eccesso). Il nuovo esponente (intero) viene trasformato in binario. Costanti del tipo di dato minimo reale 0 float ~ massimo reale float ~ In Java Float.MIN_VALUE Float.MAX_VALUE Double.MIN_VALUE Double.MAX_VALUE Classi e oggetti Java è un linguaggio orientato agli oggetti, basato su classi. Per costruire un nuovo concetto dobbiamo definire la sua forma (campi) e le sue proprietà (metodi). La classe ci permette di descrivere il nuovo concetto, con la definizione di campi e metodi. Per poter utilizzare il concetto si deve creare un oggetto del tipo della classe. Classi e oggetti Un oggetto è una entità che può essere usata attraverso i metodi della classe. L'oggetto creato si chiama anche esemplare della classe o istanza della classe. Per creare un oggetto si usa l'operatore new. La variabile oggetto (il suo tipo è nomeclasse) dopo l'attivazione dell'operazione new, contiene il riferimento all'oggetto creato (informazioni sulla posizione di memoria dell'oggetto creato). Gli oggetti stanno nello Heap. Campi All'interno di una classe sono definiti campi e metodi. I campi di una classe, chiamati anche campi di esemplare o variabili di istanza; solitamente sono dichiarati con accesso privato: incapsulamento o protezione dei dati. I metodi della classe (solo) possono accedere ai campi. Interfaccia pubblica Nella classe viene definita una interfaccia pubblica costituita dall'insieme dei metodi pubblici che permettono di utilizzare l'oggetto dall'esterno. All'interfaccia pubblica appartiene anche il costruttore, che inizializza l'oggetto al momento della sua creazione. Astrazione: all'utente esterno è noto solo il nome del metodo e il suo comportamento; si usa l'oggetto senza conoscere la realizzazione dei suoi metodi. Tempo di vita e inizializzazione delle variabili in una classe All'interno di una classe ci sono: - variabili di istanza (campi) - variabili locali - variabili parametro Queste variabili hanno un diverso tempo di vita e diverse modalità di inizializzazione 3

4 Variabile di istanza Una variabile di istanza: - appartiene all'oggetto - è visibile ai metodi della sua classe - viene inizializzata da un costruttore (default, esplicitamente) - viene creata, "nasce", quando l'oggetto viene creato - viene eliminata, "muore", quando l'oggetto viene eliminato, ossia non è più referenziato (garbage collector) Variabile locale Una variabile locale: - appartiene a un metodo - è visibile all'interno del metodo - deve essere inizializzata esplicitamente - viene creata, "nasce", quando viene eseguito l'enunciato in cui è definita - viene eliminata, "muore", quando l'esecuzione del programma esce dal blocco nel quale è stata definita (che può anche essere il metodo che l'ha definita) Variabile parametro Una variabile parametro (formale): - appartiene a un metodo - è visibile all'interno del metodo - viene inizializzata all'atto della invocazione del metodo (con il valore fornito dall'invocazione) - viene creata, "nasce", quando viene invocato il metodo - viene eliminata, "muore", quando l'esecuzione del metodo termina Variabile statica Una variabile statica viene creata quando la JVM carica la classe per la prima volta ed eliminata quando la classe viene scaricata (si dice che ''esiste sempre''). Si chiama anche variabile di classe perché non appartiene ad un oggetto ma è di tutta la classe (ce n è un unica copia). Viene inizializzata esplicitamente o con il default (non nel costruttore). Specificatore di accesso Campi, metodi e classi hanno uno specificatore di accesso che può essere: private: visibile solo all'interno della classe public: visibile al di fuori della classe protected: visibile ai metodi della classe, delle sue sottoclassi e delle classi dello stesso pacchetto nessuna specifica: visibilità di pacchetto Ereditarietà E' un meccanismo che consente di costruire una nuova classe che estende le funzionalità di un'altra classe: si possono utilizzare metodi e variabili di istanza della classe superiore, senza accedere al codice dell'altra classe (riusabilità del codice). Ogni classe deriva direttamente o non direttamente dalla superclasse universale Object. 4

5 Metodi nella sottoclasse Un metodo della sottoclasse può: - essere un nuovo metodo non presente nella superclasse - essere un metodo ereditato dalla superclasse - essere un metodo della superclasse sovrascritto nella sottoclasse Cast: conversione forzata Tipi base: si può eseguire l assegnazione di una variabile di tipo superiore ad una di tipo inferiore: (nome tipo inferiore) l assegnazione inversa è automatica. Riferimenti: si può eseguire l assegnazione di un riferimento di un oggetto di tipo superclasse ad un riferimento di tipo sottoclasse: (nome sottoclasse) l assegnazione inversa è automatica. Polimorfismo E' la proprietà in base alla quale il comportamento di un metodo può variare in relazione al tipo dell'oggetto che viene effettivamente usato come parametro implicito del metodo. E' la JVM che decide durante l'esecuzione quale metodo deve essere scelto: selezione posticipata. Si parla di sovraccarico quando è il compilatore che decide quale metodo dovrà essere invocato: selezione anticipata. Interfaccia Rappresenta una proprietà astratta. Possiede solo le firme dei metodi. I suoi metodi sono automaticamente pubblici. Una classe che realizza un interfaccia deve implementare tutti i suoi metodi. Quando più classi realizzano l interfaccia si ha polimorfismo. Eccezioni Sono situazioni di possibili errori che possono essere esterne al problema o dipendere da un cattivo utilizzo dell'algoritmo. Le situazioni di errore devono essere previste e gestite. Le eccezioni sono oggetti: la classe dell eccezione può estendere Exception (a controllo obbligatorio) o RuntimeException. Le eccezioni possono essere catturate e si eseguono istruzioni alternative, oppure lanciate ed interrompono l'esecuzione del programma. Stack e Heap Rappresentano parti diverse della memoria: Stack (tipi base e riferimenti), Heap (oggetti). Schema della disposizione degli indirizzi di memoria: indirizzi di memoria crescenti Codice di Java Memoria Heap programma RuntimeStack libera lunghezza cresce verso cresce verso fissa la memoria alta la memoria bassa 5