Εβδομάδα 1: Πρώτα βήματα στη Java

Σημειώσεις μελέτης βασισμένες στο «Learn Programming with Java – Lesson 1». Οι διαφάνειες, με τα παραδείγματα σε εικόνες, βρίσκονται στο Moodle.

Τι είναι ο προγραμματισμός

Προγραμματισμός σημαίνει να λες σε έναν υπολογιστή τι να κάνει, δίνοντάς του οδηγίες, βήμα προς βήμα, όπως μια συνταγή μαγειρικής. Τον χρησιμοποιούμε για να αυτοματοποιούμε επαναλαμβανόμενες δουλειές, να λύνουμε προβλήματα και να φτιάχνουμε ιστοσελίδες, παιχνίδια και εφαρμογές.

Κάθε πρόγραμμα, όσο μεγάλο κι αν είναι, χτίζεται από τέσσερα βασικά στοιχεία:

Από το πρόβλημα στον αλγόριθμο

Πριν γράψεις κώδικα, γράφεις τη λύση ως μια λίστα απλών βημάτων, έναν αλγόριθμο. Αυτή η δομημένη σκέψη λέγεται προγραμματιστική λογική. Για παράδειγμα, για να βρεις αν ένας μαθητής πέρασε, με βάση τον μέσο όρο των βαθμών του:

1. Διάβασε πόσοι είναι οι βαθμοί.
2. Ξεκίνα ένα άθροισμα από το 0.
3. Για κάθε βαθμό, πρόσθεσέ τον στο άθροισμα.
4. Διαίρεσε το άθροισμα με το πλήθος των βαθμών: αυτός είναι ο μέσος όρος.
5. Αν ο μέσος όρος είναι κάτω από 50, γράψε «FAIL»· αλλιώς γράψε «PASS».

Ένα πρόγραμμα είναι μέρος του κύκλου ζωής ανάπτυξης λογισμικού: σχεδιασμός, ανάλυση, σχεδίαση, υλοποίηση (ο κώδικας), δοκιμές, παράδοση και συντήρηση. Σε αυτό το μάθημα εστιάζουμε κυρίως στην υλοποίηση.

Γιατί Java

• Δημιουργήθηκε από τη Sun Microsystems το 1995· από το 2010 ανήκει στην Oracle.
• Είναι γλώσσα υψηλού επιπέδου (κοντά στη γλώσσα του ανθρώπου, όχι στη γλώσσα της μηχανής), αντικειμενοστραφής και βασισμένη σε κλάσεις.
• Έχει τεράστια κοινότητα και είναι σταθερά μία από τις πιο δημοφιλείς γλώσσες.
• Χρησιμοποιείται παντού: σε ιστοσελίδες, εφαρμογές κινητών (Android), επιχειρησιακά συστήματα.
• Είναι ανεξάρτητη από την πλατφόρμα: «γράψε μία φορά, τρέξε παντού».

Πώς τρέχει ένα πρόγραμμα Java

Οι γλώσσες προγραμματισμού κλιμακώνονται από αυτές που καταλαβαίνει ο άνθρωπος (υψηλού επιπέδου, όπως η Java) έως αυτές που καταλαβαίνει η μηχανή (assembly, κώδικας μηχανής, δυαδικός κώδικας). Η Java περνά από ένα ενδιάμεσο στάδιο:

1. Γράφεις τον κώδικα σε ένα αρχείο .java.
2. Ο μεταγλωττιστής javac τον μετατρέπει σε bytecode, σε ένα αρχείο .class.
3. Το bytecode το εκτελεί η JVM (Java Virtual Machine). Υπάρχει JVM για Windows, macOS και Linux, γι’ αυτό το ίδιο .class τρέχει σε όλα.

Τι χρειάζεσαι

• Ένα JDK (Java Development Kit): είτε το Oracle JDK (το επίσημο, δωρεάν για προσωπική χρήση), είτε το OpenJDK (ανοιχτού κώδικα, δωρεάν για κάθε χρήση).
• Ένα IDE (περιβάλλον ανάπτυξης), όπως το IntelliJ IDEA, το Eclipse ή το NetBeans, ρυθμισμένο να χρησιμοποιεί το JDK σου.

Κλάσεις και μέθοδοι

Η Java οργανώνει τον κώδικα σε κλάσεις. Μια κλάση μοιάζει με το σχέδιο ενός σπιτιού: δεν είναι σπίτι η ίδια, αλλά από αυτήν μπορείς να χτίσεις πολλά σπίτια (αντικείμενα).

• Οι ιδιότητες (attributes) είναι τα χαρακτηριστικά: πόσα δωμάτια, τι χρώμα τοίχοι.
• Οι μέθοδοι (methods) είναι οι ενέργειες: άνοιξε την πόρτα, άναψε το φως.

Θα τα δούμε αναλυτικά αργότερα στο μάθημα. Προς το παρόν, κάθε πρόγραμμά μας έχει μία κλάση με μία μέθοδο, τη main.

Το πρώτο πρόγραμμα

public class Welcome {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("Καλώς ήρθες στη Java!");
    }
}

• public class Welcome: ορίζει μια κλάση με όνομα Welcome. Το αρχείο πρέπει να λέγεται Welcome.java. Το public σημαίνει ότι η κλάση είναι προσβάσιμη από παντού.
• public static void main(String[] args): η μέθοδος main είναι το σημείο εκκίνησης κάθε προγράμματος Java.
  • static: ανήκει στην κλάση, δεν χρειάζεται αντικείμενο για να κληθεί.
  • void: δεν επιστρέφει τιμή.
  • String[] args: τα ορίσματα από τη γραμμή εντολών, αν υπάρχουν.
• System.out.println(...): τυπώνει το κείμενο στην κονσόλα και αλλάζει γραμμή. Το System είναι έτοιμη κλάση της Java και το out η «έξοδος» της κονσόλας.

Μια ματιά στο bytecode. Αν μεταγλωττίσεις ένα πρόγραμμα που κάνει int number = 10; System.out.println(number);, το bytecode θα περιέχει εντολές όπως: βάλε τη σταθερά 10 στη στοίβα, αποθήκευσέ την στη μεταβλητή number, φόρτωσε το System.out, φόρτωσε ξανά το number, κάλεσε την println. Οι αριθμοί των εντολών (0, 1, 2, 5…) «πηδάνε», γιατί κάποιες εντολές πιάνουν περισσότερα bytes από άλλες. Δεν χρειάζεται να γράφεις bytecode, αλλά βοηθά να καταλάβεις τι κάνει η JVM.

Μεταβλητές και τύποι δεδομένων

Μια μεταβλητή έχει τύπο, όνομα και τιμή:

int age = 19;
double average = 7.5;
char grade = 'A';
boolean passed = true;
String name = "Μαρία";

Πρωτογενείς τύποι (primitive)

Αποθηκεύουν απευθείας μια απλή τιμή. Είναι γρήγοροι και δεν είναι αντικείμενα.

Τύποι αναφοράς (reference)

Αποθηκεύουν μια αναφορά (διεύθυνση) προς τα πραγματικά δεδομένα, και μπορούν να είναι null («δεν δείχνουν πουθενά»). Παραδείγματα: το String (κείμενο), οι πίνακες και κάθε αντικείμενο.

Η βιβλιοθήκη της Java έχει και έτοιμες κλάσεις για πιο ειδικές ανάγκες: το StringBuilder για κείμενο που αλλάζει συχνά, το BigInteger και το BigDecimal για αριθμούς με απεριόριστα ψηφία ή απόλυτη ακρίβεια (π.χ. για χρήματα), και κλάσεις για ημερομηνίες.

Τελεστές

Οι τελεστές είναι σύμβολα που κάνουν μια πράξη πάνω σε τιμές και δίνουν ένα αποτέλεσμα.

Προσοχή στη διαίρεση ακεραίων: το 7 / 2 δίνει 3, γιατί και οι δύο τελεστέοι είναι int. Για δεκαδικό αποτέλεσμα, τουλάχιστον ένας πρέπει να είναι δεκαδικός: 7 / 2.0 δίνει 3.5.

int a = 7, b = 2;
System.out.println(a / b);      // 3
System.out.println(a % b);      // 1
System.out.println(a / 2.0);    // 3.5
System.out.println(a > b && b > 0); // true

Ερωτήσεις αυτοαξιολόγησης

1. Τι κάνει ο μεταγλωττιστής javac και τι η JVM;

Ο javac μετατρέπει τον κώδικα .java σε bytecode (.class). Η JVM εκτελεί αυτό το bytecode στο συγκεκριμένο λειτουργικό σύστημα.

2. Γιατί λέμε ότι η Java είναι «ανεξάρτητη από την πλατφόρμα»;

Γιατί το bytecode δεν εξαρτάται από το λειτουργικό σύστημα. Το ίδιο αρχείο .class τρέχει σε οποιονδήποτε υπολογιστή έχει JVM.

3. Τι τυπώνει το System.out.println(10 / 4); και γιατί;

2, γιατί και το 10 και το 4 είναι ακέραιοι, οπότε η διαίρεση κρατά μόνο το ακέραιο μέρος. Το 10 / 4.0 θα έδινε 2.5.

4. Ποια είναι η διαφορά ανάμεσα σε int και String;

Το int είναι πρωτογενής τύπος: κρατά απευθείας έναν ακέραιο. Το String είναι τύπος αναφοράς: κρατά μια αναφορά σε ένα αντικείμενο με κείμενο, και μπορεί να είναι null.

5. Τι τιμή έχει το x μετά από int x = 5; x += 3; x++;

9: το x += 3 το κάνει 8 και το x++ το αυξάνει κατά 1.

---

Πηγές: «Learn Programming with Java – Lesson 1» του μαθήματος· Oracle Java Tutorials.

int a = 5;
int b = 10;