Objektorienterad programmering

Föreläsning 1

Kursinformation

Allmänt om programmering

Java - några inledande exampel

Grundbegrepp: variabler, uttryck, satser, typer.

Kursinfo

Undervisning

Föreläsningar

Tisdagar 13–15 och fredagar 10–12.

Allmänna begrepp, exempel, demonstrationer.

Övningar

Torsdagar 13–15 läsvecka 1–8.

Problemlösning individuellt samt genomgångar.

Labbhandledning

Måndagar 13–15, onsdagar 13–15 och torsdagar 10–12.

Bokade arbetsplatser och handledare på plats.

Kursinfo

Lärare och kurslitteratur

LärareKursansvarig, föreläsningar och övningar Björn von Sydow

LabbhandledningEmil Djupfeldt, Pelle Evensen, Maria Öhrman, Björn von Sydow

Rekommenderad litteraturNågon av

David J. Eck: Introduction to Programming using Java, 5th ed.Kan laddas ner gratis från nätet.

Jan Skansholm: Java direkt.Vanlig kursbok i kurser på Chalmers; säljs på Cremona.

Kevin Wayne, Robert Sedgewick: Introduction to Programming inJavaBästa boken; säljs av nätbokhandlar.

Kursinfo

Examination

LaborationerSex obligatoriska programmeringsuppgifter. Görs i grupper om tvåpersoner.

Deadlines enligt kursens webbplats.Första labben ska lämnas in i morgon!

TentamenSkriftlig tentamen 12 mars på förmiddagen.

Kursbok får inte medföras till tentan.

Ett referensblad (två sidor) om Java medföljer tentatesen.

Kursinfo

Lärandemål, 1

Ur kursplanen: Efter kursen ska ni kunna

förklara grundläggande begrepp inom imperativ och objektorienteradprogrammering, speciellt som de realiseras i det programspråk somanvänds i kursen.

beskriva några standardalgoritmer, för till exempel sortering ochsökning, samt veta var dessa återfinns i språkets standardbibliotek.

definiera enkla subrutinbibliotek med utnyttjande av det användaprogramspråkets datatyper och styrstrukturer.

definiera klasser som modellerar enkla fenomen i objektorienteradanda, med inkapslade data som avläses och uppdateras via publikametoder.

Kursinfo

Lärandemål, 2

Ur kursplanen: Efter kursen ska ni kunna

sätta er in i ett givet program, bestående av flera klasser, i syfte attfelsöka, komplettera eller förbättra programmets beteende enligtgivna anvisningar.

skriva enkla händelsestyrda program med grafiskt gränssnitt.

använda och söka i programbibliotek för några standardändamål,som exempelvis grafiska gränssnitt och datastrukturer.

använda enkla verktyg för att skriva in, kompilera, exekvera ochdokumentera program.

identifiera situationer i er fortsatta utbildning där programmering kanvara ett effektivt hjälpmedel i studierna.

identifiera ert behov av ytterligare kunskaper inom områdetprogrammering och datavetenskap.

Kursinfo

Labbar

Programmering

Programmering

Vad är ett program?

En uppsättning instruktioner som anpassar en dator föratt lösa en viss klass av problem.

Vad då för instruktioner?Datorns inbyggda instruktioner är mycket enkla: adderatvå tal, jämför två tal, flytta ett tal i minnet, . . .

Stora program består av miljontals sådana instruktioner.

Hur kan man skriva sådana program?

Skriv program i språk på högre abstraktionsnivå.

Utnyttja många lager av programbibliotek.

Programmering

Programspråk

Olika typer av språk

Imperativa: C, Ada, FORTRAN, . . .

Objektorienterade: C++, Java, C#, Python, . . .

Funktionella: Haskell, ML, F#, . . .

Domänspecifika: Matlab, VHDL, . . .

Varför Java?Imperativt och objektorienterat.

Gratis tillgång för olika typer av datorer.

Bra bibliotek, information på nätet.

Mycket använt.

Programmering

Algoritmer och datastrukturer

Ofta är huvudsvårigheten att finna en braalgoritm, som hittar lösningen påtillräckligt kort tid (och utan att använda förmycket resurser i övrigt.)

När man väl har en bra algoritm är det oftainte så svårt att formulera den i ettprogramspråk.

För många vanliga problem finnsstandardalgoritmer och tillhörandedatastrukturer. Vi hinner inte diskuteradessa i denna kurs, men ska använda endel biblioteksklasser med sådanaalgoritmer och datastrukturer.

Programmering

Software Engineering

En del programutvecklingsprojekt tillhör de mest omfattandeingenjörsprojekt som kan genomföras (tusentals programmerare undermånga år).

Att leda och organisera sådana projekt innebär stora utmaningar, bådetekniskt och administrativt.

Vi kan inte alls beröra dessa svårigheter i den här kursen.

Exempel

Funktioner i matematiken

En funktion i matte

Vi kan definiera t ex f (x) = x2 + 3.Därefter kan vi använda funktionen med olika argument:T ex har vi att f (7) = 52 (= 72 + 3)och att f (−3) = 12 (= (−3)2 + 3).

Definitions- och värdemängd

Vi måste också specificera definitionsmängden, dvs vilken mängdargumenten tas från, och vilken mängd funktionsvärdena tillhör.För f ovan kan dessa mängder till exempel vara heltalen.

Alternativ definitions- och värdemängd

Vi kan också betrakta f ovan som en funktion med de reella talen somdefinitions- och värdemängd. Då kan vi också beräknaf (0.6) = 3.36 (= 0.62 + 3).

Exempel

Samma funktion i Java

Med heltal som argument och resultat

I Java kan man definiera samma funktion:

public static int f(int x) {return x*x + 3;

}

Försök för tillfället bortse från nyckelorden public, static och returnsom förklaras senare.

Typen int förekommer på två ställen:

int x säger att argumentet x ska vara ett heltal.

int f . . . säger att resultatet blir ett heltal.

Uttrycket efter return är funktionens resultat (funktionsvärdet).

Exempel

Vårt första Java-program

Vad blir f (1234)?

Frågan kan besvaras med hjälp av programmet

public class Example1 {

public static int f(int x) {return x*x + 3;

}

public static void main(String[] args) {System.out.println("f(1234)=" + f(1234));

}}

Det finns många saker att förstå här; vi påpekar bara några på nästa bild.

Exempel

Mer om Example1

KommentarerViktigast: ni kan inte förstå allt fullständigt nu; ni måste se flerexempel och förstå bättre efterhand.

Vi har definierat ett program (en klass), som innehåller definitionenav f och en main-rutin.

Att köra programmet innebär att kommandona i main-rutinen utförs. Idetta fall finns bara ett enda kommando, en utskrift.

Det som skrivs ut är strängen f(1234)= följt av funktionsvärdetf(1234) (så + betyder här inte addition).

Att funktionsvärdet (som blir 1522759) skrivs ut innebär attprogrammet först måste beräkna detta genom att använda funktionen.

En fråga

Vad betyder argumentet till main-rutinen???

Exempel

Arbetsprocessen

Flera steg krävs innan vi kan få veta funktionsvärdet:

Programtexten skrivs in en texteditor. Man kan använda till exempelgedit eller emacs.Programmet sparas i en fil, som för vårt exempel måste hetaExample1.java.

Programmet kompileras (översätts) genom att man i ettxterm-fönster skriver

> javac Example1.java

Om inga fel upptäcks, så skapas filen Example1.class.

Programmet kan nu köras genom

> java Example1f(1234)=1522759>

Exempel

En förbättring av Example1

Ett nytt problem att lösa

Om vi nu vill beräkna f (5678) så måste vi ändra programmet genom attbyta ut 1234 mot 5678 (på två ställen), kompilera om programmet och köradet igen.

En bättre idéProgram som körs kan ges kommandoradsargument:> java Example2 1234> 1522759> java Example2 567832239687>Hur skriver man Example2??

Exempel

Användning av kommandoradsargument

Goda nyheter

main-rutinen har direkt tillgång till kommandoradsargumenten: de heterargs[0], args[1] osv.

Dåliga nyheter

args[0] osv är en teckensträng, t ex "1234". Vi säger att args[0] hartypen String. Den kan inte ges som argument till f , som vill ha ett heltal(av typen int).

Lösningen

Strängen "1234" konverteras till heltalet 1234 av funktionenInteger.parseInt ur Javas bibliotek.Programmet Example2 ges på nästa bild.

Exempel

Programmet Example2

public class Example2 {

public static int f(int x) {return x*x + 3;

}

public static void main(String[] args) {int n = Integer.parseInt(args[0]);System.out.println(f(n));

}}

NotVi lagrar resultatet av konverteringen i variabeln n.Sedan använder vi n som argument till f i utskriftskommandot.

Exempel

En annan matematisk funktion

Vi definierar funktionen

S(n) =n∑

k=1

k2 (= 12 + 22 + . . . + n2)

Frågor

Vad blir S(3)?

Vilken definitionsmängd har funktionen S?

Hur gör du för att räkna ut S(6) i huvudet?

S(6) = 12 + 22 + 32 + 42 + 52 + 62

Exempel

Vad blir S(1000)?

Svaret ges av följande Java-program

public class Example3 {

public static int squareSum (int n) {int sum = 0;for (int k=1; k

Exempel

Finns det bättre sätt?

För välstuderade problem som detta exempel finns ibland andra metoder.

Man kan visa att

squareSum(n) =n(n + 1)(2n + 1)

6

för alla positiva heltal n.Detta ger direkt att

squareSum(100) =1000 · 1001 · 2001

6.

Att komma på bästa sättet att beräkna en funktion man behöver är iallmänhet ett svårt problem.

Exempel

Att räkna med reella tal

Vad blir 1 + 1/2 + 1/3 + . . . + 1/1000000?

Frågan kan besvaras med hjälp av funktionen

public static double hSum(int n) {double sum = 0;for (int k=1; k

Grunder

Typer

Två sorters typer

I Java finns två sorters typer:

Primitiva typer.

Referenstyper. Vi återkommer till dessa.

Primitiva typer

Åtta inbyggda primitiva typer finns i Java:

Fyra heltalstyper: byte, short, int och long.

Två flyttalstyper: float och double (för "reella tal").

Typen char (för tecken).

Typen boolean (för sanningsvärden).

Ofta använder vi int för heltal och double för flyttal.

Grunder

Värden av primitiva typer

Typ Värdenbyte Heltal i intervallet [−128, 127] (8 bitar).short Heltal i intervallet [−32768, 32767] (16 bitar).int Heltal lagrade med 32 bitar (upp till ca ±2 · 109).long Heltal lagrade med 64 bitar (upp till ca ±9 · 1018).

float Flyttal lagrade med 32 bitar (ca 7 sign. siffror).double Flyttal lagrade med 64 bitar (ca 16 sign. siffror).

char Tecken, lagrade med 16 bitars Unicode.

boolean true och false

Grunder

Uttryck (eng. expressions)FörekomsterUttryck förekommer bland annat som högerled i tilldelningssatser och somargument i funktionsanrop.

Olika former

Form ExempelLiteral 37 -3.5 true ’C’Variabel sum n maxVoltageOperatoruttryck sum + 1.0/i n % 2 == 0Funktionsanrop hSum(10000) Math.sin(x+y)

Typer

Varje uttryck i ett Javaprogram har en typ som kan bestämmas avkompilatorn.

Vilka typer har ovanstående exempel?

Grunder

Operatorer

Operatorer på typen int

Aritmetiska operatorer (resultattyp int): +, -, *, /, %.

Jämförelseoperatorer (resultattyp bool): =, ==, !=.

Skiftoperatorer (resultattyp int): .

Operatorer på typen double

Aritmetiska operatorer (resultattyp double): +, -, *, /.

Jämförelseoperatorer (resultattyp bool): =, ==, !=.

Operatorer på typen bool

Logiska operatorer (resultattyp bool): &&, ||.

Unära operatorer

På numeriska typer: +, -. På bool: !.

Grunder

Typen String

Textsträngar som "Hello world!" har typen String.

Operatorn + kan ta två strängar som argument; den betyder dåkonkatenering: "Hi" + " there" är samma sak som "Hi there".

Om den ena operanden till + har typ String så görs den andra om tillString och konkatenering används.

En viktig skillnad

String s = "10000";int n = 10000;

De två variablerna s och n används på helt olika sätt.

Grunder

for-satsenSyntax-beskrivning: for-statement

for(initialization; continuation-condition; update) {statements

}

Typvillkor

Typen av continuation-condition måste vara boolean.

Effektfor-satsen exekveras på följande sätt:

1 Exekvera initialization.2 Beräkna värdet av continuation-condition.

Om värdet är false, avslutas for-satsen.Om värdet är true, exekveras först statements, därefter update, ochdärefter fortsätter man med 2).

Grunder

Härnäst

I morgon: Obligatorisk labb. Ni måste vara där och köra ert förstaJava-program. Handledarna prickar av er när ni gjort vad ni ska.

På torsdag: Labbtid på morgonen för den som vill öva mer. Övning påeftermiddagen där vi övar att skriva enkla funktioner och main-rutiner.

På fredag: föreläsning med nya begrepp. Försök förstå dagensbegrepp innan dess.

Om du har en egen dator: Ladda ner Ecks bok och läs i kapitel 2.Bestäm dig för om du vill skaffa Jan Skansholms bok i stället.