Программирование на языке Java

Введение

Ежедневно множество производителей по всему миру выпускают огромное количество компьютеров и других цифровых устройств, которые используются повсеместно. Действительно, сложно представить современного человека без ноутбука, либо смартфона, а современную торговую компанию без сервера и клиентских машин. Вся эта техника была бы бесполезной, если бы не работало под управлением той или иной программы. Одной из обязательных программ на компьютере или другом цифровом устройстве является операционная система. За счет развития различных отраслей, а также конкурирующих проектов на современном рынке имеется большое количество различных операционных систем. Для разработки программного обеспечения к ним существует огромное количество различных сред разработки, а также языков программирования.
Благодаря такому разнообразию систем и сред разработки с различными языками остро встает проблема создания приложения, которое бы работала на каждой из них одинаково эффективно и безошибочно. Для этого были разработаны специальные среды исполнения приложений наиболее популярной из которых является Java.
Исходя из сказанного, основной целью работы будет изучение основ языка программирования Java, а также рассмотрение его основных синтаксических структур. Данные знания помогут в дальнейшем разрабатывать простые, а в последствии и более сложные программные продукты на данном языке, которые смогут работать на любой платформе начиная от серверных машин и заканчивая смартфонами на операционной системе Android.
Также следует отметить, что компания производитель выпускает язык с бесплатной средой разработки, что делает язык еще более доступным и открытым для изучения, а также профессиональной деятельности.

История создания и развития языка программирования Java.
Язык программирования Java известен как новейший объектно-ориентированный язык. Его отличительной особенностью является легкость изучения, но в свою очередь способным создавать кросплатформенные приложения, которые способны выполняться на любой машине без внесения изменений в программный код. Многие считают, что это т язык является упрощением обще известного и широко используемого языка C++ в который интегрирован автоматический сборщик мусора garbage collector. В данном случае под сборкой мусора понимается освобождение оперативной памяти машины, которая больше не используется в программе. Одним из направлений которое использует Java – это небольшие программы (апплеты), которые встраиваются в страницы сайтов и могут исполняться непосредственно в браузере, делай сайт динамичным, либо выполняющем ту или иную функцию.
Современное мнение относительно Java является двояким. Некоторые считают, что ряд свойств, которые были заявлены производителем в действительности не функционируют, а за счет привязки к среде исполнения программы работают медленно. Противоборствующее же мнение говорит о том, что число устройств на которых работают приложения, написанные на этом языке, а также растущее сообщество с огромным количеством коммерческих и Open Source проектов – это и есть свидетельство о том, что Java является удачным языком программирования и за счет этого будет и дальше набирать свою популярность.
Первая версия Java была выпущена в 1995 году, а последняя, а последняя 19 марта 2014 года. При этом последняя версия была загружена с сайта производителя более 200000 раз в течении первой недели. На современном этапе развития Java используется многими ведущими производителями такими как: IBM, Apple, Oracle и конечно Microsoft. Которая лицензировала ее еще в 1996 году.

Основные структуры языка программирования Java.
2.1. Типы используемых данных.
Как сложилось исторически прародителем java является язык программирования C++, поэтому он унаследовал от предка строгую типизированность данных. Это означает, что любая переменная, которая будет использоваться в программе должна быть заранее объявлена. Под объявлением переменной подразумевается присвоение уникального имени области памяти и назначения типа данных, который будет храниться в этой области.
В данном языке существует три основных типа данных:
Примитивы;
Ссылочные типы;
Строки.
Для начала рассмотрим примитивы для того составим таблицу в которых будут указаны основные их параметры (табл. 1).
Таблица 1. Примитивные типы данных языка java.
Наименование типа Тип данных Размер, байт Диапазон значений
byte Целые числа 1 от -128 до 127
short Целые числа 2 от -32768 до 32767
int
Целые числа 4 от -2147483648 до 2147483647
long Целые числа 8 от -9223372036854775808 до 9223372036854775807
float Числа с плавающей точкой 4 от ~1,4*10-45 до ~3,4*1038
double Числа с плавающей точкой 8 от ~4,9*10-324  до ~1,8*10308
char символ Unicode
2 От ‘\ u0000’ (или 0), до ‘\ uffff’ (или 65535 включительно)
boolean
Логический тип 1 true/false
Эти типы используются в большинстве языков программирования в том или ином виды и известны любому программисту. Теперь необходимо рассмотреть как объявляется переменная того или иного типа:
public static void main(String[] args) {
char ch = 'K';
int t = (int) ch;
}
В данном примере объявляется и инициализируется две переменные. В первой строке объявляется символьная переменная и ее значению присваивается значение ‘K’. Во второй строке при помощи приведения типа в переменную t присваивается код символа, который имеет тип данных целое число.
Одним из часто используемых типов данных является String. Он уже не является примитивным и представляет собой набор символов тип char. Для объявления переменной такого типа используется следующая конструкция:
public static void main(String[] args) {
String S = "Hello, World!!!";
}
Как видно из листинга, объявление переменной идентично с примитивными типами, поэтому проблем с их использованием возникнуть не должно даже у начинающего программиста.
Последним типом данных языка является ссылочный тип. В них входят все классы, интерфейсы, массивы, а также классы-оболочки:
Byte
Short
Integer
Long
Float
Double
Character
Boolean
В отличие от примитивных типов, они пишутся с заглавной буквы. Эти типы соответствуют примитивным типам, однако являются ссылочными. Их классы содержат методы для преобразования типов, а также другие константы и методы полезные при работе с примитивными типами данных.
Для объявления ссылочных переменных используется конструкция:
Double d = new Double();
2.2. Логические операторы языка программирования Java.
Современные программы чаще всего не являются линейными, а в ходе их работы проверяется множество условий. За верность или ложность того или иного условия отвечают соответствующие операторы, которые обобщенно называют условными. Все их можно представить в виде таблицы (табл. 2).
Таблица 2. Логические операторы языка Java.
Наименование оператора Описание действия
& Логическое AND (И)
&& Сокращённое AND
| Логическое OR (ИЛИ)
|| Сокращённое OR
^ Логическое XOR (исключающее OR (ИЛИ))
! Логическое унарное NOT (НЕ)
&= AND с присваиванием
|= OR с присваиванием
^= XOR с присваиванием
== Равно
!= Не равно
?: Тернарный (троичный) условный оператор
Подобные операторы достаточно активно используются при всякого рода сравнениях переменных, или других значений. В случае выполнения условия возвращается значение true (истина), в противном случае false (ложь). Небольшой пример:
Boolean b = 5<4;
После выполнения данного условия в переменной b будет находиться значение false, т.к. известно из математики 5 >4, а значит условие, записанное в программе является ложным.
Отдельным синтаксисом обладает тернарный оператор:
<Условие> ? <выражение1> : <выражение2>
Данный код означает, что в случае выполнения условия будет выполняться выражение1, в противном случае выражение 2

. Рассмотрим небольшой пример:
5<4? b=5 : b=4;
В приведенном листинге результирующее значение переменной b будет равно 4, т.к. условие в операторе является ложным.
2.3. Арифметические и математические операторы Java.
Для начала изучения сначала необходимо определить, что является оператором. С точки зрения языка программирования оператором является символ или набор символов, который дает инструкцию компилятору выполнять ту или иную операцию, например: сложение, вычитание и т.д.
В качестве арифметических операторов используются классические математические символы (табл. 3).
Таблица 3. Арифметические операторы языка Java.
Наименование Обозначение Пример
Сложение + rez = a + b
Вычитание - rez = a - b
Деление / rez = a / b
Умножение * rez = a * b
Если рассмотреть примеры из данной таблице, то можно обратить внимание, что запись на языке программирования мало чем отличается от привычной математической записи. Несмотря на это существует ряд особенностей. Одна из которых – это деление целого числа на целое. Приведем простой пример:
double rez = 18 / 5;
После выполнения анной строки программы в переменной будет значение 3.0, при этом остаток отпросится. Чтобы такое не происходило, один из операндов должен быть вещественного типа, например:
double rez = 18 / 5.0;
В этом случае значение переменной составит 3.6, что является правильным решением с точки зрения математики.
Также существует оператор %, который позволяет получить остаток от деления двух целых чисел:
int ost;
ost = 15 % 10;
Как видно из примера, остаток от деления представляет собой целое, а не дробное число. Помимо классических арифметических операторов также имеется аналог позволяющий суммировать и одновременно присваивать значение переменной:
tmp += 2;
В этой сроке кода значение переменной tmp увеличивается на 2, т.е. это сокращенная запись кода:
tmp = tmp +2;
В последнем виде код получается более длинным и менее читабельным в дальнейшем.
Как и предка в языке существуют операторы инкремента и декремента, позволяющие увеличивать, либо уменьшать значение переменной на единицу. Всего существует две формы: префиксная и постфиксная. Если выбрана префиксная форма, то сначала значение увеличится на единицу, а потом будет использоваться со следующим оператором. В префиксной же форме все наоборот. Для лучшего понимания рассмотрим пример:
int a = 3, b = 3;
int prefix = 15 / 3 - ++a;
int postfix = 15 / 3 - b++;
Во второй строке кода переменная примет значение 1, а в третей 2, т.к. используется постфиксный оператор инкремента, аналогичная ситуация будет и с декрементом.
При решение той или иной задачи зачастую требуется использовать математические операторы, либо константы. Для этих целей существует отдельный класс math, который содержит все основные функции и константы, используемы е при вычислениях. Для использования данного класса его необходимо подключить в самом начале файла с кодом. Для этого прописывается строка:
import static java.lang.Math.*;
После чего пользователю становится доступны следующие функции (табл. 4).
Таблица 4. Математические функции языка Java.
Функция Описание
sqrt(x) Извлекает корень квадратный из значения x
pow(x,n) Возводит переменную x в степень n
sin(x), cos(x), tan(x) Вычисляет значение тригонометрических функций угла заданного в радианах
asin(x), acos(x), atan(x) Обратные тригонометрические функции, возвращают значение угла в радианах.
exp(x) Возводит экспоненту в степень x
log(x) Вычисляет значение натурального логарифма числа x
log10(x) Вычисляет значение логарифма с основанием 10 числа x
abs(x) Вычисляет модуль числа x
round(a) Округляет до ближайшего целого.
Также в данном классе описаны две наиболее часто используемые константы (табл. 5).
Таблица 5. Математические константы, описанные в классе.
Наименование Описание
PI Число pi точность которого составляет 15 знаков после запятой
E Число е с точностью 15 знаков после запятой
Эти математические функции и константы могут использоваться в коде программы. Приведем пример использования:
System.out.println(sqrt(81));// выведет 9.0
System.out.println(pow(2,10));// выведет 1024.0
System.out.println(sin(PI/2));// выведет 1.0
System.out.println(cos(PI));// выведет -1.0
System.out.println(acos(-1));// выведет 3.141592653589793
System.out.println(round(E));// выведет 3
System.out.println(abs(-6.7));// выведет 6.7

2.4. Условные операторы языка программирования Java.
Как и в любом другом языке программирования наиболее частой категорией операторов является условные операторы. В java существует две основных разновидности ветвлений:
Условный оператор if…else;
Оператор множественного выбора switch.
Рассмотрим первый оператор его общий синтаксис выглядит следующим образом:
if (<условие>) {
<Инструкция 1>;
} else {
<Инструкция 2>
}
Основой этого оператора является условие, в случае его истинности выполняется первая инструкция, в противном случае вторая. Приведем пример:
if (x >5){
System.out.println("x больше 5");
} else {
System.out.println("x меньше или равно 5");
}
В том простейшем примере сравнивается значение переменной x со значением 5, если переменная x больше 5, то выводится соответствующее сообщение, в противном случае выводится оповещение, что переменная меньше, либо равна пяти.
Помимо простой формы существует также вложенная, то есть вместо оной из инструкций может быть вложен еще один условный оператор (или любой другой). Модернизируем предыдущий пример с помощью вложенного оператора:
if (x >5){
System.out.println("x больше 5");
} else {
if(x < 5){
System.out.println("x меньше 5");
}else{
System.out.println("x равно 5");
}
}
Так как все операторы вложены руг в друга, то в случае срабатывания одного из них все остальные исключаются. Последнее условие при котором выводится сообщение, что «x равно 5» явно не задано, но если не выполняются предыдущие условия, то может быть только третья ситуация.
Следующей конструкцией является множественный оператор выбора swith. Он позволяет выполнять различные наборы операторов в зависимости от значения параметра. Его общий синтаксис выглядит следующим образом:
switch (<Переключатель>) {
case <Значение1>:
<Набор инструкций 1>;
break;
case <Значение 2>:
<Набор инструкций 2>;
break;
default:
<Набор инструкций по умолчанию>;
}
Теперь более подробно рассмотрим каждый из операторов данной структуры:
<Переключатель> — представляет собой целочисленную переменную, которая в процессе работы программы будет принимать то или иное значение, тем самым определяя какой набор операторов будет использоваться;
<Значение 1>, <Значение 2> — предоставляют собой литералы целочисленного типа данных. В процессе работ программы с данными значениями будет сравниваться значение переключателя. Если программа обнаруживает что значение переключателя равно значению, то дальше программа будет выполняться со строки следующей за case до ближайшего breack, либо до конца оператора switch если он не встретится.
default: — Представляет собой метку, которая будет задействована в том случае, если значение переключателя ни совпало со значениями в операторе case. Данная метка не является обязательной и в случае ненадобности может быть исключена из тела программы.
<Набор инструкций N> — состоящая из одного действия, либо включающая в себя множество операторов инструкция.
2.5. Операторы циклов в языке Java.
Во многих программа необходимо повторять одни и те же операции по несколько раз. Подобные конструкции называются циклами. В этом языке программирования используются два вида циклических операторов: for, while.
Оператор for является циклом с параметром