PB162 — Programování v jazyce Java
Základní informace
• jednotlivé sekce (1, 2…) neodpovídají přesně probírané látce v týdnech semestru (ale přibližně
ano)
• přesné info k probírané látce v daném týdnu přednášky i cvičení najdete vždy v osnově
předmětu PB112 jaro2024 v IS
1. Úvod do Javy
• Jak přejít od Pythonu, C neb JavaScriptu k Javě?
• slidy Cíle předmětu | pro tisk HTML, PDF
• slidy Přechod k Javě | pro tisk HTML, PDF
• slidy První program, třída, objekt | pro tisk HTML, PDF
• slidy Proměnné, deklarace | pro tisk HTML, PDF
• slidy Balíky | pro tisk HTML, PDF
• slidy Spuštění programu | pro tisk HTML, PDF
• slidy na doma Základní příkazy - volání metod, přiřazení, návrat | pro tisk HTML, PDF
• slidy Řídicí struktury - větvení, cykly | pro tisk HTML, PDF
2. Úvod do objektového programování,
konstruktory
• slidy Konstruktory | pro tisk HTML, PDF
• slidy Zapouzdření | pro tisk HTML, PDF
• slidy Konvence | pro tisk HTML, PDF
• slidy Datové typy | pro tisk HTML, PDF
• slidy JavaDoc | pro tisk HTML, PDF
3. Statické proměnné a metody, neměnné
objekty, přetěžování
• slidy Static | pro tisk HTML, PDF
• slidy Konstanty | pro tisk HTML, PDF
• slidy Výčtové typy | pro tisk HTML, PDF
1
• slidy Neměnné objekty a záznamy | pro tisk HTML, PDF
• slidy Přetěžování metod | pro tisk HTML, PDF
• slidy Překrývání metod, třída Object | pro tisk HTML, PDF
• slidy Likvidace objektů | pro tisk HTML, PDF
4. Rozhraní
• slidy Rozhraní | pro tisk HTML, PDF
• slidy Výchozí a statické metody rozhraní | pro tisk HTML, PDF
• slidy Rozšiřování rozhraní | pro tisk HTML, PDF
• slidy Testování, JUnit | pro tisk HTML, PDF
5. Dědičnost, viditelnost
• slidy Dědičnost | pro tisk HTML, PDF
• slidy Viditelnost | pro tisk HTML, PDF
• slidy Polymorfismus | pro tisk HTML, PDF
• slidy Konstruktory - tipy | pro tisk HTML, PDF
• slidy Potíže s dědičností | pro tisk HTML, PDF
6. Pole, porovnávání objektů, abstraktní
třídy, moduly
• slidy Pole, třída Arrays | pro tisk HTML, PDF
• slidy Porovnávání objektů | pro tisk HTML, PDF
• slidy Pomocná třída Objects | pro tisk HTML, PDF
• slidy Abstraktní třídy | pro tisk HTML, PDF
• slidy Moduly | pro tisk HTML, PDF
7. Kontejnery: Collection, Set, List, Iterator
• slidy Kontejnery obecně, rozhraní Collection | pro tisk HTML, PDF
• slidy Seznam, množina, iterátory | pro tisk HTML, PDF
2
8. Kontejnery: Map, SortedMap, Collections;
lambda výrazy, proudy
• slidy Mapy | pro tisk HTML, PDF
• slidy Uspořádané kolekce | pro tisk HTML, PDF
• slidy Porovnání kontejnerů, třída Collections | pro tisk HTML, PDF
• slidy Lambda výrazy | pro tisk HTML, PDF
• slidy Proudy (Stream) | pro tisk HTML, PDF
• slidy Parametrické (generické) typy | pro tisk HTML, PDF
9. Výjimky
• slidy Výjimky | pro tisk HTML, PDF
• slidy Hlídané a vlastní výjimky, blok finally | pro tisk HTML, PDF
10. Vnořené třídy
• slidy Vkládání závislostí | pro tisk HTML, PDF
• slidy Vnořené a vnitřní třídy | pro tisk HTML, PDF
11. Vstupy a výstupy, soubory
• slidy Vstupy a výstupy | pro tisk HTML, PDF
• slidy Soubory | pro tisk HTML, PDF
• slidy Path a Files | pro tisk HTML, PDF
• slidy Kódování znaků | pro tisk HTML, PDF
12. Konzultace, návaznosti, pokročilá témata
• slidy Soubory vlastností (properties) | pro tisk HTML, PDF
• slidy Java Archiver (jar) | pro tisk HTML, PDF
• slidy Navazující předměty | pro tisk HTML, PDF
Program "Hello World!"
• Abychom měli kam náš kód psát, vytvoříme třídu Demo s hlavní funkci main, která se zavolá
při spuštění programu.
• V Javě nestačí výkonný kód (příkazy) umístit jen tak do zdrojového souboru.
3
• V Javě sice existuje možnost interaktivní práce "REPL" (read-eval-print-loop), ale moc se
nepoužívá.
• V praxi tedy většinou napíšeme kód aspoň do statické metody main v nějaké třídě.
public class Demo {
  public static void main(String[] args) {
  System.out.println("Hello World!");
  }
}
Program "Hello World!" - proč a jak main
public class Demo {
  public static void main(String[] args) {
  System.out.println("Hello World!");
  }
}
• Metoda main musí být veřejná (public), statická (static) a nevrací žádnou hodnotu (void).
Klíčová slova pochopíte časem, není to teď důležité.
• Metoda musí mít parametry typu String (řetězec), které se předávají při spuštění z příkazového
řádku do pole String[] args.
Motivace třídy I
• Jak reprezentovat složitou strukturu, aby se s ní dobře pracovalo?
• Příklad: Osoba s jménem a rokem narození
class Person {
  String name;
  int yearBorn;
}
• Části objektu nastavíme i zjistíme stejným způsobem jako v jazyce Python:
k.name = "Karel"; // set name to Karel
String karelsName = k.name; // get name value
 Jednotlivé části (jméno, rok narození) nazýváme atributy.
4
Motivace třídy II
• Někdy bychom rádi měli funkce, které pracují přímo s částmi struktury.
• Pamatujeme si rok narození, ale co když chceme zjistit věk?
• Jak lehce zjistit informace o naší struktuře — třídě?
public class Person {
  private String name;
  private int yearBorn;
  public int getAge() {
  return 2018 - yearBorn;
  }
  public void printNameWithAge() {
  System.out.println("I am " + name + " and my age is " + getAge());
  }
}
Modifikátory public a private
V kódu třídy se nyní objevila klíčová slova public a private. Nemají vliv na funkcionalitu, ale na
"viditelnost", na možnost či nemožnost z jiného kódu danou třídu nebo její vlastnost vidět a použít.
Logicky public půjde použít vždy a odevšad.
Vlastnosti třídy
• Třída představuje strukturu, která má atributy a metody.
Atributy
• jsou nositeli datového obsahu, údajů, "pasivních" vlastností objektů
• to, co struktura má, z čeho se skládá, např. auto se skládá z kol
• definují stav objektu, nesou informace o objektu
Metody
• jsou nositeli "výkonných" vlastností, schopností objektů něco udělat
• to, co dokáže struktura dělat — pes dokáže štěkat, osoba dokáže mluvit
• definují chování objektu (může být závislé na stavu)
Vytvoření konkrétní osoby
• Máme třídu Person, to je něco jako šablona pro objekty — osoby.
• Jak vytvořím konkrétní osobu s jménem Jan?
5
public class Demo {
 public static void main(String[] a) {
  Person jan = new Person();
  jan.name = "Jan";
  jan.yearBorn = 2000;
  System.out.println(jan.name);
  System.out.println(jan.yearBorn);
 }
}
Poznámky k příkladu Demo
• Třída Person má vlastnost name a age, to jsou její atributy.
• Objekt jan typu Person má vlastnost name s hodnotou Jan a yearBorn s hodnotou 2000.
• Klíčová slova public a private vám z Pythonu nejsou známá, zde v Javě i jiných jazycích
označují "viditelnost" položky — jednoduše řečeno, co je veřejné a co soukromé.
• Soukromé (private) atributy "vidíme" jen z metod třídy, v níž jsou uvedeny.
Objekt
• Objekt je jeden konkrétní jedinec příslušné třídy.
• Všechny vytvořené objekty nesou stejné vlastnosti, např. všechny objekty třídy Person mají
vlastnost name.
• Vlastnosti mají však pro různé lidi různé hodnoty — lidi mají různá jména.
• Konkrétní objekt určité třídy se také nazývá instance (jedincem) své třídy.
Deklarace vs vytváření objektů
• Co znamená new Person()?
• Proč musíme psát Person jan = new Person() a ne jen Person jan?
Person jan = new Person();
// why not just:
Person jan;
Deklarace sama nic nevytvoří
• Pouhá deklarace proměnné objektového typu (Person jan) žádný objekt nevytvoří.
• Pouze nám to pojmenuje místo pro odkaz, který následně naplníme odkazem na skutečně
vytvořený objekt.
6
• K vytvoření tohoto objektu slouží operátor new.
Co se děje při vytváření objektů přes new
• Alokuje se paměť v oblasti dynamické paměti, tedy na haldě (heap).
• Vytvoří se tam objekt a naplní jeho atributy výchozími hodnotami.
• Zavolá se speciální metoda objektu, tzv. konstruktor, který objekt dotvoří.
Repl.it demo k třídám a objektům
• https://repl.it/@tpitner/PB162-Java-Lecture-01-objects
Konstruktor
• Slouží k "oživení" vytvořeného objektu bezprostředně po jeho vytvoření:
◦ Jednoduché typy, jako například int, se vytvoří a inicializují samy a konstruktor nepotřebují.
◦ Složené typy, objekty, je potřeba vždy zkonstruovat!
• V našem příkladu s osobou operátor new vytvoří prázdný objekt typu Person a naplní jeho
atributy výchozími (default) hodnotami.
• Další přednáška bude věnována konstruktorům, kde se dozvíte víc.
Třída vs objekt
Třída
• Reprezentuje obecně více prvků z reálného světa (např. pes, člověk).
• Je určitý vzor pro tvorbu podobných objektů (konkrétních psů či lidí).
• Definice třídy sestává převážně z atributů a metod.
• Říkáme jim také prvky nebo členy třídy.
• Skutečné objekty této třídy pak budou mít prvky, které byly ve třídě definovány.
Objekt
• Objekty jsou instancemi "své" třídy vytvořené dle definice třídy a obsahující atributy.
• Vytváříme je operátorem new.
• Odkazy na vytvořené objekty často ukládáme do proměnné typu té třídy, např. Person jan = new
Person();
Komplexnější příklad I
Následující třída Account modeluje jednoduchý bankovní účet.
7
• Každý bankovní účet má jeden atribut balance, který reprezentuje množství peněz na účtu.
• Pak má metody:
◦ add přidává na účet/odebírá z účtu
◦ writeBalance vypisuje zůstatek
◦ transferTo převádí na jiný účet
Komplexnější příklad II
public class Account {
  private double balance; // 0.0
  public void add(double amount) {
  balance += amount;
  }
  public void writeBalance() {
  System.out.println(balance);
  }
  public void transferTo(Account whereTo, double amount) {
  balance -= amount;
  whereTo.add(amount); // whereTo is another account
  }
}
• Metoda transferTo pracuje nejen se svým "mateřským" objektem, ale i s objektem whereTo
předaným do metody.
Komplexnější příklad - definice vs. použití
třídy
• Třída sama je definovaná v samostatném souboru Account.java.
• Její použití pak třeba v Demo.java.
public static void main(String[] args) {
  Account petrsAccount = new Account();
  Account ivansAccount = new Account();
  petrsAccount.add(100.0);
  ivansAccount.add(20.0);
  petrsAccount.transferTo(ivansAccount, 30.0);
  petrsAccount.writeBalance(); // prints 70.0
  ivansAccount.writeBalance(); // prints 50.0
}
8
println vs. return
• Pozor na rozdíl mezi vypsáním řetězce a jeho vrácením:
public void writeString() {
  System.out.println("Sample text"); // writes it
}
public String returnString() {
  return "Sample text"; // does not write it
}
Proměnné
• Obecně slouží k pamatování si hodnot v paměti během chodu programu.
• Některé - a to lokální proměnné - si pamatují jen během volání podprogramu (metody) a pak
zmizí.
• Jiné - objekty a prvky objektů - přetrvávají, jak dlouho potřebujeme, nejdéle do konce běhu
programu.
• Trvalé ukládání dat už se děje jinde - na vnějších pamětech, discích.
Pojmenování proměnných
• Proměnné se stejně jako pro metody a třídy pojmenovávají pomocí identifikátorů.
• Identifikátor podobně jako např. v Pythonu musí:
• začínat písmenem nebo znakem podtržítka _, které ovšem raději nepoužívejme, není to v Javě
zvykem
Konvence v Javě na rozdíl od Pythonu
názvy tříd a dalších typů, třeba výčtů, a konstant
začínáme písmenem velkým — třída Person, konstanta MAX_COUNT
atributy, proměnné, metody…
malým písmenem — atribut numHeads, metoda print
podtržítka
většinou nepoužíváme
víceslovné názvy
namísto podtržítek jako v Pythonu (my_variable) píšeme v "CamelCase" (myVariable) kromě
9
konstant, kde píšeme velkými písmeny a slova oddělujeme podtržítky (MAX_COUNT)
Kategorie proměnných
V Javě jsou proměnné realizovány jako místa v paměti nesoucí hodnotu nebo odkaz na objekt.
Rozlišujeme tyto kategorie podle místa výskytu proměnné:
• atributy (nebo též proměnné objektu, instanční proměnné)
• statické proměnné (nebo též statické atributy nebo proměnné třídy)
• lokální proměnné (místní proměnné, proměnné v metodě)
Lokální proměnné
• Ve příkladu s bankovními účty se v metodě main objevily proměnné (účty), které nebyly atributy
objektů, ale pracovalo se s nimi pouze v metodě samotné.
• Takové proměnné se označují podobně jako v jiných jazycích jako lokální.
• Podobně jako atributy mají i tyto proměnné svůj datový typ - primitivní nebo objektový.
• V případě primitivního pak proměnná nese přímo hodnotu (například číslo nebo boolean).
• V případě objektového nese odkaz na objekt.
• V tomto ohledu se to tedy nijak neliší od atributů.
public static void main(String[] args) {
  Account petrsAccount = new Account();
  petrsAccount.add(100.0);
}
Lokální v Javě = automatické
• Liší se však okamžikem vytvoření: vytvoří se při každém zavolání metody (v případě objektové
proměnné se samozřejmě vytvoří jen ten odkaz, nikoli celý objekt).
• Proto jsou také označovány jako automatické.
• Technicky jsou vytvořeny alokací místa na zásobníku, tedy podobným mechanismem, jako se
ukládají návratové adresy při volání metod.
Deklarace
• Úplně klasicky vypadá například deklarace lokální proměnné takto:
• primitivní typy (čísla, boolean…): int i = 2, boolean isOK = true
• objektové typy:
10
Person jan = new Person("Honza");
// compiles iff Employee is a subclass of Person
Person petr = new Employee("Petr");
Odvození typu
• Doposud jsme viděli, že na levé straně byl uveden deklarovaný typ proměnné.
• V novějších verzích Javy (8+) lze využít tzn. odvození typu (type inference).
• Z typu výrazu na pravé straně odvodíme typ proměnné na levé straně:
var petr = new Employee("Petr Servus");
// so this does not compile - Employee expected:
petr = new Person("Petr Svatý");
Odvození typového parametru
• Kromě výše uvedených jednoduchých situací uvidíme později další.
• U tzv. parametrizovaných typů, např. seznamů, lze odvodit typ prvku seznamu z jedné strany
na druhou - i zleva doprava.
List<Person> listPeople = new ArrayList<>();
// or the type on the left is inferred to ArrayList<Person>
var listPeople = new ArrayList<Person>();
Odvození typu lambda výrazu
• Lambda výrazy (konstrukty funkcionálního paradigmatu) jsou také typované.
• Funguje zde odvození typů - zde se odvodí, že v seznamu jsou osoby:
var listPeople = new ArrayList<Person>();
// type of the list item is Person
// inferred type of lambda is `(Person p) -> p.print()`:
listPeople.forEach(p -> p.print());
Organizace tříd do balíků
• Třídy zorganizujeme do balíků.
• V balíku jsou vždy umístěny související třídy.
• Co znamená související?
11
◦ pracuje na nich jeden tým
◦ jejich objekty spolupracují
◦ jsou podobné úrovni abstrakce
◦ jsou ze stejné části reality
Příklad: V balíku geometry jsou třídy reprezentující geometrické objekty (čtverec, trojúhelník, …).
Světově unikátní pojmenování balíků
• Aby se zabránílo kolizím (stejná jména pro různé třídy)
• konstruují se jména balíků jako pokud možno světově unikátní
• byla zvolena obdoba doménových internetových jmen (taky unikátní)
Příklad jména balíku
• cz.muni.fi.pb162 je možné a vhodné jméno balíku
• je světově unikátní, protože cz.muni.fi je obrácené doménové jméno fakulty (fi.muni.cz)
• pb162 je identifikátor, jehož jedinečnost už si v rámci organizace FI "uhlídáme"
• Pozor, jiné konvence mají balíky ve standardní vestavěné knihovně Java Core API (např.
java.util)
• Občas jsou výjimky i jinde, např. používalo se junit.framework, i když to nebylo Java Core API.
Příklad třídy v balíku
package cz.muni.fi.pb162;
// class Person is in this package
public class Person {
  // attributes, methods
}

Všechna písmena názvu balíku by měla být dle konvencí malá, tedy nikoli
Cz.Muni.Fi.PB162 nebo tak něco. Stejně tak raději žádná podtržítka v názvech.
Plný název třídy vč. balíku
• Na třídu v balíku se odvoláváme plným názvem cz.muni.fi.pb162.Person
• Pokud se odvoláváme na třídu ve stejném balíku (z jedné do druhé), pak stačí jen "holé" lokální
jméno Person
12
Zápis třídy do zdrojového souboru
• Umístění do balíků souvisí s umístěním zdrojových souborů na disku
• Třída Person bude v souboru Person.java
• Tento soubor bude v adresáři cz/muni/fi/pb162
• Pozor na velká/malá písmena — v obsahu i názvu souboru i adresářů
Příslušnost třídy k balíku
• Deklarujeme ji syntaxí: package název.balíku;
• Uvádíme obvykle jako první deklaraci v zdrojovém souboru.
• Příslušnost k balíku musíme současně potvrdit správným umístěním zdrojového souboru do
adresářové struktury.
• Neuvedeme-li příslušnost k balíku, stane se třída součástí tzv. implicitního balíku — prosím
nepoužívat!
(Pseudo)hierarchie balíků
• Balíky obvykle organizujeme do jakýchsi pseudohierarchií, např.:
◦ cz.muni.fi.pb162
◦ cz.muni.fi.pb162.banking
◦ cz.muni.fi.pb162.banking.credit
• Nicméně není to tak, že by např. třída cz.muni.fi.pb162.banking.Account byla současně v balíku
cz.muni.fi.pb162.banking a taky třeba cz.muni.fi.pb162.
• Je-li třída v balíku cz.muni.fi.pb162.banking, je pouze v něm a žádném jiném.
• Není ani v cz.muni.fi.pb162, ani v cz.muni.fi.pb162.banking.credit.
 Prostě buď je ve stejném balíku nebo je v jiném.
Použití tříd v různých balících
• Balíky slouží k logickému rozčlenění kódu
• Důsledkem je vzájemná "(ne)viditelnost" tříd
• Velmi zjednodušeně: třídy v jednom balíku "mají k sobě blíž"
• Jsou-li v různých balících, vůbec o sobě nemusí vědět
13
Odbočka: práva přístupu
• Kromě toho rozhoduje i to, jakou viditelnost (právo přístupu) použijeme
• Pro tento účel slouží modifikátory public, protected, private
• Objasníme později
Příklad vzájemného použití tříd
• Třídy ve stejném balíku: snadné vzájemné použití
Třída Person v balíku cz.muni.fi.pb162
package cz.muni.fi.pb162;
public class Person {
  // attributes, methods
}
Třída Account v tomtéž balíku
package cz.muni.fi.pb162;
public class Account {
  private Person owner; // owner of this Account is a Person
}
Příklad vzájemného použití tříd
• Třídy v jiném balíku: nutné plné jméno
• Třída Account v jiném balíku cz.muni.fi.pb162.banking
• použije pro třídu Person její plný název balíku
• nebo lze použít import názvu třídy
package cz.muni.fi.pb162.banking;
public class Account {
  private cz.muni.fi.pb162.Person owner; // full package name
}
Deklarace import
• Nebo lze pro vzájemné odvolávání pomocí deklarace import
package cz.muni.fi.pb162.banking;
14
import cz.muni.fi.pb162.Person;
public class Account {
  private Person owner; // class name imported above
}
import sám nezajistí viditelnost
• Když bude Person neveřejná, nebude vidět do jiného balíku
• import je pak k ničemu
• následující soubor Account.java se nezkompiluje:
package cz.muni.fi.pb162;
... // in file cz/muni/fi/pb162/Person.java
class Person { // package-local class
  private Person owner; // owner of this Account is a Person
}
... // in file cz/muni/fi/pb162/banking/Account.java
package cz.muni.fi.pb162.banking;
import cz.muni.fi.pb162.Person;
public class Account {
  // class Person imported but invisible from here
  private Person owner;
}
Deklarace import třídy
• Příklad import cz.muni.fi.pb162.Person;
• Umožní použít identifikátor třídy (v našem případe Person) v rámci jiné třídy.
• Píšeme obvykle ihned po deklaraci příslušnosti k balíku (package názevbalíku;).
• Import není nutné deklarovat mezi třídami téhož balíku!
Deklarace import celého balíku
• Import všech tříd z balíku provedeme např. import cz.muni.fi.pb162.*;
• Doporučuje se "import s hvězdičkou" nepoužívat vůbec — máme-li více * importů:
◦ Problém 1: a obojí z nich obsahují třídu Person, která z nich se použije? (nepoužije se žádná,
dostanete kompilační chybu)
◦ Problém 2: nepoznáme na první pohled, ze kterého balíku identifikátor pochází
◦ Řešení: Nebudeme to používat!
• Pozn.: Hvězdičkou nezpřístupníme třídy z podbalíků — např. import cz.* nezpřístupní třídu
cz.muni.fi.pb162.Person.
15
Základní životní cyklus javového programu
• V Javě sice existuje interaktivní (tzv. REPL read-eval-print-loop) prostředí,
• většinou však kód napíšeme do souboru, uložíme, přeložíme a spustíme.
• Zdrojový kód každé veřejné (public) třídy je umístěn v jednom souboru
◦ např. třída Hello je v Hello.java
Postup:
• vytvoření zdrojového textu (libovolným editorem)
• překlad (nástrojem javac)
• spuštění (nástrojem java)
• (anebo totéž jednodušeji zelenou šipkou v některém z IDE, třeba v IntelliJ IDEA)
Nástroje ve vývojové distribuci
javac
překladač, tj. Hello.java → Hello.class
java
(nebo jexec) spouštěč přeloženého bytecode
javadoc
generátor dokumentace
jar
správce archivů JAR (sbalení, rozbalení, výpis)

Pod Windows to jsou .exe soubory java, javac… umístěné v podadresáři bin
instalace Javy.
Překlad "Ahoj!"
• Máme nainstalován Java SDK 8 (jen příklad, funguje i s dalšími verzemi)
• Jsme v adresáři c:\devel\pb162, v něm je soubor Hello.java
• Spustíme překlad — javac Hello.java — název souboru je včetně přípony .java
• Je-li program správně napsán, přeloží se "mlčky"
• Vytvoří se soubor Hello.class
Hello.java
public class Hello {
  public static void main(String[] args) {
16
  System.out.println("Ahoj!");
  }
}
Spuštění "Ahoj!"
• Spustíme program Hello příkazem java Hello, název třídy je bez přípony .class
• V nejnovějších verzích Javy lze spustit rovnou včetně překladu: java Hello.java, pak se přeloží s
hned spustí, viz dále.
• Je-li program správně napsán a přeložen, vypíše se Ahoj!
Překlad & Spuštění
Překlad překladačem javac (úspěšný, bez hlášení překladače):
Spuštění voláním java:
Co když je tŕída v adresáří (balíku)
Když je tŕída v balíku, tj. na začátku souboru je:
package cz.muni.fi.pb162.hello;
Kompilace a spuštění pak vypadá následovně:
17

Pro maven projekty (všechny projekty na cvičení) je nutno být ve adresáři
src/main/java.
Od Java 11: překlad a spuštění v jednom
• Počínaje Java 11 lze na jednoduché(!) programy použít přímý postup:
• java HelloWorld.java → program se přeloží a následně spustí
• funguje dokonce i tehdy, nebude-li se třída s metodou main jmenovat HelloWorld
• blíže také 330: Launch Single-File Source-Code Programs
Praktické informace (aneb co je nutné
udělat)
• Cesty ke spustitelným programům PATH musejí obsahovat i adresář <JAVA_HOME>/bin
◦ Např. …;C:\Program Files\Java\jdk9.0\bin
• Systémové proměnné by měly obsahovat JAVA_HOME=<adresář Javy>
◦ Např. JAVA_HOME=C:\Program Files\Java\jdk9.0
• Možné je nastavit i proměnnou CLASSPATH=<cesty ke třídám>
◦ Např. CLASSPATH=c:\devel\pb162
Spuštění sbaleného programu
• Java má formát JAR (Java ARchive) pro distribuci programů složených z mnoha tříd.
• Je podobný ZIP s pomocnými soubory navíc.
• V archívu se deklaruje, která třída (=její metoda main) se spouští.
• Lze pak spouštět jakoby celý archív: java -jar myapp.jar
Příkazy a řídicí struktury v Javě
V Javě máme následující příkazy:
• Přiřazovací příkaz = a jeho modifikace (kombinované operátory jako je += apod.)
18
• Řízení toku programu (větvení, cykly) if, switch, for, while, do-while
• Volání metody
• Návrat z metody příkazem return
• Příkaz je ukončen středníkem ;
Přiřazení v Javě
• Operátor přiřazení = (assignment)
◦ na levé straně musí být proměnná
◦ na pravé straně výraz přiřaditelný (assignable) do této proměnné
• Rozlišujeme přiřazení
◦ primitivních hodnot a
◦ odkazů na objekty
Přiřazení primitivní hodnoty
• Na pravé straně je výraz vracející hodnotu primitivního typu:
◦ číslo, logická hodnotu, znak
◦ ale ne např. řetězec (to je objekt)
• Na levé straně je proměnná téhož nebo širšího typu jako přiřazovaná hodnota:
◦ např. int lze přiřadit do long
• Při zužujícím přiřazení se také provede konverze, ale může dojít ke ztrátě informace:
◦ např. int → short nebo i int → float nebo i int → double jsou zužující
• Přiřazením primitivní hodnoty se hodnota zduplikuje ("opíše") do proměnné na levé straně.
Přiřazení odkazu na objekt
• Konstrukci = lze použít i pro přiřazení do objektové proměnné
• Person z1 = new Person()
• Co to udělalo?
1. na pravé straně se vytvoří nový objekt typu Person ( new Person() )
2. přiřazení jej přiřadilo do proměnné z1 typu Person
Kopie odkazu na objekt
• Nyní můžeme odkaz na tentýž vytvořený objekt například znovu přiřadit do z2:
• Person z2 = z1;
19
• Proměnné z1 a z2 ukazují nyní na fyzicky stejný, identický objekt typu osoba!!!
• Proměnné objektového typu obsahují odkazy (reference) na objekty, tedy ne objekty samotné!!!
Volání metody
• Metoda objektu je vlastně procedura/funkce, která realizuje svou činnost primárně s
proměnnými objektu.
• Volání metody určitého objektu realizujeme:
• identifikaceObjektu.názevMetody(skutečné parametry), kde:
◦ identifikaceObjektu, jehož metodu voláme
◦ . (tečka)
◦ názevMetody, jíž nad daným objektem voláme
• v závorách uvedeme skutečné parametry volání (záv. může být prázdná, nejsou-li parametry)
Návrat z metody
• Návrat z metody se děje:
◦ Buďto automaticky posledním příkazem v těle metody
◦ nebo explicitně příkazem return
• Oboje způsobí ukončení provádění těla metody a návrat, přičemž u return může být
specifikována návratová hodnota
• Typ skutečné návratové hodnoty musí korespondovat s deklarovaným typem návratové
hodnoty.
Přehled
• Větvení if-else
• Cyklus while - kde stačí vstupní po
• Cyklus for - vstupní a pokračovací podmínka, akce po každém provedení - obdoba téhož v C/C++
• Cyklus for ve variantě iterace po prvcích pole, seznamu, množiny… - tedy něco jako foreach
• Cyklus do-while - pokračovací podmínka se testuje na konci těla cyklu
• Vícecestné větvení switch - case - default - podobné jako v C/C++
Větvení výpočtu — podmíněný příkaz
Podmíněný příkaz
neboli neúplné větvení pomocí if
20
if (logický výraz) příkaz
• Platí-li logický výraz (má hodnotu true), provede se příkaz.
• Neplatí-li, neprovede se nic.
Příklad podmíněného příkazu
Tedy javové if:
if (name.equals("Debora"))
  System.out.println("Hi, Debora");
je ekvivalentní if v Pythonu:
if name == 'Debora':
  print('Hi, Debora')
Rozdíly:
• v Javě stejně jako v C/C++ musejí být závorky kolem podmínky
• v Pythonu je za podmínkou dvojtečka :
• a povinné odsazení příkazu/ů, které se podmíněně provedou
Příklad podmíněného bloku příkazů
V Javě nutno uzavřít do bloku {}:
if (name.equals("Debora")) {
  System.out.println("Hi, Debora");
  System.out.println("I am your friend!");
}
V Pythonu stačí odsadit:
if name == 'Debora':
  print('Hi, Debora')
  print('I am your friend!')
21
Úplné větvení
• if (logický výraz) příkaz1 else příkaz2
• Platí-li logický výraz, provede se příkaz1.
• Neplatí-li, provede se příkaz2.
Úplné větvení
V Javě:
if (name.equals("Debora"))
  System.out.println("Hi Debora");
else
  System.out.println("Who are you?");
V Pythonu:
if name == 'Debora':
  print('Hi Debora!')
else:
  print('Who are you?')
Lépe do bloků
Je-li ve větvích po jednom příkazu, lze nechat tak. Lepší je ovšem vždy závorkovat, uzavřít bloky:
if (name.equals("Debora")) {
  System.out.println("Hi Debora");
} else {
  System.out.println("Who are you?");
}
Postupné větvení
V Javě není speciální konstrukce "elseif", která v negativním případě zkouší další větev. Jednoduše
se použije else a za ním if.
if (name.equals("Debora"))
  System.out.println("Hi Debora");
else if(name.equals("Joshua"))
  System.out.println("Hi Joshua");
else
22
  System.out.println("Who are you?");
Zatímco v Pythonu ano:
if name == 'Debora':
  print('Hi Debora!')
elif name == 'Joshua':
  print('Hi Joshua!')
else:
  print('Who are you?')
Rozepsané postupné větvení
Výše uvedená javová konstrukce přepsaná s blokovými závorkami:
if (name.equals("Debora")) {
  System.out.println("Hi Debora");
} else {
  if(name.equals("Joshua")) {
  System.out.println("Hi Joshua");
  } else {
  System.out.println("Who are you?");
  }
}
Cyklus while, tj. s podmínkou na začátku
while
Tělo cyklu se provádí tak dlouho, dokud platí podmínka, obdoba v Pascalu, C a dalších
• V těle cyklu je jeden jednoduchý příkaz:
while (podmínka) příkaz;
Cyklus while se složeným příkazem
• Nebo příkaz složený z více a uzavřený ve složených závorkách:
while (podmínka) {
  příkaz1;
  příkaz2;
  příkaz3;
  ...
23
}
• Tělo cyklu se nemusí provést ani jednou — to v případě, že hned při prvním testu na začátku
podmínka neplatí.
Doporučení k psaní cyklů/větvení
• Větvení, cykly: doporučuji vždy psát se složeným příkazem v těle (tj. se složenými
závorkami)!!! Jinak hrozí, že se v těle větvení/cyklu z neopatrnosti při editaci objeví něco jiného,
než chceme, např.:
while (i < a.length)
  System.out.println(a[i]);
  i++;
• Provede v cyklu jen ten výpis, inkrementaci již ne a program se tudíž zacyklí!!!
Doporučení k psaní cyklů/větvení
• Pišme proto vždy takto:
while (i < a.length) {
  System.out.println(a[i]);
  i++;
}
• U větvení obdobně:
if (i < a.length) {
  System.out.println(a[i]);
}
Příklad použití while cyklu
• Dokud nejsou přečteny všechny vstupní argumenty — vč. toho případu, kdy není ani jeden:
int i = 0;
while (i < args.length) {
  System.out.println(args[i]);
  i++;
}
24
Příklad while — celočíselné dělení
• Dalším příkladem (pouze ilustračním, protože na danou operaci existuje v Javě vestavěný
operátor) je použití while pro realizaci celočíselného dělení se zbytkem.
public class DivisionBySubtraction {
  public static void main(String[] args) {
  int dividend = 10; // dělenec
  int divisor = 3; // dělitel
  int quotient = 0; // podíl
  int remainder = dividend;
  while (remainder >= divisor) {
  remainder -= divisor;
  quotient++;
  }
  System.out.println("Podil 10/3 je " + quotient);
  System.out.println("Zbytek 10/3 je " + remainder);
  }
}
Cyklus do-while, tj. s podmínkou na konci
• Tělo se provádí dokud platí podmínka (vždy aspoň jednou)
• obdoba repeat v Pascalu (podmínka je ovšem interpretována opačně)
• Relativně málo používaný — hodí se tam, kde něco musí aspoň jednou proběhnout
do {
  příkaz1;
  příkaz2;
  příkaz3;
  ...
} while (podmínka);
Příklad použití do-while cyklu
• Tam, kde pro úspěch algoritmu "musím aspoň jednou zkusit", např. čtu tak dlouho, dokud není
z klávesnice načtena požadovaná hodnota.
float number;
boolean isOK;
// create a reader from standard input
BufferedReader in = new BufferReader(new InputStream(System.in));
// until a valid number is given, try to read it
do {
25
  String input = in.readLine();
  try {
  number = Float.parseFloat(input);
  isOK = true;
  } catch (NumberFormatException nfe) {
  isOK = false;
  }
} while(!isOK);
System.out.println("We've got the number " + number);
Totéž s možností ukončení
• Použití příkazu break
• Realizuje "násilné" ukončení průchodu cyklem (nebo větvením switch).
• Doplnění break do cyklu:
float number;
boolean isOK;
// create a reader from standard input
BufferedReader in = new BufferReader(new InputStream(System.in));
// until a valid number is given, try to read it
do {
  String input = in.readLine();
  // if the input is empty then finish
  if(input.length() == 0) break;
  try {
  number = Float.parseFloat(input);
  isOK = true;
  } catch (NumberFormatException nfe) {
  isOK = false;
  }
} while(!isOK);
System.out.println("We've got the number " + number);
break v cyklu a podmínce
• break ukončí cyklus for podobně jako předtím do-while:
int i = 0;
for (; i < a.length; i++) {
  if(a[i] == 0) {
  break; // skoci se za konec cyklu
  }
}
if (a[i] == 0) {
26
  System.out.println("Nasli jsme 0 na pozici "+i);
} else {
  System.out.println("0 v poli neni");
}
Příklad: Načítej, dokud není zadáno číslo
import java.io.InputStreamReader;
import java.io.BufferedReader;
import java.io.IOException;
public class UntilEnteredEnd {
  public static void main(String[] args) throws IOException {
  BufferedReader input = new BufferedReader(
  new InputStreamReader(System.in));
  String line = "";
  do {
  line = input.readLine();
  } while (!line.equals("end"));
  System.out.println("Uživatel zadal " + line);
  }
}
Cyklus for
• Obdobně jako for cyklus v C/C++ jde de-facto o rozšíření cyklu while.
• Zapisujeme takto:
for(počáteční op.; vstupní podm.; příkaz po každém průch.)
  příkaz;
• Anebo obvykleji a bezpečněji mezi { a } proto, že když přidáme další příkaz, už nezapomeneme
dát jej do složených závorek:
for (počáteční op.; vstupní podm.; příkaz po každém průch.) {
  příkaz1;
  příkaz2;
  příkaz3;
}
Příklad použití for cyklu
• Provedení určité sekvence určitý počet krát:
27
for (int i = 0; i < 10; i++) {
  System.out.println(i);
}
• Vypíše na obrazovku deset řádků s čísly postupně 0 až 9.
Doporučení — asymetrické intervaly a pevný
počet
• for se většinou užívá jako cyklus s pevným počtem opakování, známým při vstupu do cyklu.
Tento počet nemusí být vyjádřený konstantou (přímo zadaným číslem), ale neměl by se v
průběhu cyklu měnit.
• Používejte asymetrické intervaly (ostrá a neostrá nerovnost):
◦ počáteční přiřazení i = 0 a
◦ inkrementaci i++ je neostrou nerovností: i se na začátku rovná 0), zatímco
◦ opakovací podmínka i < 10 je ostrou nerovností: i už hodnoty 10 nedosáhne!
• Vytvarujte se složitých příkazů v hlavičce (kulatých závorkách) for cyklu.
• Je lepší to napsat podle situace před cyklus nebo až do jeho těla!
Doporučení — řídicí proměnná
• V cyklu for se téměř vždy vyskytuje tzv. řídicí proměnná,
• tedy ta, která je v něm inicializována, (obvykle) inkrementována a testována.
• Někteří autoři nedoporučují psát deklaraci řídicí proměnné přímo
◦ do závorek cyklu for (int i = 0; …
◦ ale rozepsat takto: int i; for (i = 0; …
• Potom je proměnná i přístupná ("viditelná") i za cyklem, což se však ne vždy hodí.
Vícecestné větvení switch case default
• Obdoba pascalského select - case - else
• Větvení do více možností na základě ordinální hodnoty, v novějších verzí Javy i podle hodnot
jiných typů, vč. objektových.
• Chová se spíše jako switch-case v C, — zejména se chová jako C při "break-through"
Struktura switch - case - default
  switch(výraz) {
28
  case hodnota1: prikaz1a;
  prikaz1b;
  prikaz1c;
  ...
  break;
  case hodnota2: prikaz2a;
  prikaz2b;
  ...
  break;
  default: prikazDa;
  prikazDb;
  ...
  }
• Je-li výraz roven některé z hodnot, provede se sekvence uvedená za příslušným case.
• Sekvenci obvykle ukončujeme příkazem break, který předá řízení ("skočí") na první příkaz za
ukončovací závorkou příkazu switch.
switch další info
• Řídicí výraz může nabývat hodnot
◦ primitivních typů byte, short, char a int, dále
◦ výčtových typů (enum),
◦ typu String a některých dalších.
• Tutoriál Oracle Java: Switch statement
switch příklad s čísly
public class MultiBranching {
  public static void main(String[] args) {
  if (args.length == 1) {
  int i = Integer.parseInt(args[0]);
  switch (i) {
  case 1: System.out.println("jednicka"); break;
  case 2: System.out.println("dvojka"); break;
  case 3: System.out.println("trojka"); break;
  default: System.out.println("neco jineho"); break;
  }
  } else {
  System.out.println("Pouziti: java MultiBranching <cislo>");
  }
  }
  }
29
switch příklad se String
Převzato z tutoriálu Oracle
  switch (month.toLowerCase()) {
  case "january":
  monthNumber = 1;
  break;
  case "february":
  monthNumber = 2;
  break;
  case "march":
  monthNumber = 3;
  break;
  ...
switch příklad se společnými větvemi case
Převzato z tutoriálu Oracle
int month = 2;
int year = 2000;
int numDays = 0;
switch (month) { case 1: case 3: case 5: case 7: case 8: case 10: case 12: numDays = 31; break; case 4:
case 6: case 9: case 11: numDays = 30; break; …
Použití nové syntaxe větví →
• V nových verzích Java 14+ lze použít namísto otravného ukončování větví pomocí break (což je
kdysi poděděné z C) nové syntaxe s šipkou →.
switch (day) {
  case MONDAY, FRIDAY, SUNDAY -> System.out.println(6);
  case TUESDAY -> System.out.println(7);
  case THURSDAY, SATURDAY -> System.out.println(8);
  case WEDNESDAY -> System.out.println(9);
}
• Ve vybrané větvi se provede příkaz nebo blok, je-li uveden v { }.
• Jednu větev lze vybrat více výrazy současně (např. MONDAY, FRIDAY, SUNDAY).
30
Výraz switch
• switch nemusíme používat jen jako příkaz vícecestného větvení
• zejména ve výše uvedených příkladech, kdy se v každé větvi provedlo jen přiřazení do stejné
proměnné, je lepší použít switch v nové formě jako jakýsi rozšířený podmíněný výraz
• funguje v Javě 14+
int numLetters = switch (day) {
  case MONDAY, FRIDAY, SUNDAY -> 6;
  case TUESDAY -> 7;
  case THURSDAY, SATURDAY -> 8;
  case WEDNESDAY -> 9;
};
Vnořené větvení
• Větvení if - else můžeme samozřejmě vnořovat do sebe.
• Toto je vhodný způsob zápisu:
if(podmínka_vnější) {
  if(podmínka_vnitřní_1) {
  ...
  } else {
  ...
  }
} else {
  if(podmínka_vnitřní_2) {
  ...
  } else {
  ...
  }
}
Vnořené větvení (2)
• Je možné "šetřit" a neuvádět složené závorky, v takovém případě se else vztahuje vždy k
nejbližšímu neuzavřenému if , např. znovu předchozí příklad:
if(podmínka_vnější)
  if(podmínka_vnitřní_1)
  ...
  else // vztahuje se k if(podmínka_vnitřní_1)
else // vztahuje se k if(podmínka_vnější)
31
  if (podmínka_vnitřní_2)
  ...
  else // vztahuje se k if (podmínka_vnitřní_2) ...
• Tak jako u cyklů ani zde tento způsob zápisu (bez závorek) nelze v žádném případě doporučit!!!
Příklad vnořeného větvení
public class NestedBranching {
  public static void main(String args[]) {
  int i = Integer.parseInt(args[0]);
  System.out.print(i+" je cislo ");
  if (i % 2 == 0) {
  if (i > 0) {
  System.out.println("sude, kladne");
  } else {
  System.out.println("sude, zaporne nebo 0");
  }
  } else {
  if (i > 0) {
  System.out.println("liche, kladne");
  } else {
  System.out.println("liche, zaporne");
  }
  }
  }
}
Řetězené if - else if - else
• Časteji rozvíjíme pouze druhou (negativní) větev:
if (podmínka1) {
  ... // platí podmínka1
} else if (podmínka2) {
  ... // platí podmínka2
} else if (podmínka3) {
  ... // platí podmínka3
} else {
  ... // neplatila žádná
}
• Opět je dobré všude psát složené závorky.
32
Příklad if - else if - else
public class MultiBranchingIf {
  public static void main(String[] args) {
  if (args.length == 1) {
  int i = Integer.parseInt(args[0]);
  if (i == 1)
  System.out.println("jednicka");
  else if (i == 2)
  System.out.println("dvojka");
  else if (i == 3)
  System.out.println("trojka");
  else
  System.out.println("jine cislo");
  } else {
  System.out.println("Pouziti: java MultiBranchingIf <cislo>");
  }
  }
  }
Příkaz continue
• Používá se v těle cyklu.
• Způsobí přeskočení zbylé části průchodu tělem cyklu
for (int i = 0; i < a.length; i++) {
  if (a[i] == 5) continue; // pětku vynecháme
  System.out.println(i);
}
• Výše uvedený příklad vypíše čísla 1 , 2 , 3 , 4 , 6 , 7 , 8 , 9 , nevypíše hodnotu 5.
Příklad na break i continue
public class BreakContinue {
  public static void main(String[] args) {
  if (args.length == 2) {
  int limit = Integer.parseInt(args[0]);
  int skip = Integer.parseInt(args[1]);
  for (int i = 1; i <= 20; i++) {
  if (i == skip)
  continue;
  System.out.print(i+" ");
  if (i == limit)
33
  break;
  }
  System.out.println("\nKonec cyklu");
  } else {
  System.out.println(
  "Pouziti: java BreakContinue <limit> <vynechej>");
  }
  }
}

Příklad je pouze ilustrativní — v reálu bychom break na ukončení cyklu v tomto
případě nepoužili a místo toho bychom limit dali přímo jako horní mez for cyklu.
break a continue s návěštím
• Umožní ještě jemnější řízení průchodu vnořenými cykly:
◦ pomocí návěští můžeme naznačit, který cyklus má být příkazem break přerušen nebo
◦ tělo kterého cyklu má být přeskočeno příkazem continue.
public class Label {
  public static void main(String[] args) {
  outer_loop:
  for (int i = 1; i <= 10; i++) {
  for (int j = 1; j <= 10; j++) {
  System.out.print((i*j)+" ");
  if (i*j == 25) break outer_loop;
  }
  System.out.println();
  }
  System.out.println("\nKonec cyklu");
  }
}
Repl.it demo k řídicím strukturám
• https://repl.it/@tpitner/PB162-Java-Lecture-03-control-structures
Konstruktory
• Konstruktory jsou speciální metody volané při vytváření nových objektů (=instancí) dané třídy.
• V konstruktoru se typicky inicializují atributy (proměnné) objektu.
• Konstruktory lze volat jen ve spojení s operátorem new k vytvoření nového objektu.
34
Konstruktory v Pythonu a Javě
• V Pythonu jsou to metody def init(self):
• V Javě se jmenují přesně stejně jako jejich třída (a bez návratového typu)
• Konstruktorů v jedné třídě může být více - musí se pak lišit počtem, evt. typem parametrů
Příklad třídy s konstruktorem v Pythonu
class Person:
  # default constructor
  def __init__(self, name):
  self.name = name
Příklad třídy s konstruktorem v Javě
public class Person {
  private String name;
  public Person(String name) {
  this.name = name;
  }
}
Rozdíly Python vs Java
Java
identifikátor this znamená, že se přistupuje k atributům objektu. Není nutné používat tam, kde
se neshoduje jméno atributu a parametru.
Python
identifikátor self znamená totéž, ale musí se používat vždy při přístupu k atributu nebo metodě.
Konstruktory — použití
Python
pepa = Person("Pepa from Hongkong");
Java
35
Person pepa = new Person("Pepa from Hongkong");
• Toto volání vytvoří objekt pepa a naplní ho jménem.
• Následně je možné získávat hodnoty proměnných objektů pomocí tečkové notace, např.
pepa.name.
• V tomto případě by nebylo možné volat Person pepa = new Person();, protože existující
konstruktor má jeden parametr.
Výchozí (default) konstruktor
• Co když třída nemá definovaný žádný konstruktor?
• Vytvoří se automaticky výchozí (default) konstruktor:
public Person() { }
• Použití konstruktoru pak vypadá následovně:
Person p = new Person();
• Výchozí (default) konstruktor se vytvoří pouze v případě, že žádný jiný konstruktor v třídě
neexistuje.
Pouhá deklarace proměnné
Person p;
System.out.println(p.getName());
• Výrazný rozdíl oproti C++: v Javě vůbec nepůjde přeložit.
• Nevytvoří žádný objekt a překladač ví, že proměnná p neukazuje nikam.
• Tudíž veškerá volání p.getName() a podobně by byla nefunkční.
Nevytvoření objektu
• Toto již přeložit půjde - když do odkazu přiřadím null.
• Nicméně, co se stane, když zavolám nad odkazem null metody?
Person p = null;
System.out.println(p.getName());
36
• Kód po spuštění "spadne", neboli zhavaruje, předčasně skončí.
• Java sa snaží pád programu popsat pomocí výjimek (exceptions).
• Výjimky mají své jméno, obvykle i určitý textový popis dokumentující příčinu havárie.
Exception in thread "main" java.lang.NullPointerException
• Výjimky budou probírány později.
Návratový typ konstruktoru?
• Jaký je návratový typ konstruktoru?
• "prázdný" typ void? NIKOLI!
• konstruktory vracejí odkaz na vytvořený objekt
• návratový typ nepíšeme, typem je fakticky odkaz na nově vytvořený objekt
Proměnná objektového typu
• Bavíme se o proměnných lokálních ve kódu metod.
• Proměnná objektového typu se deklaruje např. Person p;
• Deklarace proměnné objektového typu sama o sobě žádný objekt nevytváří
• Takové proměnné jsou pouze odkazy na dynamicky vytvářené objekty
• Vytvoření objektu se děje až operátorem new dynamicky, instance se vytvoří až za běhu
programu
• V Javě se celé objekty do proměnné neukládají, jde vždy o uložení pouze odkazu (adresy) na
objekt
Přiřazení proměnné objektového typu
• Přiřazením takové proměnné pouze zkopírujeme odkaz.
• Na jeden objekt se odkazujeme nadále ze dvou míst.
• Nezduplikujeme tím objekt.
Příklad kopie odkazu na objekt
• Proměnné jan a janCopy ukazují na ten tentýž objekt ⇒ změna objektu se projeví v obou:
public static void main(String[] args) {
  Person jan = new Person("Jan");
  Person janCopy = jan;
37
  janCopy.name = "Janko"; // modifies jan too
  System.out.println(jan.name); // prints "Janko"
}

Přiřazení janCopy.name = "Janko" bude možné jen tehdy, nebude-li atribut name
privátní, jinak bychom museli mít něco jako janCopy.setName("Janko").
Konstruktory — shrnutí
Jak je psát a co s nimi lze dělat?
• neuvádí se návratový typ
• mohou a nemusí mít parametry
• když třída nemá žádný konstruktor, automaticky se vytvoří výchozí
• může jich být více v jedné třídě, reálně se používá
Návrhové vzory
• Návrhové vzory jsou osvědčené způsoby objektové dekompozice v jasně popsaných situacích
• Jsou použitelné pro libovolný objektově orientovaný jazyk
• Jejich aplikace ale vyžaduje návrhová rozhodnutí, která mohou být ovlivněna vlastnostmi
programovacího jazyka
• Mnohé si postupně stručně představíme s cílem
◦ demonstrovat, že objektová dekompozice Java Core API není náhodná,
◦ motivovat vás l používání vozrů při dekompozici vašeho kódu.
Vytvářecí návrhové vzory
Speciální podskupina návrhových vzorů, která nabízí alternativní způsoby k vytváření objektů, než
je prosté volání konstruktoru
• Singleton: Vytvoření jediné instance třídy, kterou všichni sdílí a snadno k ní přistupují
odkudkoli.
• Builder: Konstrukce složitého objektu po kouscích (např. vytvoření grafu přidáváním uzlů a
hran).
• Prototype: Namísto vytváření nového objektu naklonuj existující objekt.
• Abstract Factory: Jednotné místo pro vytváření vzájemně kompatibilních instancí různých tříd.
• Factory Method: Přenechání konstrukce objektu podtřídě.
• Dobrá praxe dle Josh Bloch: Effective Java
38
Co je zapouzdření
• Naprosto zásadní vlastnost objektového přístupu, asi nejzásadnější
• Jde o spojení dat a práce s nimi do jednoho celku - objektu
• Data jsou v atributech objektu, práce je umožněna díky metodám objektu
• Data by měla být zvenčí (jinými objekty) přístupná jen prostřednictvím metod
• Data jsou tedy "skryta" uvnitř, zapoudřena
• To zajistí větší bezpečnost a robustnost, přístup k datům máme pod kontrolou
Motivace zapouzdření
class Person {
  String name;
  int age;
  Person(String inputName, int inputAge) {
  name = inputName;
  age = inputAge;
  }
 }
• Obvykle nechceme, aby kdokoli mohl modifikovat atributy name, age po vytvoření objektu, ale
pouze prostřednictvím metod této třídy.
• Dosti často chceme, aby třídu a (některý) konstruktor mohl používat každý.
Řešení — práva přístupu
• Nastavíme viditelnost nebo též práva přístupu pomocí modifikátorů třídy, metody nebo atributu
• Nechceme modifikovat atributy name, age po vytvoření objektu? — použijeme klíčové slovo
private
• Chceme, aby mohl konstruktor a třídu používat skutečně každý? — použijeme klíčové slovo
public
public class Person {
  private String name;
  private int age;
  public Person(String inputName, int inputAge) {
  name = inputName;
  age = inputAge;
  }
}
39
4 typy viditelnosti v zkratce
public
veřejný, může používat každý i mimo balík ⇒ používejte na třídy a (některé) metody
private
soukromý, nemůže používat nikdo mimo třídy ⇒ používejte na atributy
protected
chráněný ⇒ používá se při dědičnosti, vysvětlíme později
modifikátor neuveden
pak jde o přístup "package-local"
• v rámci balíku se chová jako public, mimo něj jako private
• v našem kurzu tento typ nebudeme používat
◦ Ujistěte se, že vždy máte zadefinovaný práva přístupu/typ viditelnosti.
◦ V drtivé většině budete používat public a private.
 Každá veřejná třída musí být v souboru se stejným jménem.
Metody get a set — motivace
public class Person {
  private String name;
  private int age;
  public Person(String inputName, int inputAge) {
  name = inputName;
  age = inputAge;
  }
 }
• Klíčové slovo public umožňuje použít třídu Person všude
Person p = new Person("Marek", 23); // even from another class/package
• Klíčové slovo private zabraňuje získat hodnotu atributů p.name, p.age.
Metody get
• Chci získat hodnotu atributu i po vytvoření objektu,
• ale zabránit jeho modifikaci?
40
• Do třídy přidáme metodu, která bude veřejná a po zavolaní vrátí hodnotu atributu.
public int getAge() {
  return age;
}
• Takové metody se slangově nazývají "gettery".
• Mají návratovou hodnotu podle typu vraceného atributu.
• Název metody je vždy get + jméno atributu s velkým písmenem (getAge, getName, …).
Metody set
• Chci-li nastavit hodnotu atributu i po vytvoření objektu:
public void setAge(int updatedAge) {
  age = updatedAge;
}
• Metoda je veřejná a po jejím zavolaní přenastaví původní hodnotu atributu.
• Takové metody se slangově nazývají settery.
• Mají návratovou hodnotu typu void (nevrací nic).
• Název metody je vždy set + jméno atributu s velkým písmenem (setAge, setName, …).
Příklad atribut a get & set
public class Person {
  private String name; // attribute
  public String getName() { // its getter
  return name;
  }
  public void setName(String newName) { // its setter
  name = newName;
  }
}
Viditelnost atributů
• Není lepší udělat atribut public, namísto vytváření metod get a set?
• Není, neumíme pak řešit tyhle problémy:
• Co když chci jenom získat hodnotu atributu, ale zakázat modifikaci (mimo třídy)? ⇒ Řešení:
41
odstraním metodu set
• Chci nastavit atribut věk (v třídě Person) pouze na kladné číslo? ⇒ Řešení: upravím metodu set:
◦ if (updatedAge > 0) age = updatedAge;
• Chci přidat kód provedený při získávání/nastavování hodnoty atributů? ⇒ Řešení: upravím
metodu get/set
• Gettery & settery se dají ve vývojových prostředích (NetBeans, IDEA) generovat automaticky.
Využití this
public void setAge(int updatedAge) {
  age = updatedAge;
}
• Mohli bychom nahradit jméno parametru updatedAge za age?
• Ano, ale jak bychom se potom dostali k atributu objektu?
• Použitím klíčového slova this:
public void setAge(int age) {
  this.age = age;
}
• this určuje, že jde o atribut objektu, nikoli parametr (lokální proměnnou)
Korektní použití třídy I
public class Person {
  private String name;
  public Person(String name) {
  this.name = name;
  }
  public void writeInfo() {
  System.out.println("Person " + name);
  }
  public String getName() {
  return this.name;
  }
}
42
Korektní použití třídy II
• Vytvoříme dvě instance (konkrétní objekty) typu Person.
public class Demo {
  public static void main(String[] args) {
  Person ales = new Person("Ales");
  Person beata = new Person("Beata");
  ales.writeInfo();
  beata.writeInfo();
  String alesName = ales.getName(); // getter is used
  // String alesName = ales.name; // forbidden
  }
}
Třída Account — připomenutí
public class Account {
  private double balance;
  public void add(double amount) {
  balance += amount;
  }
  public void writeBalance() {
  System.out.println(balance);
  }
  public void transferTo(Account whereTo, double amount) {
  balance -= amount; // change the balance
  whereTo.add(amount);
  }
}
• Co je zde malý nedostatek?
• metoda transferTo přistupuje přímo k balance
• ale přístup k balance by měl být nějak lépe kontrolován (např. zda z účtu neberu více, než
smím)!
Třída Account — řešení
• řešení: znovupoužijeme metodu add, která se o kontrolu zůstatku postará
• (i když to třeba ještě teď neumí!)
public void transferTo(Account whereTo, double amount) {
  this.add(-amount);
  whereTo.add(amount);
43
}
Konvence obecně
• Slouží k ustálení zvyklostí, jak psát kód
• Konvence pro různé programovací jazyky se obvykle částečně liší.
• Nejsou striktně vyžadované překladačem, tzn. kód může být přeložitelný a funkční i při porušení
konvencí.
• V Javě se dodržují víceméně všude a všemi vývojáři, ti většinou nemají moc vlastních odlišných
konvencí.
• V Javě se na nich hodně lpí a jejich nedodržování je neslušnost.
• Podstatnou kategorií konvencí jsou jmenné konvence pro pojmenovávání tříd, proměnných atd.
Jmenné zásady v Javě
• Nepoužíváme diakritiku (problémy s editory, přenositelností a kódováním znaků).
• Používáme výhradně angličtinu (čeština/slovenština dělá problémy cizojazyčným kolegům v
týmu).
• Je-li jméno složenina více slov, pak je na rozdíl např. od C nebo Pythonu nespojujeme
podtržítkem: This_is_bad_in_Java.
• Používáme tzv. camelCase, "velbloudí" střídání velkých a malých písmen:
myVeryLongMethodNameIsOK().
• Delší jména až tak nevadí, podstatná je čitelnost.
• Konvence jsou jiné pro jména balíků, tříd, metod, proměnných atd. viz dále.
Konvence názvů proměnných
• vztahují se na lokální proměnné v metodách i na atributy
• jména proměnných začínají malým písmenem
• Příklady
◦ age
◦ temporalName
Konvence názvů metod
• platí pro všechny metody obecně
• jména metod začínají malým písmenem
• názvy metod vždy obsahují závorky, v kterých mohou, ale nemusí, být parametry
44
• Příklady
◦ calculateAge()
◦ print(String stringToBePrinted) — stringToBePrinted je parametr
◦ toString()
Konvence názvů tříd, záznamů a výčtů
• začínají velkým písmenem
• Příklady tříd
◦ Person
◦ MeasurableGrid
◦ Color
Konvence názvů balíků
• všechno malými písemny
• jednotlivá slova reprezentují složky názvu (a tím adresáře, kde jsou třídy balíku uloženy)
• slova jsou oddělena tečkou
• Příklady
◦ cz
◦ cz.muni.fi
◦ geometry (není ideální, protože není světově unikátní)
Konvence názvů konstant a prvků výčtu
• Konstantou rozumíme hodnotu, která se nemění.
• Totéž prvek výčtu, například SPRING je prvkem výčtu Season.
• Název konstanty se píše velkými písmeny.
• Konstanta je jediná výjimka, kde v názvu používáme znak _.
• Příklady:
◦ SIZE
◦ MAXIMUM_AGE
◦ DEFAULT_USER_NAME
• Deklarace typicky obsahuje modifikátory public static final.
• V celé podobě například public static final int MAXIMUM_AGE = 100;.
• Je dobře možné i s omezenou viditelností private static final int MAXIMUM_AGE = 100;.
45
Jmenné konvence — testík
• Co následující identifikátory mohou být - Třída? Metoda? Lokální proměnná? Atribut?
Konstanta?
◦ Dog
◦ dog
◦ dog()
◦ DOG
Jmenné konvence — závěrem
• Dodržování jmenných konvencí výrazně zlepšuje čitelnost i cizího kódu.
• Je základem psaní srozumitelných programů.
• Bude vyžadováno a hodnoceno v úlohách i písemkách.
• Poměrně málo často se v názvech tříd či proměnných používají číslice — spíše výjimečně.
• Jedině tam, kde jde o zvláštní konkrétní význam daného čísla, např. Counter32bit, Vertex2D.
Úvod k datovým typům v Javě
• Existují dvě základní kategorie datových typů: primitivní a objektové
Primitivní
• v proměnné je uložena přímo hodnota
• např. int, long, double, boolean, …
Objektové
• musí se nejdřív zkonstruovat (použitím new)
• do proměnné se uloží pouze odkaz
• např. String, Person, …
• mezi objektové patří i výčtové typy (enum) podobné třídám (de facto jsou to specifické třídy)
• zcela nově pak Java nabízí i typy record (záznam) = třídy neměnitelných objektů
Datové typy primitivní
integrální typy
zahrnují typy celočíselné (byte , short , int a long) a typ char
čísel s pohyblivou řádovou čárkou
float a double
46
logických hodnot
boolean
Výchozí (default) hodnoty
• Každý typ má svou výchozí (default) hodnotu, na kterou je nastaven, není-li hned přiřazena
jiná.
• Dle Java Language Specification: Each class variable, instance variable, or array component is
initialized with a default value when it is created (§15.9, §15.10):
Type Default value
byte (byte)0
short (short)0
int 0
long 0L
float 0.0f
double 0.0d
char '\u0000'
boolean false
reference types null
Na co se vztahují výchozí hodnoty
• Automatické nastavení proměnných na výchozí hodnoty se tedy vztahuje na proměnné objektů
a tříd (atributy) a prvky polí.
• Nevztahuje se na lokální proměnné a parametry, ty musejí být před prvním použitím nastaveny,
inicializovány.
Příklad výchozí hodnoty
int i; // automatically i = 0
 Více informací najdete na: The Java Tutorials: Primitive Data Types.
Repl.it demo k primitivním typům a
objektům
• https://repl.it/@tpitner/PB162-Java-Lecture-02-primitive-types
47
Zajímavosti a odlišnosti
• V Javě neexistuje možnost typy rozsahově či interpretačně modifikovat (žádné unsigned int
apod.)
• Pro velká čísla lze v nových verzích Javy použít notaci s podtržítkem k oddělení řádů po tisících:
private int bigNumber = 123_456_789;
Datové typy objektové
• objektovými typy v Javě jsou všechna ostatní typy
• třídy
• rozhraní ("téměř totéž, co třídy")
• pole (ano, v Javě jsou samotná pole objekty)
Výchozí hodnota objektového typu je null — tzv. "odkaz na nic".
Příklad použití objektového typu
Person p; // p is null automatically
p = new Person(); // now p references to an object
• Objektový typ je všechno, kde se používá operátor new.
Shrnutí
Základní rozdíl je v práci s proměnnými.
primitivní typy
přímo obsahují danou hodnotu
objektové typy
obsahují pouze odkaz na příslušný objekt
• Důsledek: dvě objektové proměnné mohou nést odkaz na tentýž objekt
Přiřazení primitivní proměnné
• Hodnota proměnné se nakopíruje:
double a = 1.23456;
48
double b = a;
a += 2;
// a is 3.23456
// b is 1.23456
Přiřazení objektové proměnné
• Objektové proměnné po přiřazení odkazují (ukazují) na stejný objekt.
• Nevznikají přitom žádné kopie objektů, pouze odkaz (adresa) se zkopíruje do proměnné vlevo.
public class Counter {
  private double value;
  public Counter(double v) {
  value = v;
  }
  public void add(double v) {
  value += v;
  }
}
...
Counter c1 = new Counter(1.23456);
Counter c2 = c1;
c1.add(2);
// c1 has value 3.23456
// c2 has value 3.23456
Operátor ==
• Pro primitivní typy porovnává hodnoty:
1 == 1 // true
1 == 2 // false
• Pro objektové typy porovnává odkazy:
Counter c1 = new Counter(1.23456);
Counter c2 = c1;
c1 == c2 // true
c1 == new Counter(1.23456) // false
• Na porovnání hodnot objektových typů se používá equals, probereme později.
49
Použití u metod — primitivní typy
• Java funguje na principu "pass-by-value", tj. změna v metodě se neprojeví:
public static void main(String[] args) {
  int i = 1;
  passByValue(i);
  System.out.println(i); // 1
}
private static void passByValue(int i) {
  i = 4;
}
Použití u metod — objektové typy
• Odkazy na objekty fungují obdobně — změna objektu na jiný se neprojeví.
• Modifikace téhož objektu však ano!
public static void main(String[] args) {
  Dog d = new Dog("Max");
  passByValue2(d);
  System.out.println(d); // Charlie
}
private static void passByValue2(Dog d) {
  d.setName("Charlie");
  d = new Dog("Alex");
}
Pole v zkratce
• Vytvoření, naplnění a získání hodnot vypadá následovně:
int[] array = new int[2];
array[0] = 1;
array[1] = 4;
System.out.println("First element is: " + array[0]);
• Deklarace: typ[] jméno = new typ [velikost];
• typ může být i objektový: Person[] p = new Person[3];
50
Řetězce ve zkratce
• String je velice často užívaný typ, jeho hodnotami jsou posloupnosti znaků.
• Jedná se o typ objektový, nikoli primitivní.
• Proměnné typu String tedy odkazují na objekty, které teprve obsahují znaky řetězce.
• Řetězec smí být prázdný (velikost neboli délka = 0), zapisujeme "".
• Prázdný řetězec je pochopitelně něco jiného než neexistující řetězec (odkaz null).
Vytváření řetězců
• Pro vytváření řetězců nemusíme používat operátor new; stačí napsat:
String s = "Hello!";
System.out.println("Greeting is " + s);
// this is also possible:
s = new String("Hello!");
Porovnání řetězců
• Z objektové povahy řetězců plyne, že k jejich porovnávání musíme přistupovat jinak, než např.
k porovnávání čísel.
• Většinou potřebujeme zjistit, zda jsou dva řetězce stejné, tzn. mají:
◦ stejný počet znaků (nebo jsou oba prázdné)
◦ na stejných pozicích mají stejné znaky
• Takovou shodu ověříme pomocí metody equals, nikoli pomocí ==
String s = "Hello!";
String t = "Hell" + "o!";
System.out.println("Strings are equal? " + s.equals(t));
Dokumentace javových programů I
• Dokumentace je nezbytnou součástí javových programů.
• Existuje mnoho druhů dokumentací dle účelu:
◦ instalační (pokyny pro nasazení produktu)
◦ systémová (konfigurace, správa produktu)
◦ uživatelská (pro užívání produktu)
◦ vývojářská neboli programátorská (pro údržbu, rozšiřování a znovupoužití)
51
Dokumentace javových programů II
• Zde se budeme věnovat především dokumentaci programátorské.
• To znamená pro ty, kteří budou náš kód využívat ve svých programech, rozšiřovat jej, udržovat
jej.
• Komentáře říkají nejen jak je kód psán a co dělá, ale také a zejména proč se to tak dělá.
• Programátorské dokumentaci se říká dokumentace API, javadoc.
• Nejlepším příkladem je přímo dokumentace Java Core API
Pravidla komentování
Při psaní dokumentace dodržujeme tato pravidla:
• Jedná se hlavně o dokumentaci pro ostatní, tudíž prioritně dokumentujeme to, co je pro použití
ostatními
• Dokumentujeme především celé třídy a jejich public a protected metody.
• Ostatní věci dle potřeby, například těžce pochopitelné nebo nelogické pasáže kódu.
• Dokumentaci píšeme přímo do zdrojového kódu ve speciálních dokumentačních komentářích.
• Dovnitř metod nepíšeme většinou žádné komentáře, ale můžeme (obtížné části).
• Ideální ovšem je, když uvnitř metod žádný komentář být nemusí, neboť účel a funkčnost je z
kódu zřejmá :-)
• Ve výuce (ale často i v praxi) budou komentáře ve vašem projektu vynucovány nástrojem
checkstyle.
Typy komentářů
Řádkové
od značky // do konce řádku, nepromítnou se do dokumentace
 // inline comment, no javadoc generated
Blokové
mohou být na libovolném počtu řádků, nepromítnou se do dokumentace
/* block comment,
no javadoc generated */
Dokumentační
libovolný počet řádků, promítnou se do dokumentace
52
/** documentary comment, javadoc generated */
• Řádkové a blokové komentáře by měly být pouze dočasné.
• Ve výsledném kódu by měly být komentáře pouze dokumentační.
Připomenutí z Pythonu
# Simple comment, not going to documentation
def my_function():
  '''docstring comment of this function -
  going to help and doc'''
  return None
print("Using __doc__:")
print(my_function.__doc__)
print("Using help:")
help(my_function)
• Namísto docstringů používáme v Javě dokumentační komentáře /** zde je */
Nástroj javadoc
• Slouží ke strojovému generování dokumentace z dokumentačních komentářů a ze samotné
struktury programu
• Dokumentace se vygeneruje do sady HTML souborů, takže to bude vypadat jako v Java Core
API.
• Používá speciální značky se znakem zavináč, např. @author, v dokumentačních komentářích
Značky nástroje javadoc
• Javadoc používá značky vkládané do dokumentačních komentářů; hlavními jsou:
@author
specifikuje autora
@param
popisuje jeden parametr metody
@return
popisuje co metoda vrací
53
@throws
popisuje informace o výjimce, kterou metoda propouští ("vyhazuje")
a další…
Co dokumentujeme
• Dokumentujeme především celé třídy, zejména veřejné
• Jejich public a protected metody
• Lze dokumentovat i celý balík a to sepsáním souboru package-info.html v příslušném balíku
• V pořádných knihovnách (API) dokumentace k balíkům je
Komentář třídy
/**
 * This class represents a point in two dimensional space.
 *
 * @author Petr Novotny
 **/
 public class Vertex2D { ... }
Komentář metody I
• Zkrácený oficiální komentář metody toString():
/**
 * Returns a string representation of the object. In general, the
 * {@code toString} method returns a string that
 * "textually represents" this object. The result should ...
 *
 * @return a string representation of the object.
 */
 public String toString() { ... }
• Část {@code toString} značí formátování, vypíše to toString neproporcionálním písmem.
Komentář metody II
/**
 * Returns the smaller of two int values.
 * If the arguments have the same value, the result is that same value.
 *
54
 * @param a an argument.
 * @param b another argument.
 * @return the smaller of {@code a} and {@code b}.
 */
public int min(int a, int b) {
  return (a <= b) ? a : b;
}
Kde uvádíme dokumentační komentáře
• Dokumentační komentáře uvádíme:
◦ Před hlavičkou třídy — pak komentuje třídu jako celek.
◦ Před hlavičkou metody — pak komentuje příslušnou metodu.
• Doporučení Sun/Oracle k psaní dokumentačních komentářů — How to Write Doc Comments for
the Javadoc Tool
Problémy dokumentování
• Komentáře lžou — změním kód a zapomenu upravit komentář
/**
 * Calculates velocity.
 */
System.out.println(triangle.getArea());
• Zbytečné komentáře
private int size; // creates size
• Ideální je psát kód a názvy tříd a metod tak, aby se komentáře ani nemusely číst
Java je ukecaná
55
Úvod
• Se statickou metodou jsme se setkali už u úplně prvního programu - Hello, world!
public class Demo {
  public static void main(String[] args) {
  System.out.println("Hello World!");
  }
}
• public reprezentuje viditelnost — metoda main je veřejná, chceme spouštět
• void reprezentuje návratový typ — že main nic nevrací
Co znamená static
• Metoda static v Javě (jinde může být chápáno jinak) říká, že metoda nepotřebuje pro své
fungování žádný konkrétní existující objekt, s nímž by pracovala.
• To přesně potřebujeme u main, neboť žádný objekt dosud nemáme.
• Sémantika static je +/- stejná jako v Pythonu.
Dosud byly metody a atributy nestatické
• Dosud jsme zmiňovali atributy (proměnné) a metody objektu.
• Jméno (atribut String name) patří přímo jedné osobě.
• Metoda toString vrátí Person jméno této osoby.
56
public class Person {
  private String name; // name of this person
  public String toString() {
  return "Person " + name; // returns name of this person
  }
}
Jak fungují statické metody a atributy
• Lze deklarovat také metody a atributy patřící celé třídě, tj. všem objektům třídy.
• Taková proměnná (nebo metoda) existuje pro jednu třídu jen jednou.
• Označujeme ji static.
Podobně v Pythonu
• Statické proměnné/atributy existují i v Pythonu.
• Označují se jako proměnné třídy (takto můžeme označovat i v Javě), zatímco atributy jsou
proměnné objektu.
• V Pythonu se poznají tak, že se neoznačují self.
# Class for Computer Science Student
class CSStudent:
  stream = 'cse' # Class Variable
  def __init__(self,name):
  self.name = name # Instance Variable
Použití statických metod
• Chceme metodu max, která vrací maximální hodnotu dvou čísel
• K tomu žádné objekty nepotřebujeme
• Uděláme ji jako statickou
• Kdekoli zavoláme Calculate.max(-2, 8)
public class Calculate {
  public static int max(int a, int b) {
  if (a > b) return a;
  return b;
  }
}
57
Jde i jako nestatická?
• Ano, takto. Vynecháme static.
public class Calculate {
  public int max(int a, int b) {
  if (a > b) return a;
  return b;
  }
}
Spuštění nestatické metody max
• Na spuštění max budu nyní potřebovat objekt třídy Calculate
Calculate c = new Calculate();
int max = c.max(1, 2); // method needs an object `c`
• Ovšem ten objekt c je tam úplně k ničemu, s žádnými jeho atributy se nepracuje a ani žádné
nemá
Řešení
• Uděláme metodu statickou.
• Pak metoda patří celé třídě a zavoláme ji názvem třídy bez konkrétního objektu.
public class Calculate {
  public static int max(int a, int b) {
  if (a > b) return a;
  return b;
  }
}
...
int m = Calculate.max(1, 2);
Zpříjemnění použití statických metod
• Někdy v kódu často používáme statické metody určité třídy, např. naše Calculator.max
• Pro kratší zápis lze pak využít deklaraci import static dané metody
• nebo všech metod přes *, např.
58
import static cz.muni.fi.pb162.Calculator.*;
int m = max(1, 2);
Typické použití statických metod
• Velmi často se používají v obdobných situacích, jako výše uvedené max
• Tzn. jednoduše pro implementaci funkce, která nevyužívá žádné atributy (data objektu), pouze
dostane vstupy a něco vrátí.
• Pak ani logicky žádný objekt nepotřebuje.
• Příklady: metody třídy java.util.Arrays
Statické proměnné (atributy třídy)
• Doposud jsem měli pouze proměnné (atributy) patřící konkrétnímu objektu.
• Např. ve třídě Person, která reprezentuje člověka, má každý člověk své (obvykle i odlišné)
jméno.
• Někdy je ale situace, kdy pro celou třídu stačí určitý údaj jenom jednou.
• Příklad: chceme jsi pamatovat, kolik lidí se nám během chodu programu vytvořilo.
• Jak to udělat?
Počítaní lidí
• Vytvoříme statickou proměnnou peopleCount a každý člověk ji při svém vzniku zvýší o jedna.
public class Person {
  private String name;
  private static int peopleCount = 0;
  public Person(String name) {
  this.name = name;
  peopleCount++;
  }
  public static int howManyPeople() {
  return peopleCount;
  }
}
• Logicky na vrácení počtu lidí stačí statická metoda howManyPeople().
59
Počítaní lidí II
• Použití bude vypadat následovně
Person.howManyPeople(); // 0
Person jan = new Person("Jan");
Person.howManyPeople(); // 1
Person anna = new Person("Anna");
Person.howManyPeople(); // 2
 Více informací: Java tutorial — Class variables
Voláni statické metody
Můžeme volat statickou metodu nad konkrétním objektem (instancí) dané třídy?
Person anna = new Person("Anna");
anna.howManyPeople();
• Ano, není to problém.
• Přes třídu Person je to však správnější.
Voláni nestatické metody
• Můžeme volat nestatickou metodu jako statickou?
Person.getName();
• Logicky ne!
• Co by mohlo volání Person.getName() vrátit? Nedává to smysl.
• Jde nám přece o jméno konkrétního člověka, tj. atribut v konkrétním objektu Person
• Atribut name se nastaví až při zavolání konstruktoru
Přístup ze statické metody k nestatickému
atributu?
• Obdobně platí pro atributy, tj. NELZE toto:
public class NonStaticTest {
  private int count = 0;
60
  public static void main(String args[]) {
  count++; // compiler error
  }
}
• Java ohlásí při překladu chybu: non-static variable count cannot be referenced from a static
context.
• Metoda main je statická — může používat pouze statické metody a proměnné.
Přístup k nestatickému atributu
• Jedině po vytvoření konkrétní instance:
public class NonStaticTest {
  private int count = 0;
  public static void main(String args[]) {
  NonStaticTest test = new NonStaticTest();
  test.count++;
  }
}
 Všimněte si, že ve třídě mohu vytvořit objekt té stejné třídy.
• Dalším řešením by bylo udělat count statický.
Problémy se statickými metodami? NE
• Ano, použití static není tak prosté, jak jsme dosud prezentovali :-)
• Statické metody většinou problém nejsou.
• Jednoduše slouží k realizaci nějaké činnosti, které stačí předané vstupy (parametry) a která
nepotřebuje žádný "svůj" objekt s atributy.
• Důkazem je řada použití statických metod v Java Core API, kde jsou třídy, které mají jen statické
metody.
• Takovým třídám se říká utility classes (jakési "účelové" třídy).
Problémy se statickými proměnnými? ANO
• U statických proměnných je to složitější.
• Jejich použití musí být hodně dobře zdůvodněné.
• Opravdu potřebujeme danou hodnotu pro danou třídu právě jednou???
• Nestane se dobudoucna, že jich budeme potřebovat více — třeba dvě, tři, deset???
61
Možné řešení — singleton
• Často je lepší aplikovat návrhový vzor Singleton (jedináček)
• Jedná se běžnou třídu, např. PersonCounter, která má své běžné nestatické atributy a metody
zajišťující potřebnou funkcionalitu
◦ Např. metody void increaseNumPeople() a atribut int peopleCount zajišťující počítání
vytvořených lidí.
public class PersonCounter {
  private int peopleCount = 0;
  public void increaseNumPeople() {
  peopleCount++;
  }
  public int howManyPeople() {
  return peopleCount;
  }
}
Možné řešení — singleton (pokr.)
• Singleton ale navíc zajišťuje vytvoření jediné sdílené instance (např. jediného počítadla lidí pro
celý systém):
◦ Zakáže se volání konstruktoru (např. tak se vytvoří jediný bezparametrický privátní
konstruktor)
◦ Místo volání konstruktoru se nabídne veřejná metoda getInstance(), která zjistí, jestli
(jediná) instance již existuje. Pokud ne, vytvoří jí (voláním privátního konstruktoru) a uloží
do statického atributu třídy. Pokud již existuje, rovnou se instance vrátí.
• A dále zajišťuje jednoduchý přístup k jediné instanci odkudkoliv:
◦ Metoda getInstance() je statická, tj. kdokoliv odkudkoliv může zavolat
PersonCounter.getInstance().increaseNumPersons().
◦ Pokud chceme automaticky počítat vytvoření instance třídy Person z předchozího příkladu,
lze toto volání jednoduše přidat konstruktorů třídy Person
Kompletní příklad singletonu
public class PersonCounter {
  // here will be the singleton instance (object)
  private static PersonCounter counter = null;
  private int peopleCount = 0;
  // "private" prevents creation of instance via new PersonCounter()
  private PersonCounter() {}
  // creates the singleton unless it exists
62
  public static PersonCounter getInstance() {
  if(counter == null) {
  counter = new PersonCounter();
  }
  return counter;
  }
  public void increaseNumPeople() {
  peopleCount++;
  }
  public int howManyPeople() {
  return peopleCount;
  }
}
Import statických prvků
• Už jsme ukázali výše, že statické třídy i metody můžeme importovat:
import static java.lang.System.out;
public class HelloWorld {
  public static void main(String[] args) {
  out.println("Hello World!");
  }
}
• relevantní pouze pro statické metody a proměnné
• vhodně použitelné pro některé věci z Java Core API, např. Math
 Více informací: Wikipedia:Static import
Problémy importu statických prvků
import static java.lang.System.out;
// developer is reading the code
out.println("Hello World!"); // what is out?
// few lines above:
PrintStream out;
// ahh ok, I thought it was System.out
• Takže někdy pak nevíme, jestli jde o statický import a nebo jen o lokální proměnnou/metodu.
• A jakmile něco nevíme na první pohled, JE TO ŠPATNĚ! :-)
63
Konstanty v Javě
• Konstanty slouží pro pojmenování určitých konkrétních hodnot se zvláštním významem v
programu — tzv. magic numbers, kde nemusí být na první pohled zřejmé, proč je to zrovna
právě ta hodnota.
• Třeba static final int MAX_CAPACITY = 12 může znamenat konstantu, která se může v dalších
verzích programu zvětšit.
• Konstanty v Javě jsou vždy umístěny v některé ze tříd či rozhraní - nemohou jen tak globálně
"plavat nad vším".
• Proto si ji rozumně pojmenujeme a pak používáme tento identifikátor místo přímé hodnoty.
• Může jít i o objektové typy (např. konstanta typu Person).
 Všeobecně platí: raději víc konstant než míň.
Připomenutí: konstanty v Pythonu
Create a constant.py:
# declare constants
PI = 3.14
GRAVITY = 9.8
• Jmenná konvence (velká písmena) je stejná jako v Javě.
• V Pythonu je to jen konvence, lze znovu přiřadit, tj. PI = 3.2 je technicky možné.
• V Javě bráníme opakovanému přiřazení označením symbolu jako final.
Definice konstanty
• Konstanty jsou vždy:
Statické (static)
stačí nám jedna hodnota pro celou třídu, nemá smysl, aby každý objekt měl svou stejnou
kopii.
Neměnné (final)
je to konstanta, tudíž pomocí final zajistíme neměnnost
• Konstanta může být:
private
dobře možné, když ji nechceme používat mimo třídu
public
nicméně asi obvyklejší, většinou má širší použití
64
Příklad konstanty
public static final int MAX_PEOPLE_COUNT = 100;
public boolean maxPeopleCountReached() {
  return peopleCount >= MAX_PEOPLE_COUNT;
}
int count = Person.MAX_PEOPLE_COUNT;

Všimněte si, že uvádíme i název třídy, ve které je konstanta definovaná
Person.MAX_PEOPLE_COUNT. Je to sice delší, ale je to tak vlastně dobře: umístění do
tříd je zapouzdřením konstanty - hned vidíme, kam patří a co znamená. Můžeme
dokonce zkrátit její název Person.MAX_COUNT
Klíčové slovo final
• Slovo final způsobuje, že daná hodnota se v proměnné nemůže změnit.
• V objektové proměnné je uložena adresa (odkaz),
• final odkaz se tedy změnit nemůže, ale vnitřek (atributy) objektu ano
• Proto se může kombinovat s neměnnými (immutable) objekty, u nichž se vnitřek nemění
Příklad final objektová proměnná
final int i = 1;
i = 2; // cannot be done
final Person p = new Person("Honza");
p = new Person("Pavel"); // cannot be done
p.setName("Pavel"); // dirty hack
Motivace k výčtovému typu
Chceme reprezentovat dny v týdnu.
public static final int MONDAY = 0;
public static final int TUESDAY = 1;
public static final int WEDNESDAY = 2;
• Problémem je, že nemáme žádnou kontrolu:
◦ typovou: metoda přijímající den má parametr typu int, takže bere libovolné číslo, třeba 2000,
a to nebude fungovat.
65
◦ hodnotovou: dva dny v týdnu mohou omylem mít stejnou hodnotu a překladač nám to taky
neodchytí.
Výčtový typ enum
• Typově bezpečná cesta, jak vyjmenovat a používat pojmenované konečné výčty prvků.
• Proměnná určitého výčtového typu může pak nabývat vždy jedné hodnoty z daného výčtu.
• Definice výčtového typu "den v týdnu":
public enum Day {
  MONDAY, TUESDAY, WEDNESDAY, THURSDAY, FRIDAY, SATURDAY, SUNDAY
}
Jak to bylo v Pythonu?
• Zde bylo třeba podědit ze třídy Enum a ručně ohodnotit jednotlivé prvky výčtu:
class State(Enum):
  INIT = 1
  RUNNING = 2
  STOPPED = 3
Příklad použití výčtu
• Velmi příjemné použití ve větvení switch
public String tellItLikeItIs(Day day) {
  switch (day) {
  case MONDAY:
  return "Mondays are bad.";
  case FRIDAY:
  return "Fridays are better.";
  case SATURDAY, SUNDAY:
  return "Weekends are best.";
  default:
  return "Midweek days are so-so.";
  }
}
• Klíčové slovo break může být vynecháno, protože return způsobí okamžitý návrat z funkce.
66
Porovnání enum
Lze snadno a bezpečně testovat rovnost pomocí ==:
• day == MONDAY
• day.equals(MONDAY) - funguje stejně, pouze selže při day == null
• MONDAY.equals(day) - bezpečněji, ale stejně lépe psát day == MONDAY
Díky tomu, že každý výčet implementuje Comparable<E>, lze prvky i řadit. Platí tedy, že MONDAY je před
TUESDAY atd.
Výčty vs. třídy
• Výčtový typ se koncepčně velmi podobá třídě, de facto je to třída.
• Výčet má však jen pevně daný počet prvků (instancí).
• Pro každý prvek daného typu enum je získatelné jeho ordinální číslo (pořadí) metodou int
ordinal().
• Každý námi definovaný výčtový typ je potomkem třídy java.lang.Enum.
• Podobně jako jiné třídy má vestavěné metody a může mít další metody, konstruktory apod.
Výčtový typ s dalšími vlastnostmi
• Využijeme, že enum je de facto třída.
• Přidáme atributy, případně metody nebo i konstruktor.
• Dobře se využije možnost definovat jednotlivé prvky výčtu s inicializací jeho atributů.
• Lze i překrýt metody jako toString a vracet jiné textové reprezentace
• Nelze však překrýt equals, porovnání proto zůstává takové, že x.equals(y) <⇒ x == y
Příklad (1)
enum OrderStatus {
  // 3 instances and no more ever
  // they might by initialized with parameters
  ORDERED(5), PREPARING(2), READY(0);
  // enum may have attributes (not necessarily final)
  int timeToReady;
  OrderStatus(int timeToReady) {
  this.timeToReady = timeToReady;
  }
  // may override toString
  @Override public String toString() { return "ready in " + timeToReady; }
  // this would not compile! must NOT override equals
67
  @Override public boolean equals(Object o) {
  if(o instanceof OrderStatus status)
  return timeToReady == status.timeToReady;
  return false;
  }
}
Příklad (2)
OrderStatus status = OrderStatus.PREPARING;
System.out.println(status);
// may even directly modify status properties
OrderStatus.PREPARING.timeToReady = 1;
System.out.println(status);
// status is still == (though modified inside)
System.out.println(status == OrderStatus.PREPARING);
Výčty mají předem přesně daný počet
instancí
• Toto se nezkompiluje, duplicitní identifikátor ORDERED.
• Že pokaždé jinak inicializovaný, nehraje roli.
• Parametry v závorce nezpůsobí vytvoření nových prvků jako new.
enum OrderStatus {
  ORDERED(5), ORDERED(15), PREPARING(2), READY(0);
}
Prvky jsou uspořádané
• Jsou uspořádané dle pořadí, v jakém jsou uvedeny, aniž bychom cokoli definovali.
• Nelze ovšem psát OrderStatus.ORDERED < OrderStatus.PREPARING, ale je nutno využít compareTo:
• OrderStatus.ORDERED.compareTo(OrderStatus.PREPARING)
Množina prvků výčtu EnumSet
• Jelikož prvků výčtu je konečný (a většinou nevelký) počet, je dobré, že pro ně máme speciální
typ množiny - java.util.EnumSet.
• EnumSet je abstraktní podtřídou AbstractSet a má dvě neabstraktní implementace:
68
RegularEnumSet
vnitřně implementován jako bitové pole do velikosti 64 bitů, a to pomocí jednoho long
JumboEnumSet
jako bitový vektor libovolné, tzn. i větší velikosti
Příklad EnumSet
EnumSet<OrderStatus> set = EnumSet.of(OrderStatus.ORDERED, OrderStatus.READY);
// prints [ready in 5, ready in 0]:
System.out.println(set);
// prints [ready in 2]:
System.out.println(EnumSet.complementOf(set));
// prints class java.util.RegularEnumSet:
System.out.println(set.getClass());
• další použitelné (statické) metody EnumSet:
◦ EnumSet.noneOf() → vytvoří prázdnou množinu ** EnumSet.range(LOWER, UPPER) → vytvoří
množinu prvků od LOWER po UPPER
Mapa s klíči prvky výčtu EnumMap
• Z obdobného důvodu se nabízí rovněž mapa EnumMap.
• Klíčem jsou prvky výčtu (tzn. jsou pevně předem dány a většinou jich není moc).
EnumMap<OrderStatus, Integer> countOrders
  = new EnumMap<OrderStatus, Integer>(OrderStatus.class);
countOrders.put(OrderStatus.ORDERED, 4);
countOrders.put(OrderStatus.READY, 2);
System.out.println(countOrders);
Repl.it demo k výčtovým typům
• https://repl.it/@tpitner/PB162-Java-Lecture-03-enum
Další zdroje
• Hezký příklad najdete na The Java™ Tutorials  — Enum Types
Přetěžování metod
• Jedna třída může mít více metod se stejnými názvy, ale různými parametry.
69
• Pak hovoříme o tzv. přetížené (overloaded) metodě.
• I když jsou to technicky úplně různé metody, jmenují se stejně, proto by měly dělat něco
podobného.
Přetěžování — příklad I
public void transferTo(Account whereTo, double amount) {
  this.add(-amount);
  whereTo.add(amount);
}
public void transferTo(Account whereTo) {
  whereTo.add(balance);
  balance = 0;
}
• První metoda převede na účet příjemce amount peněz.
• Druhá metoda převede na účet celý zůstatek (balance) z účtu odesílatele.
• Nedala by se jedna metoda volat pomocí druhé?
Přetěžování — příklad II
public void transferTo(Account whereTo, double amount) {
  this.add(-amount);
  whereTo.add(amount);
}
public void transferTo(Account whereTo) {
  transferTo(whereTo, balance);
}
• Toto je jednodušší, přehlednější, udělá se tam potenciálně méně chyb.
• Kód se neopakuje, tudíž se neopakuje ani případná chyba
• Je to přesně postup divide-et-impera, rozděl a panuj, dělba práce mezi metodami!
(Ne)přetěžování
• Sémanticky totéž bez přetěžování: jiný název = ještě lepší
• Převod celého zůstatku jsme napsali jako nepřetíženou metodu, která přesně popisuje, co dělá.
• Z názvu metody je zřejmé, co dělá — netřeba ji komentovat!
public void transferTo(Account whereTo, double amount) {
  this.add(-amount);
70
  whereTo.add(amount);
}
public void transferAllMoneyTo(Account whereTo) {
  transferTo(whereTo, balance);
}
Přetěžování konstruktorů
• Přetěžovat můžeme i konstruktory.
• Můžeme tak mít více konstruktorů v jedné třídě.
• Pro vzájemné volání konstruktorů použijeme klíčové slovo this.
• Používá se hodně často, častěji než přetěžování jiných metod.
public Person() {
  // calls second constructor
  this("Default name");
}
public Person(String name) {
  this.name = name;
}
Přetěžování — jak ne
• Proč nelze přetížit metodu pouze změnou typu návratové hodnoty?
• Která metoda se zavolá?
public int getNumber() {
  return 5;
}
public short getNumber() { // smaller int
  return 6;
}
...
long bigInt = getNumber(); // 5 or 6?
• V Javě se číselné typy proměnných přetypují automaticky.
• Mělo by dojít k přetypování int na long, nebo short na long?
Obdobný příklad
• Nelze také přetížit uvedením a neuvedením návratové hodnoty
• Protože vracenou hodnotu stejně nemusíme použít:
71
new String("Sss").isEmpty(); // result is omitted
• Opět nevíme, která metoda se zavolá:
public void getNumber() {
  // do nothing
}
public int getNumber() { // smaller int
  return 6;
}
...
getNumber(); // which one is called?
Vracení odkazu na sebe
• Metoda může vracet odkaz na objekt, nad nímž je volána pomocí this:
public class Account {
  private double balance;
  public Account(double balance) {
  this.balance = balance;
  }
  public Account transferTo(Account whereTo, double amount) {
  add(-amount);
  whereTo.add(amount);
  return this; // return original object
  }
}
Řetězení volání
• Vracení odkazu na sebe lze využít k řetězení volání:
Account petrsAccount = new Account(100);
Account ivansAccount = new Account(100);
Account robertsAccount = new Account(1000);
// we can chain methods
petrsAccount
  .transferTo(ivansAccount, 50)
  .transferTo(robertsAccount, 20);
72
• Stejný princip se dost často využívá u StringBuilder metody append.
Třída Object
• I když v Javě vytvoříme prázdnou třídu, obsahuje 'skryté' metody.
• Je to technicky tím, že všechny třídy dědí přímo či nepřímo z třídy Object a odtud ty metody
jsou.
public class Person { }
Person p = new Person();
p.toString(); // ???
• Seznam všech vestavěných metod najdete v javadocu třídy Object.
Některé metody třídy Object
• getClass() — vrátí název třídy
• equals(…) — porovná objekt s jiným, hashCode() — vrátí haš
• clone() — vytvoří identickou kopii objektu (deep copy)
◦ tahle metoda však může způsobovat problémy (vysvětlíme později)
◦ proto ji nepoužívejte
• toString() — vrátí textovou reprezentaci objektu
Person p = new Person();
System.out.println(p);
// it simply does this - for non-null p:
System.out.println(p.toString());
Překrytí metody
• Podívejme se blíž na metodu String toString().
• Co kdybychom chtěli její chování změnit?
• Zkusme v naší třídě implementovat metodu se stejným jménem:
public class Person {
  public String toString() {
  return "it works";
  }
}
Person p = new Person();
73
System.out.println(p); // it works
Metoda toString()
• Javadoc říká, že každá třída by měla tuhle metodu překrýt.
• Co se stane, když ji nepřekryjeme a přesto ji zavoláme?
• Použije se výchozí implementace z třídy Object:
getClass().getName() + '@' + Integer.toHexString(hashCode())
Person p = new Person();
System.out.println(p); // Person@14ae5a5
• Vypíše se jméno třídy, zavináč, a pak hexadecimálně nějaký podivný hash.
Anotace @Override — motivace
• Bylo by fajn mít kontrolu nad tím, že překrýváme skutečně existující metodu.
• Najdete chybu?
public class Person {
  public String toStrng() {
  return "not working";
  }
}
Person p = new Person();
System.out.println(p); // Person@14ae5a5
Anotace @Override
• Použijeme proto anotaci, která kompilátoru říká: přepisuji existující metodu.
• Anotace se píše před definici metody:
@Override
public String toString() {
  return "it works again";
}
• Kdybychom udělali chybu např. v názvu překrývané metody, kód by nešel přeložit.
 Vždy používejte anotaci @Override, když přepisujete metodu.
74
Jiné notace
Existují i jiné anotace, například @Deprecated naznačuje, že by se daná věc už neměla používat.
Objects.toString
• Více z předchozího, že například ve zřetězení "Osoba " + p se kód přeloží skoro jako "Osoba " +
p.toString() — s výjimkou p == null, kdy vrátí "Osoba null".
• Přímé volání o.toString() tedy vyžaduje test na nulovost o anebo
• bezpečně a bez testů použít Objects.toString(o),
• případně Objects.toString(o, "žádná") — vrátí v případě o == null náhradní text "žádná".
Co je životní cyklus?
• Doba mezi vytvořením (new), používáním, nepoužíváním a zánikem objektu (instance).
• Začíná vytvořením pomocí new.
• Faktické používání objektu končí ve chvíli, kdy na něj ztratíme odkaz - např. když odkaz je
lokální proměnná metody, kterou opustíme.
• Fyzická existenci končí buďto koncem programu nebo zrušením objektu pomocí garbage
collectoru, "uklízeče smetí".
• Chování je přibližně stejné jako v Pythonu, ale zcela jiné než v C++ či Rust.
Závislosti mezi objekty
• správě závislostí mezi objekty, tzn. jeden objekt se své činnosti potřebuje další objekt nebo
objekty, se věnuje speciální sekce Dependency Injection.
75
Vyhnout se zbytečným objektům
• Avoid unnecessary objects
• Vytváření objektů je "drahá" operace - stojí výpočetní čas i paměť.
• Objekt se musí v řadě případů též dealokovat, zlikvidovat, což stojí další čas.
• V řadě případů není třeba objekt vytvářet, ukážeme si typické situace:
◦ řetězce: každé zřetězení s = s + t znamená vytvoření nového objektu!
◦ úplně stejně s += t vede k vytvoření nového objektu
◦ new namísto zavolání (statické) tovární metody rovněž vždy vytvoří objekt
◦ řadu složitějších objektů lze vytvořit jen jednou a znovupoužívat
◦ pooling (skladiště) objektů
Metody místo new
• Raději Boolean.valueOf("true") namísto new Boolean("true"), neboť to vytvoří pokaždé
(obsahově stejný) objekt Boolean
• Obdobně pro další typy - navíc statické metody mohou obecně vrátit i null, když se nezdaří.
• U řetezců se mohutně využívá internalizace (neplést s internacionalizací), tzn. uložení do poolu
v rámci běžící JVM.
• Každý řetězec zadaný jako literál (do uvozovek, třeba "abcde") je internalizován a opakované
použití odkazuje na tutéž instanci a nezabírá další paměť.
• Internalizaci lze vyvolat i pomocí metody s.intern() - u dlouhých řetězců by sdílení mohlo mít
smysl!
• Je to proto, že řetězcové literály - nebo obecněji řetězce, které jsou hodnotami konstantních
výrazů (§15.28) - jsou "internalizovány" tak, aby sdílely jedinečné instance pomocí metody
String.intern (§12.5).
• blíže viz Java Language Specification, 3.10.5. String literals
Předkompilace u regex
• Regulární výrazy jsou silnou a častou používanou technikou, jak nalézat nebo ověřovat vzory v
řetězcích.
• Jsou použitelné ve všech běžných jazycích vč. Javy.
• Lze je buďto:
◦ rychle napsat, ale pomalu používat: "řetězec".matches("regex")
◦ zdlouhavěji zapsat a rychle - i opakovaně - vykonávat
Pattern pattern = Pattern.compile("regex");
// i opakovaně, bleskově provedeno (násobně rychleji):
76
String s = ...
if(pattern.matcher(s).matches()) ...
Nepoužívejme finalize()
• Finalizér, tj. metoda finalize() vlastní všem objektům, může teoreticky být překryta a tím
umožněn adekvátní "likvidační" postup při zániku objektu - sestávající obvykle z uvolnění
systémových zdrojů - síťové sokety, spojení na databázi atd.
• V Javě nicméně není zaručeno, že se finalizér skutečně zavolá - JVM jej nemusí volat, pokud
nepotřebuje fyzicky uvolnit paměť obsazenou (již nepoužívaným) objektem.
• I kdyby finalizér zavolán byl, zůstává problém s určením okamžiku, kdy je volán a v jakém
pořadí jsou finalizéry na mrtvých objektech volány.
• Celkově tedy na finalize() nespoléhat a nepoužívat je - zdroje uvolňovat explicitním zavoláním
vhodné metody.

Tento tip je javově-specifický, jde o to, jak a kdy pracuje garbage collector při
likvidaci nepřístupných ("mrtvých") objektů.
Motivace
• Jsou objektové jazyky, kde vůbec rozhraní nemáme.
• Jsou dokonce objektové jazyky, kde nemáme ani třídy (JavaScript).
• Většinou ale třídy jsou, u většiny OO jazyků: Java, C++, C#, Python, Ruby…
• Přímočaré řešení je pak použít na implementaci nějaké potřebné funkčnosti třídu.
• Problém je, že někdy máme takový požadavek na funkčnost, který se jednou třídou špatně
implementuje, resp. evidentně potřebujeme více zcela různorodých tříd, které budou tento
požadavek plnit.
Motivační příklad
• Příklad: požadavkem je, aby objekty uměly o sobě sdělit informace, tedy aby měly třeba metodu
retrieveInfo().
• Zcela jistě existuje mnoho typů objektů, které o sobě umějí informovat — od psa až po laserovou
tiskárnu :-)
• Tudíž ani není možné všechny třídy objektů, které o sobě umějí informovat, chápat jako
podtřídy jedné třídy "UmímOSoběInformovat". V Javě navíc třída smí mít pouze jednu
rodičovskou třídu/předka (=dědit jen z jedné rodičovské), tzn. bychom tím "spotřebovali"
možného předka a žádného jiného předka už bychom nikde nemohli mít.
77
Rozhraní v Pythonu
• Zde máme tzv. neformální rozhraní (informal interfaces).
• Jedná se o dynamický jazyk, při překladu nekontroluje, zda jsou všechny metody
implementované.
• Napíšeme do docstringů, co má metoda dělat a uvedeme do ní pass.
• V podtřídě pak metodu/y překryjeme.
class InformalParserInterface:
  def load_data_source(self, path: str, file_name: str) -> str:
  """Load in the file for extracting text."""
  pass
  def extract_text(self, full_file_name: str) -> dict:
  """Extract text from the currently loaded file."""
  pass
Příklad jednoduchého rozhraní
• V Javě musíme trochu formálněji.
• Velmi jednoduché rozhraní s jedinou metodou:
// Informing = can describe information about itself
public interface Informing {
  // this method is used for describing
  String retrieveInfo();
}
Přesněji k rozhraní
• Rozhraní (interface) je seznam metod (budoucích) tříd objektů.
• Neobsahují vlastní kód těchto metod.
• Je to tedy seznam hlaviček metod s popisem, co přesně mají metody dělat, typicky
dokumentačním komentářem.
• Rozhraní by nemělo příliš smyslu, kdybychom neměli třídy, které jej naplňují, realizují, přesněji
implementují.
• Říkáme, že třída implementuje rozhraní, pokud obsahuje všechny metody, které jsou daným
rozhraním předepsány.
◦ třída implementuje rozhraní = objekt dané třídy se chová, jak rozhraní předepisuje,
◦ např. osoba nebo pes se chová jako běhající.
78
Deklarace rozhraní
• Stejně jako třída, jedině namísto slova class je interface.
• Všechny metody v rozhraní přebírají viditelnost z celého rozhraní:
◦ viditelnost hlaviček metod není nutno psát;
◦ rozhraní v našem kurzu budou pouze public (není to vůbec velká chyba tak dělat stále).
• Těla metod v deklaraci rozhraní se nepíší vůbec, ani složené závorky, jen středník za hlavičkou.
// Informing = can describe information about itself
public interface Informing {
  // this method is used for describing
  String retrieveInfo();
}
Implementace rozhraní
• Třídy Person a Donkey implementují rozhraní Informing:
public class Person implements Informing {
  public String retrieveInfo() {
  return "People are clever.";
  }
}
public class Donkey implements Informing {
  public String retrieveInfo() {
  return "Donkeys are simple.";
  }
}
 Když třída implementuje rozhraní, musí implementovat všechny jeho metody!
Typ rozhraní namísto třídy
public void printInfo(Informing informing) {
  System.out.println("Now you learn the truth!");
  System.out.println(informing.retrieveInfo());
}
...
Person p = new Person();
printInfo(p);
...
Donkey d = new Donkey();
79
printInfo(d);
• Parametr metody je typu rozhraní, můžeme tam tedy použít všechny třídy, které ho
implementují.
• To je velice časté a užitečné používat jako typ parametru rozhraní; je z toho pak dobře vidět, že
daný objekt používáme jako instanci implementující určité rozhraní a konkrétní třída nás u
použití nezajímá.
"Přetypování" obecně
• Java má podobně jako většina jiných jazyků operátor pro "přetypování" (type cast).
• Píše se buďto a) (typ) hodnota nebo b) (typ) odkaz_na_objekt podle toho, co "přetypováváme".
• Jeho fungování se zásadně liší podle toho, zda jde o a) o primitivní hodnotu nebo b) odkaz na
objekt.
Typová kontrola odkazů na objekty
• U "přetypování" odkazů na objekty se ve skutečnosti nejedná o změnu obsahu objektu,
• nýbrž pouze o potvrzení, že běhový typ objektu je ten požadovaný, na nějž "přetypováváme".
• Tj. jde o běhovou typovou kontrolu.
• Sdělujeme překladači "Hele, já vím, že jde o osobu, tak s tím pracuj jako s osobou".
• Když běhová kontrola případně selže (tedy nikoli v době překladu, ale až při spuštění), je
vyvolána výjimka a běh programu přerušen.
Příklad - typová kontrola odkazů
Person p = new Person();
// OK, p je třídy Person a ta implementuje Informing.
Informing i = (Informing) p;
// Rovněž OK, protože jakýkoli objekt je
// (aspoň nepřímým) potomkem Object.
Object o = (Object) i;
Zjištění typu
• Nejsme-li si typem jisti, otestujeme ho:
if(o instanceof Person p) {
  // now we know p is a Person, so we can call walk()
  p.walk();
80
}
Přetypování u primitivních typů
• U primitivních typů se jedná o skutečný převod hodnoty z původního typu na cílový, o typovou
konverzi.
• Např. long přetypujeme na int a ořeže se tím rozsah.
• Korektnost a případnou ztrátu informace za nás pohlídá v některých případech překladač,
který samozřejmě zná obecné vlastnosti typů. Projeví se zejména při přetypování čísel.
Proměnná deklarovaná jako rozhraní
• Můžeme taky vytvořit proměnnou deklarovaného typu rozhraní:
public class Person implements Informing {
  public String retrieveInfo() {
  return "People are clever.";
  }
  public void emptyMethod() { }
}
Proměnná deklarovaná jako rozhraní
Informing i = new Person();
i.retrieveInfo(); // ok
i.emptyMethod(); // cannot be done
• Proměnná i může používat pouze metody deklarované v rozhraní.
• Nevidíme ostatní metody v třídě Person.
Příklad z reálného světa
• máme různé tiskárny, různých značek
• nechceme psát kód, který ošetří všechny značky, všechny typy
• chceme použít i budoucí značky/typy
• vytvoříme pro všechny jedno uniformní rozhraní:
public interface Printer {
  void printDocument(File file);
  File[] getPendingDocuments();
81
}
• náš kód bude používat tohle rozhraní, každá tiskárna která ho implementuje, bude
kompatibilní
• budoucí tiskárny, které rozhraní implementují, ho budou moci používat také
Anotace @Override
• Pro jistotu, že přepisujeme metodu předepsanou rozhraním a ne jinou, použijeme znovu anotaci
@Override:
• Používejme to!
public class Person implements Informing {
  @Override
  public String retrieveInfo() {
  return "People are clever.";
  }
}
Repl.it demo k rozhraním
• https://repl.it/@tpitner/PB162-Java-Lecture-04-interfaces-Shapes
Výchozí a statické metody rozhraní
• Jde o možnosti, jak do rozhraní přímo implementovat funkčnost, nenechávat to až na třídy.
• Popírá základní princip, že v rozhraní funkční kód metod není.
• Je to tedy trochu "nečisté", ale je to současně jediná cesta, jak ve stávajícím kódu doplnit metodu
do rozhraní, aniž bychom narušili přeložitelnost stávajícího kódu a nemuseli do VŠECH tříd
implementujících určité rozhraní dopisovat implementaci této nové metody.
• Mají omezené použití a neměly by se nadužívat.
static a default
• Existují dva základní typy metod s výkonným kódem v rozhraní:
statické
značíme static
výchozí
značíme default
82
Statické metody
• Rozhraní může obsahovat statické metody.
• Statické metody smějí pracovat jen s dalšími statickými metodami a proměnnými.
• Nesmějí pracovat s metodami a atributy objektu.
interface A {
  void methodToImplement();
  static void someStaticMethod() {
  /* code inside */
  }
}
...
A.someStaticMethod();
Výchozí metody — motivace
• Nechť existuje rozhraní, které implementuje 10 tříd.
• Do rozhraní chceme přidat novou metodu.
• Metoda musí být (bohužel) implementována ve všech rozhraních!
• Co kdyby rozhraní poskytovalo i svou výchozí implementaci, kterou by třídy nemuseli
implementovat?
• výchozí = default
 Oracle The Java Tutorial: Default Methods
Výchozí metody — příklad
Výchozí metodu můžeme samozřejmě ve třídách překrýt.
interface Addressable {
  String getStreet();
  String getCity();
  default String getFullAddress() {
  return getStreet() +", " + getCity();
  }
}
 Zdroj: Java SE 8’s New Language Features
83
Výchozí metody — použití
Výchozí metody používáme, když chceme:
• přidat novou metodu do existujícího rozhraní
◦ všechny třídy implementující rozhraní pak nemusí implementovat novou metodu
• nahradit abstraktní třídu za rozhraní
◦ abstraktní třída vynucuje dědičnost
◦ preferujeme implementaci rozhraní před dědičností tříd
Statické a výchozí metody
Statické metody se mohou v rozhraní využít při psaní výchozích metod:
interface A {
  static void someStaticMethod() {
  // some stuff
  }
  default void someMethod() {
  // can call static method
  someStaticMethod();
  }
}
Rozšiřování rozhraní s výchozí metodou
• Mějme rozhraní A obsahující výchozí metodu defaultMethod().
• Definujme-li rozhraní B jako rozšíření rozhraní A, mohou nastat 3 různé situace:
1. Jestliže výchozí metodu defaultMethod() v rozhraní B nezmiňujeme, pak se podědí z A.
2. V rozhraní B uvedeme metodu defaultMethod(), ale jen její hlavičku (ne tělo). Pak ji
nepodědíme, stane se abstraktní jako u každé obyčejné metody v rozhraní a každá třída
implementující rozhraní B ji musí sama implementovat.
3. V rozhraní B implementujeme metodu znovu, čímž se původní výchozí metoda
překryje — jako při dědění mezi třídami.
Více výchozích metod — chybně
Následující kód se nezkompiluje:
interface A {
  default void someMethod() { /*bla bla*/ }
84
}
interface B {
  default void someMethod() { /*bla bla*/ }
}
class C implements A, B {
  // compiler does not know which default method should be used
}
Více výchozích metod — překryté, OK
Následující kód je zkompiluje:
interface A {
  default void someMethod() { /*bla bla*/ }
}
interface B {
  default void someMethod() { /*bla bla*/ }
}
class D implements A, B {
  @Override
  public void someMethod() {
  // now we can define the behaviour
  A.super.someMethod();
  }
}
Jedna metoda výchozí, druhá abstraktní
• Následující kód se opět nezkompiluje.
• Jedno rozhraní default metodu má a druhé ne.
interface A { void someMethod(); }
interface B { default void someMethod() { /* whatever */ } }
class E implements A, B {
  // compiler should or should not use default method?
}
Repl.it demo k výchozím a statickým
metodám rozhraní
• https://repl.it/@tpitner/PB162-Java-Lecture-13-intf-default-and-static
85
Implementace více rozhraní I
• Jedna třída může implementovat více rozhraní.
• Jednoduše v případě, kdy objekty dané třídy toho "mají hodně umět".
• Příklad: Třída Person implementuje 2 rozhraní:
public interface Informing { String retrieveInfo(); }
public interface Screaming { String scream(); }
public class Person implements Informing, Screaming {
  public String retrieveInfo() { ... }
  public String scream() { ... }
}
Implementace více rozhraní II
• Co kdyby obě rozhraní měla stejnou metodu?
public interface Informing { String retrieveInfo(); }
public interface Screaming { String retrieveInfo(); }
• Mají-li úplně stejnou hlavičku, je to v pořádku:
public class Person implements Informing, Screaming {
  @Override
  public String retrieveInfo() { ... }
}
Implementace více rozhraní III
• Mají-li stejný název i parametry, ale různý návratový typ, je to PROBLÉM.
public interface Informing { String retrieveInfo(); }
public interface Screaming { void retrieveInfo(); }
public class Person implements Informing, Screaming { ... }
• To samozřejmě nelze — viz totéž u přetěžování metod:
Person p = new Person();
// do we call method returning void or
// string and we ignore the result?
86
p.retrieveInfo();
 Nesnesou se tedy metody lišící se pouze návratovým typem.
Rozhraní — vtip
Metody i samotné rozhraní by mělo obsahovat kvalitní dokumentaci s detailním popisem.
Rozhraní je jako vtip. Když ho třeba vysvělovat, není tak dobré.
Zajímavost — rozhraní bez metod
• Občas se kupodivu používají i prázdná rozhraní, nepředepisující žádnou metodu.
• Úplně bezúčelné to není — deklarace, že třída implementuje určité rozhraní, poskytuje typovou
informaci o dané třídě.
• Např. java.lang.Cloneable, java.io.Serializable.
Rozšiřování (dědičnost) rozhraní
• Rozhraní může převzít (můžeme říci též dědit) metody z existujících rozhraní.
• Říkáme, že rozhraní mohou být rozšiřována (extended).
• Rozšířené rozhraní by mělo nabízet něco navíc než to výchozí (rozšiřované).
• Příklad: Každá třída implementující WellInforming musí pak implementovat i metody z rozhraní
Informing.
WellInforming jako rozšíření Informing
interface Informing {
  String retrieveInfo();
}
interface WellInforming extends Informing {
  String detailedInfo();
}
public class Person implements WellInforming {
  public String retrieveInfo() { ... }
  public String detailedInfo() { ... }
}
87
Kde použít implements a kde extends
• Ztrácíte se v klíčových slovech?
implements
třída implementuje rozhraní; ve třídě musím napsat kód (obsah) metod předepsaných
rozhraním
extends
když dědím ze třídy nebo rozšiřuji rozhraní, dědím metody automaticky
Vícenásobné rozšiřování rozhraní
• Rozhraní může dědit z více rozhraní zároveň:
public interface Informing { String retrieveInfo(); }
public interface Screaming { String scream(); }
public interface WellInforming extends Informing, Screaming {
  String detailedInfo();
}
• Každá třída implementující WellInforming musí implementovat všechny 3 metody.
Řetězení rozšiřování (dědičnosti)
• Dědičnost můžeme řetězit:
public interface Grandparent { int method1(); }
public interface Parent extends Grandparent { int method2(); }
public interface Child extends Parent { int method3(); }
• Grandparent pak obsahuje jednu metodu, Parent dvě, Child tři.
Kdy je vícenásobné rozšiřování možné
• Úplně stejné metody ze dvou rozhraní jsou OK
public interface A {
  void someMethod();
}
public interface B {
  void someMethod();
}
88
public interface AB extends A, B {
  // it is OK, methods have same signature
}
Kdy je vícenásobné rozšiřování možné
• Stejné metody s různými parametry ze dvou rozhraní jsou také OK.
public interface A {
  void someMethod();
}
public interface B {
  void someMethod(int param);
}
public interface AB extends A, B {
  // it is OK, methods have different params
}
Kdy vícenásobné rozšiřování není možné
• Dvě metody lišící se jen návratovým typem nejsou OK.
• Třída implementující rozhraní AB by musela mít dvě metody lišící se jen návratovým typem, a to
nejde.
public interface A {
  void someMethod();
}
public interface B {
  int someMethod();
}
public interface AB extends A, B {
  // cannot be compiled
}
Testování software
• Účelem testování je obecně vzato zajistit bezchybný a spolehlivý software.
• Testování je naprosto klíčová součást SW vývoje.
• Je to rozsáhlá disciplína softwarového inženýrství sama o sobě.
• Některé postupy vývoje jsou přímo řízené testy (Test-driven Development).
• Zde v PB162 se zatím budeme věnovat jen testování jednotek programu.
• Každopádně se jedná o case-based testování, tj. testování na příkladech.
89
• Nejde tedy o formální ověření korektnosti (verifikaci).
• Bližší info v řadě předmětů na FI, např. PV260 Software Quality
Typy testování
Testování jednotek
malé, ale ucelené kusy, např. třídy, samostatně testované — dělá vývojář nebo tester
Integrační testování
testování, jak se kus chová po zabudování do celku — dělá vývojář nebo tester často ve
spolupráci s architektem řešení
Akceptační testování
při přijetí kódu zákazníkem — dělá přebírající
Testování použitelnosti
celá aplikace obsluhovaná uživatelem — dělá uživatel či specialista na UX
Bezpečnostní testování
zda neobsahuje bezpečnostní díry, odolnost proti útokům, robustnost — dělá specialista na
bezpečnost
Testování jednotek
• Testování jednotek (unit testing) testuje jednotlivé elementární části kódu, kde elementární části
jsou třídy a metody.
• V Javě se nejčastěji používá volně dostupný balík JUnit.
• V nových produktech se používají verze JUnit 4.x nebo JUnit 5.
• Alternativně lze použít například AssertJ.
• Elementárním testem v JUnit je testovací metoda opatřena anotací @Test.
Jednoduchý příklad JUnit testu
• @Test před metodou označí tuto metodu za testovací.
• Metoda se nemusí nijak speciálně jmenovat (žádné testXXX jako dříve není nutné).
@Test
public void minimalValueIs5() {
  Assert.assertEquals(5, Math.min(7, 5));
}
• Metoda assertEquals bere 2 parametry
90
◦ očekávanou (expected) hodnotu — v příkladu 5 a
◦ skutečnou (actual) hodnotu — v příkladu Math.min(7, 5).
• Pokud hodnoty nejsou stejné, test selže.
• Může přitom vydat hlášku, co se vlastně stalo.
Příklad Calculator — testovaná třída
• Testovaná třída Calculator, jednoduchá sčítačka čísel:
public class Calculator {
  public int evaluate(String expression) {
  int sum = 0;
  for (String summand: expression.split("\\+"))
  sum += Integer.valueOf(summand);
  return sum;
  }
}
new Calculator().evaluate("1+2"); // returns 3
 Řetězec "\\+" je pouhý regulární výraz reprezentující znak +.
Příklad Calculator — testovací třída
• Třída testující Calculator:
public class CalculatorTest {
  @Test
  public void evaluatesExpression() {
  Calculator calculator = new Calculator();
  int sum = calculator.evaluate("1+2+3");
  Assert.assertEquals(6, sum);
  }
}
 Zdroj: junit wiki.
Repl.it demo k JUnit testování
• https://repl.it/@tpitner/PB162-Java-Lecture-03-JUnit
91
assert metody
• Jak bylo vidět, pro ověření, zda během provádějí testu platí různé podmínky, jsem používali
volání Assert.assertXXX.
• Z jejich názvů je intuitivně patrné, co vlastně ověřují.
• Jsou realizovány jako statické metody třídy Assert z JUnit:
◦ assertTrue()
◦ assertFalse()
◦ assertNull()
◦ a další
Import statických metod Assert
• Abychom si ušetřili psaní názvu třídy Assert, můžeme potřebné statické metody importovat
import static org.junit.Assert.assertEquals;
public class CalculatorTest {
  @Test
  public void evaluatesExpression() {
  Calculator calculator = new Calculator();
  int sum = calculator.evaluate("1+2+3");
  assertEquals(6, sum);
  }
}
 Javové testování bude podrobně probíráno v dalším kurzu — PV168.
Vtip
Dědičnost. Nejlepší objektově-orientovaný způsob, jak zbohatnout.
Dědičnost
• Dědičnost je charakteristická vlastnost objektových jazyků se třídami, jako jsou Java, Python, C#
a další.
• U beztřídních (klasický JavaScript) se může řešit pomocí prototypů.
• Objektové třídy jsou obvykle podtřídami, tj. speciálními případy, jiných tříd:
class DogKeeper extends Person {
// methods & attributes for DogKeeper
92
// in addition to Person
}
Co to znamená?
• Všechny objekty typu DogKeeper jsou současně typu Person.
• Místo jiné osoby lze použít DogKeeper.
Person p = new DogKeeper("Karel");
 V Javě dědí každá třída od třídy Object.
Definice
Nadtřída
superclass, "bezprostřední předek", "rodičovská třída"
Podtřída
subclass, "bezprostřední potomek", "dceřinná třída"
• je specializací své nadtřídy
• přebírá vlastnosti nadtřídy
• zpravidla přidává další vlastnosti, čímž nadtřídu rozšiřuje (extends)
Správné vs špatné použití
Správně
Dědičnost by měla splňovat vztah je — každý DogKeeper je Person.
Špatně
Každé oddělení má osobu vedoucího; je ale špatně dědit Department extends Manager protože
neplatí Department je Manager, ale Department má Manager.
Proč používat dědičnost?
• Abychom zohlednili konceptuální vztah obecnější vs. speciálnější typ.
• Abychom se vyhnuli opakování kódu a dosáhli znovupoužití (= kód metod a atributů se podědí,
nemusíme jej znovu psát).
• Mělo by platit oboje, aby mělo smysl dědičnost použít.
93
Tranzitivní dědění
Dědění může být vícegenerační:
public class Manager extends Employee { ... }
public class Employee extends Person { ... }
Manažer podědí metody a atributy ze třídy Employee i (přeneseně) z Person.
Vícenásobná dědičnost
• Java vícenásobnou dědičnost ve smyslu dědění z více tříd současně nepodporuje!
• Důvodem je problém typu diamant:
class DoggyManager extends Employee, DogKeeper { }
class Employee { public String toString() { "Employee"; } }
class DogKeeper { public String toString() { "DogKeeper"; } }
new DoggyManager().toString(); // we have a problem!
• Vícenásobná dědičnost je možná jedině u rozhraní, kde metody nemají definovanou
implementaci.
Dědičnost a vlastnosti tříd
• Dědičnost (v kontextu Javy) znamená:
1. potomek dědí všechny vlastnosti nadtřídy (= metody & atributy třídy)
2. poděděné vlastnosti potomka se mohou změnit (např. překrytím metody)
3. potomek může přidat další vlastnosti
Dědičnost vs. rozhraní
Dědičnost
• vyhýbáme se duplikaci kódu
• kód je kratší
• když potřebuji upravit předka, musím upravit změny ve všech potomcích, což může být
netriviální
Použití rozhraní
• méně závislostí, více případně i opakovaného kódu
94
• více používané v praxi
Pravidla pro konstruktory podtříd
• Konstruktor musí volat vybraný konstruktor nadtřídy, nebo vlastní přetížený konstruktor
(pomocí this(); s případnými parametry).
• Konstruktor nadtřídy se volá pomocí super(); s případnými parametry.
• Podobně jako u this(), volání super(); musí být první příkaz a může být pouze jedno.
• V konstruktoru nezle ani zkombinovat super() s this().
• Pokud super() i this() chybí, volá se automaticky bezparametrický konstruktor nadtřídy (tj.
vloží se super()). Ten ale musí existovat a být neprivátní.
• Obecně platí, že volaný konstruktor musí v nadtřídě existovat.
Příklad s Account
public class Account implements Informing {
  private Person owner;
  private int balance;
  public Account((Person owner, int balance) {
  this.owner = owner;
  this.balance = balance;
  }
  public boolean debit(int amount) {
  if(amount <= 0) return false;
  balance -= amount;
  return true;
  }
}
Nová třída CheckedAccount
• Rozšíříme třídu Account tak, že bude mít minimální zůstatek.
public class CheckedAccount extends Account {
  private int minimalBalance;
  public CheckedAccount(Person owner, int minBal, int initBal) {
  super(owner, initBal); // calling Account constructor
  if(initBal < minBal) { // is initial balance sufficient?
  throw new IllegalArgumentException("low initial balance");
  }
  this.minimalBalance = minBal;
  }
  public CheckedAccount(Person owner) {
95
  this(owner, 0, 0);
  }
}
Volání kódu nadtřídy
• Vylepšíme třídu CheckedAccount tak, aby zůstatek nebyl nižší než minimální zůstatek
• Realizujeme tedy změnu metody debit pomocí jejího překrytí (overriding)
public class CheckedAccount extends Account {
  private int minimalBalance;
  // construktors ...
  @Override
  public boolean debit(int amount) {
  // check min. balance
  if(getBalance() - amount >= minimalBalance) {
  return super.debit(amount); // the debit is inherited
  } else return false;
  }
}
• Konstrukce super.metoda(…); značí, že je volána metoda předka, tedy třídy Account.
• Kdyby se super nepoužilo, zavolala by se metoda debit třídy CheckedAccount a program by se
zacyklil!
• Takto lze volat jen bezprostředního předka. Něco jako super.super.debit(amount) se syntaktická
chyba.
Repl.it demo k dědičnosti - bankovní účty
• https://repl.it/@tpitner/PB162-Java-Lecture-05-inheritance-Account
Pozor na překrývání atributů
• Nepoužívejte chráněné (protected) atributy. Je to "bad practice". Používejte zásadně privátní
atributy s veřejnými nebo chráněnými gettery a settery.
• Nikdy nepřekrývejte atributy! Tj. podtřída nesmí nikdy obsahovat atribut se jménem, jako má
některá z jejích nadtříd. Přesto, že je to syntakticky možné.
public class CheckedAccount extends Account {
  private int minimalBalance;
  private int balance; // CHYBA - PREKRYTI ATRIBUTU Z NADRIDY
  // construktors ...
  @Override
96
  public boolean debit(int amount) {
  // check min. balance
  if(getBalance() - amount >= minimalBalance) {
  return super.debit(amount); // the debit is inherited
  } else return false;
  }
}
Namísto dědění lze použít skládání
(kompozice)
Často se používá skládání (kompozice) objektů, kdy objekt nedědí, ale nese odkaz na jiný objekt.
public class CheckedAccount {
  private int minimalBalance;
  private Account account;
  public CheckedAccount(Person owner, int minBal, int initBal) {
  account = new Account(owner, initBal);
  ...
  }
  // account.debit(amount)
}
Kompozice pořádně
• Kompozicí se zabývá navazující kurz PV168 Seminář Javy.
• Problémy s hierarchiemi dědičnosti pomocí kompozice řeší některé návrhové vzory, např.
◦ Bridge: Řešení exploze podtříd rozdělením problémové domény na abstrakci a
implementaci
◦ Decorator: Variantnost chování je přesunuta z podtříd do spolupráce několika malých
objektů za běhu
◦ Více v magisterském kurzu PA103 Object-oriented Methods for Design of Information Systems
Repl.it demo k dědičnosti - geometrické
útvary
• https://repl.it/@tpitner/PB162-Java-Lecture-05-inheritance-Shapes
97
Základní principy OOP
• Zapouzdření
• Dědičnost
• Polymorfismus
Dědičnost
• Dědičnost umožňuje vztah X is Y (X je Y) mezi objekty, Human is LivingEntity.
• Umožňuje rozšířit již existující třídu, tedy vytvořit její podtřídu (podtyp), která od svého rodiče
zdědí jeho atributy a metody.
Proč?
• Znovupoužití kódu. Nemusíme v každé živé bytosti (člověku, psu…) znovu programovat, co už
umí LivingEntity.
Polymorfismus
• Polymorfismus je schopnost objektu měnit vnímání počas běhu.
• Object o = new String("String, but can be seen as general Object").
• Na místo, kde je očekávána instance třídy Object, je možné dosadit instanci jakékoli její
podtřídy.
Proč?
• Kde je očekávána živá bytost LivingEntity, lze nasadit člověka Human.
• V množině živých bytostí můžeme mít současně lidi i psy.
Zapouzdření
• Zapouzdření je zabalení dat a metod do jedné komponenty (třídy).
• Zabalená "věc", objekt, nejenže soustřeďuje více položek (dat i metod), ale může některé z nich
navenek skrývat.
• Princip je, že Cokoli, co nemusí být viditelné, ani viditelné být nemá.
Proč?
• Co není vidět, nelze zneužít. Můžeme to později bez újmy odebrat či změnit.
Viditelnost
• Co nemusí být vidět, ať vidět není.
98
• Daná věc (atribut, metoda) v objektu je, ale ne všichni ji vidí.
• Použití tříd i jejich metod a atributů lze regulovat (uvedením tzv. modifikátoru přístupu).
• Nastavením správné viditelnosti jsme schopni docílit skutečného zapouzdření.
• Omezení viditelnosti je kontrolováno při překladu → není-li přístup povolen, nelze program
přeložit.
• Metody i atributy uvnitř třídy mohou mít viditelnost stejnou jako třída nebo nižší.
Typy viditelnosti / přístupu
Existují čtyři možnosti:
• public = veřejný
• protected = chráněný
• modifikátor neuveden = říká se privátní v balíku či lokální v balíku (package-private, package-
local)
• private = soukromý
Tabulka viditelností
Table 1. Access Levels table
Modifier Class Package Subclass (diff.
package)
World
public Y Y Y Y
protected Y Y Y N
no modifier Y Y N N
private Y N N N
• např. atribut typu private je viditelný pouze v rámci dané třídy
 Třídy nemohou být protected!
Použití typů viditelnosti v tomto kurzu
public
třídy/rozhraní, metody, konstanty
private
atributy, metody, konstanty
protected
pravděpobně nebudeme používat, výjimečně metody, atributy
99
package-private
pravděpobně nebudeme používat
Veřejný, public
• Přístupné odevšad.
public class Account { ... }
• U třídy Account lze např.
◦ vytvořit objekt typu Account v metodě jiné třídy
◦ deklarovat podtřídu třídy Account ve stejném i jiném balíku
• ne všechny vlastnosti uvnitř Account musejí vždy být veřejné
• veřejné bývají obvykle některé konstruktory a některé metody
• veřejné jsou typicky metody předepsané implementovaným rozhraním
• třídy deklarované jako veřejné musí být umístěné do souboru s totožným názvem: Account.java
Soukromý, private
• Viditelné jen v rámci třídy.
public class Account {
  private String owner;
  ...
  public void add(Account another) {
  another.owner; // can be accessed!
  ...
  }
}
• K atributu owner nelze přistoupit v podtřídě, pouze v dané třídě.
• Pro zpřístupnění proměnné pro "vnější" potřeby je nutno použít gettery/settery.
• Skrýváme konkrétní implementaci datové položky.
• Např. metoda getAge() nemusí existovat jako proměnná, ale může se v případě volání spočítat.
 Volbou private nic zásadně nepokazíme.
Soukromé třídy
Třídy mohou mít viditelnost private.
100
Proč by někdo chtěl privátní třídu?
public class SomeClass {
  private class InnerDataStructure { ... }
  // code using InnerDataStructure
}
• Používá se u vnořených tříd (tříd uvnitř tříd).
• Mimo rozsah předmětu, nebudeme používat!

Ve stejném souboru může být libovolný počet deklarací neveřejných tříd. Není to
však hezké.
Lokální v balíku, package-private
• Přístupné jen ze tříd stejného balíku, používá se málo.
• Jsou-li podtřídy v jiném balíku, třída není přístupná!
package cz.some.pkg;
class Account {
// package-private class
// available only in cz.some.pkg
}
• Svazuje viditelnost s organizací do balíků (ta se může měnit častěji než např. vztah nadtřída-
podtřída).
• Občasné využití, když nechceme mít konstruktor private nebo rozhraní public.
Chráněný, protected
• Viditelnost protected , tj. přístupné jen z podtříd a tříd stejného balíku.
public class Account {
  // attribute can be protected (but it is better to have it private)
  protected float creditLimit;
}
• U metod tam, kde se nutně očekává použití z podtříd nebo překrývání.
• Vcelku často u konstruktorů — často se volá právě ze stejné (pod)třídy.
101
Shrnutí viditelnosti
Obvykle se řídíme následujícím:
metoda
• obvykle public, je-li užitečná i mimo třídu či balík
• protected je-li je vhodná k překrytí v případných podtřídách
• jinak private
atribut
• obvykle private
• výjimečně protected, je-li potřeba přímý přístup v podtřídě
třída
• obvykle public
• výjimečně package-private nebo private
Polymorfismus
Obecně máme několik typů polymorfismu (Polymorfismus (Wikipedia)):
• Ad-hoc polymorfismus
• Polymorfismus přetěžování operátorů
• Parametrický polymorfismus
• Podtypový polymorfismus
Ad-hoc polymorfismus
• objektům odvozeným z různých tříd volat tutéž metodu se stejným významem
• v Javě realizovatelné pomocí rozhraní
• např. třídy Dog i Car mohou implementovat rozhraní Registered
Polymorfismus přetěžování operátorů
• provedení rozdílné operace v závislosti na typu operandů
• například + se může chovat jinak na čísla, řetězce nebo matice
• v Javě není možné definovat vlastní přetěžování operátorů
• nicméně polymorfní operátory existují, typicky + (čísla, řetězce)
• nebo operátor podmíněného výrazu: cond ? expr1 : expr2
• ale například v C++ lze dodefinovat chování operátoru + tak, že bude sčítat matice
102
Parametrický polymorfismus
• V Javě realizován parametrickými typy.
• Například kolekce jako List nebo Set jsou realizovány jako generické typy (generics).
• Tyto se dají typově parametrizovat a tak mít například seznam osob List<Person>.
Podtypový polymorfismus
• umožněn děděním mezi objektovými třídami
• například Employee, Manager nebo Student jsou všechno osoby Person a mají tedy jméno getName()
Nevhodně realizovaný polymorfismus
• Typicky metoda, která si poradí se vstupem různého typu.
• Příklad getPerimeter(Shape shape) fungující pro různé (pod)typy Shape
• Nicméně má to jen nevýhody; lepší by bylo, kdyby každý typ měl svou nestatickou metodu
getPerimeter
Příklad pseudo-polymorfismu
---
public static double getPerimeter(Shape shape) throws IllegalArgumentException {
  if (shape instanceof Rectangle r) {
  return 2 * r.length() + 2 * r.width();
  } else if (shape instanceof Circle c) {
  return 2 * c.radius() * Math.PI;
  } else {
  throw new IllegalArgumentException("Unrecognized shape");
  }
}
---
Polymorfismus pomocí vzorů ve výrazu
switch
• Podrobněji v Pattern Matching for switch Expressions and Statements
• V Javě 17+ to polymorfní větvení lze napsat přece jen elegantněji: výrazem switch se vzory
---
public static double getPerimeter(Shape shape) throws IllegalArgumentException {
  return switch (shape) {
103
  case Rectangle r -> 2 * r.length() + 2 * r.width();
  case Circle c -> 2 * c.radius() * Math.PI;
  default -> throw new IllegalArgumentException("Unrecognized shape");
  };
}
---
Polymorfismus pomocí vzorů v příkazu
switch
• Varianta téhož s pomocí příkazu switch a nikoli výrazu:
---
public static double getPerimeter(Shape shape) throws IllegalArgumentException {
  switch (shape) {
  case Rectangle r -> return 2 * r.length() + 2 * r.width();
  case Circle c -> return 2 * c.radius() * Math.PI;
  default -> throw new IllegalArgumentException("Unrecognized
shape");
  };
}
---
Typová bezpečnost vzorů ve switch
• V obou variantách - výraz i příkaz switch se vzory - musí být vzory ve switch exhaustivní,
• tzn. musí pokrývat všechny typy řídicího výrazu.
• Jednoduše řešitelné pomocí default na konci.
Dobré praktiky vytváření objektů
• Zvažte statickou tovární metodu místo konstruktorů.
• Uvažujte o "budovateli" (builder) namísto konstruktoru s mnoha parametry.
• Vynuťte singleton pomocí soukromých konstruktorů (nebo enum).
• Zabraňte přímé instanciaci pomocí soukromého konstruktoru.
• Upřednostněte vložení závislostí (dependency injection) před pevným propojením.
• Vyhněte se zbytečným objektům.
• Eliminujte zastaralé odkazy na objekty.
• Vyhněte se finalizátorům (metodám finalize()) a čističům.
104
Tovární metoda namísto konstruktoru
• Consider static factory method instead of constructors
• Josh Bloch: "Java efektivně, Tip 1: Používejme statickou tovární ("výrobní") metodu namísto
přímého volání konstruktoru (evt. s parametry)"
• Takových metod může být více a mohou se jmenovat různě (výstižněji) - viz Person createMale()
• Nemusí vrátit objekt za všech okolností, při všech možných voláních s různými parametry někdy
mohou na rozdíl od konstruktoru vrátit null
• Metoda může vrátit již existující instanci - to je klíčová výhoda, např. u singletonu nebo u
skladiště (poolu) objektů - skladiště objektů šetří čas a výkon, singleton je bezpečný
Tovární metoda: variabilita vracených typů
• Metoda nemusí vrátit objekt přesně stejného typu, jako je deklarován, může vrátit i objekt
podtřídy, potomka - např. metoda static Person createEmployee(…) vrátí objekt třídy Employee,
jež je podtřídou Person
• Dokonce se skutečný vrácený typ může lišit dle předaných parametrů: static Person
createEmployee(boolean manager) může dle vrátit Manager nebo Employee
• Tovární metoda někdy může vracet objekt třídy neznámé v době překladu, tzn. objekt pomocí
reflexe dynamicky zavede - tato technika umožňuje modularitu a doplňování kódu a
funkcionality dokonce za běhu

U statických továrních metod se držte běžného očekávaného pojmenování,
například: newPerson, createPerson, Person.create, pro přístup k skladišti nebo
singletonu třeba Person.getInstance() - u get nikdo intuitivně nečeká, že se určitě
bude tvořit nový objekt.
Namísto složitého konstruktoru použijme
vzor "Výrobce"
• Consider a builder instead of constructor with many parameters
• Někdy máme složitější objekty s mnoha atributy
• Konstrukce pak obnáší volat konstruktor s mnoha parametry
• Příklad new Person("Jan Novák", true, 22000), kde true značí, že jde o muže, a 22000 je plat.
• V Javě jsou parametry poziční a nepojmenované (na rozdíl od novějšího Kotlinu např.), je pak
problém vidět, co kde nastavujeme •
zejména když jsou parametry stejného typu - new Line(0.0, 0.0, 1.0, 2.0) znamená přesně co?
• Pro tyto případy se namísto složitého konstruktoru hodí tzv. builder ("budovatel").
• V moderních prostředích (IDEA, ale i VS Code s pluginy) vidíme, jaký parametr je na které pozici
v závorce.
105
Příklad "budovatel"
public class PersonBuilder {
  private String name;
  //... male, salary
  public void setName(String name) {...}
  public void setGender(boolean male) {...}
  public void setSalary(double salary) {...}
  public Person getPerson() {
  // it can perform necessary checks
  // and refuse to create unless fulfilled
  return new Person(name, male, salary);
  }
}
Použití "budovatele"
PersonBuilder builder = new PersonBuilder();
builder.setName("Jan Novák");
builder.setGender(true);
builder.setSalary(22000.0);
// person can immediately be used
Person person = builder.getPerson();
Protipříklad - nepoužití "budovatele"
s - Nemáme budovatele, máme jen cílovou třídu objektů.
public class Person {
  private String name;
  //... male, salary
  public void setName(String name) {
  // set name here
  }
  public void setGender(boolean male) {...}
  public void setSalary(double salary) {...}
  public Person() {}
}
Bez použití "budovatele"
• Je to špatně, objekt může bez kontroly zůstat neúplný.
106
Person person = new Person();
// now the person is NOT complete
// it is dangerous to use, cannot be used
person.setName("Jan Novák");
person.setGender(true);
person.setSalary(22000.0);
// now it is OK
Privátní konstruktory
• Ve výše uvedených tipech s tovární metodou i výrobcem jsme zamlčeli podstatnou věc:
• uvedené mechanismy vytvoření objektu se daly obejít jeho přímou konstrukcí new Person(…).
• Aby toto nebylo možné, můžeme všechny konstruktory označit jako private
• Pak zvenčí nelze instanci vytvořit pomocí new Person(…), ale musí např. být statická tovární
metoda Person.newInstance() nebo budovatel Builder builder = Person.builder().
Privátní nebo chráněné konstruktory?
• Rozdíl mezi private a protected
• Kdybychom konstruktory označili jako private, ale některé přesto ponechali protected,
dovolíme tím dědění třídy, např. z Person můžeme podědit do Employee.
• Kdyby úplně všechny byly private, máme smůlu a z Person nikdy nic nepodědíme.
• Je to proto, že každá podtřída musí mít konstruktor, který jako první příkaz volá konstruktor
předka - a ten kdyby byl soukromý, nebylo by možné.
Singletony
• Jsou klasickým návrhovým vzorem popsaným jinde.
• V souvislosti s konstrukcí platí, že objekt singletonu se konstruuje buďto předem nebo až je
potřeba
• Nesmí být zkonstruovatelný jinak, např. přímo přes new (konstruktorem)
• Vynucení singletonu pomocí privátních konstruktorů (nebo enum) nebo Prevent instantiation by
private constructor - když jsou konstruktory privátní, zvenčí je nelze volat a klient musí využít
singleton, třeba MyClass.getInstance() nebo tovární metodu.
Příklad singletonu
public class DataManager {
  private static DataManager manager;
  private DataManager() {
107
  //... initialize data manager
  }
  public static DataManager getInstance() {
  if(manager == null) manager = new DataManager();
  return manager;
  }
}
Vyhněte se zbytečným objektům
• Špatně je toto, s každým průchodem je alokován nový řetězec.
• Nepomohlo by ani s += String.valueOf(i) + " ";
• Řešitelné pomocí StringBuilder, tam realokace nebude.
String s = "";
for(int i = 0; i < 100; i++) {
  // each time a new string is created
  // ... and the old forgotten
  s = s + String.valueOf(i) + " ";
}
Odstranění zastaralých odkazů na objekty
statické objekty
se dealokují až zcela na konci běhu programu - patří totiž celé třídě a ta se na rozdíl od objektu
"nezapomíná"
vyrovnávací paměti
tím, že objekty se v cache pamatují a je to očekávané chování, musíme rozmyslet, kdy už je
potřebovat nebudeme a odkazy smazat, nastavit null
datové struktury
například odkazy z pole jsou pořád "živé", dokud je "živé" celé pole
zabalení/vybalení z obálky
typicky čísla new Integer(42) vytvoří nový objekt
Vyhněte se finalizátorům a čističům
• Finalizér, tzn. metoda finalize() mají všechny objekty,
• může teoreticky být překryta a tím umožněn adekvátní "likvidační" postup při zániku objektu sestávající
obvykle z uvolnění systémových zdrojů - síťové sokety, spojení na databázi atd.
• V Javě nicméně není zaručeno, že se finalizér skutečně zavolá - JVM jej nemusí volat, pokud
108
nepotřebuje fyzicky uvolnit paměť obsazenou již nepoužívaným objektem.
• I kdyby finalizér zavolán byl, zůstává problém s určením okamžiku, kdy je volán a v jakém
pořadí jsou finalizéry na mrtvých objektech volány.
• Celkově tedy na finalize() nespoléhat a nepoužívat je - zdroje uvolňovat explicitním zavoláním
vhodné metody.
Vtip
Dědičnost. Nejlepší objektově-orientovaný způsob, jak se pohádat a naštvat
ty před námi i po nás.
Přínosy dědičnosti
• Je fajn, ušetříme psaní kódu i jeho objem (kód je tam jednou), omezí se redundance.
• Někdy dokonce i předejdeme chybám tím, že chybu opravíme na jednom místě a OK, protože
efekt se hned bez dalšího promítne do všech podtříd = je poděděn.
• Můžeme využít polymorfismus, kdy jsme schopni jednotně obsloužit více typů objektů
• například Employee, Manager nebo Student jsou všechno osoby Person a mají tedy jméno getName()
Hlavní omezení
• Dědičnost je příklad silné (těsné, pevné) závislosti.
• Změna v rodičovské třídě (nadtřídě) má silný vliv na funkci, případně i kompilovatelnosti
podtříd.
• Metodu, která se dá překrýt v podtřídě, nesmíme volat z konstruktoru!
• Obecně: z konstruktoru pokud možno nevolat nic.
Opakování
• Pole je homogenní datová struktura - všechny prvky stejného typu.
• V objektovém pojetí je možný polymorfismus - pole Person[] může obsahovat prvky Person i
Manager, když je to podtřída Person: Manager extends Person.
• Vytvoření, naplnění a získání hodnot vypadá následovně:
int[] array = new int[2];
array[0] = 1;
array[1] = 4;
System.out.println("First element is: " + array[0]);
• typ může být primitivní i objektový: Person[] p = new Person[3];
109
Velikost pole
• velikost pole je daná při jejím vytvoření a nelze ji měnit
• V budoucnu budeme probírat kolekce (seznam, slovník), což je mocnější složený datový typ než
pole a
• jejich počty prvků se mohou dynamicky měnit.
Kopírování odkazu
• Přiřazení proměnné objektového typu (což je i pole) vede pouze k duplikaci odkazu, nikoli
celého odkazovaného objektu.
• Modifikace pole přes jednu proměnnou/odkaz se pak projeví i té druhé.
int[] array = new int[] {1, 4, 7};
int[] array2 = array;
array[1] = 100;
System.out.println(array[1]); // prints 100
System.out.println(array2[1]); // prints 100
Kopie pole
• Pomocí Arrays.copyOf můžeme vytvořit kopii pole
• Kopie vznikne tak, že se vytvoří nové pole a do něj se nakopírují položky z původního pole.
• Metoda copyOf bere dva parametry — původní pole a počet prvků, kolik se má nakopírovat.
int[] array = new int[] {1, 4, 7};
int[] array2 = Arrays.copyOf(array, array.length);
array[1] = 100;
System.out.println(array[1]); // prints 100
System.out.println(array2[1]); // prints 4
Kopie u objektů I
• Obdobně to funguje i objektů.
Person[] people = new Person[] { new Person("Jan"), new Person("Adam")};
Person[] people2 = Arrays.copyOf(people, people.length);
people[1] = new Person("Pepa");
System.out.println(people[1].getName()); // prints Pepa
System.out.println(people2[1].getName()); // prints Adam
110
Kopie u objektů II
• Do cílového pole se zduplikují jenom odkazy na objekty Person, nevytvoří se kopie objektů
Person!
Person[] people = new Person[] { new Person("Jan"), new Person("Adam")};
Person[] people2 = Arrays.copyOf(people, people.length);
people[1].setName("Pepa"); // changes Adam to Pepa
System.out.println(people[1].getName()); // prints Pepa
System.out.println(people2[1].getName()); // prints Pepa
• Jinými slovy, pole mají sice různý odkaz (šipku), ale na stejný objekt.
• V předešlém příkladu jsme změnili odkaz na jiný objekt.
• Teď jsme změnili obsah objektu, na který ukazují oba odkazy.
Pomocné metody pro kontrolu indexů do
pole
• Třída java.util.Objects nabízí pro práci s poli statické metody na kontrolu, zda se index nebo
rozmezí indexů "vejde" do velikosti pole
public static int checkIndex(int index, int length)
public static int checkFromToIndex(int fromIndex, int toIndex, int length)
public static int checkFromIndexSize(int fromIndex, int size, int length)
Repl.it demo k polím
• https://repl.it/@tpitner/PB162-Java-Lecture-03-arrays
Třída Arrays
• nabízí jen statické metody a proměnné, tzv. utility class
• nelze od ní vytvářet instance
• metody jsou implementovány pro všechny primitivní typy i objekty
• pro jednoduchost použijeme pole typu long
 Javadoc třídy Arrays
111
Metody třídy Arrays I
String toString(long[] a)
vrátí textovou reprezentaci
long[] copyOf(long[] original, int newLength)
nakopíruje pole original, vezme prvních newLength prvků
long[] copyOfRange(long[] original, int from, int to)
nakopíruje prvky from-to a nové pole vrátí
void fill(long[] a, long val)
naplní pole a hodnotami val
Metody třídy Arrays II
boolean equals(long[] a, long[] a2)
vrátí true právě když jsou pole stejná
int hashCode(long[] a)
haš pole
void sort(long[] a)
setřídí pole
… asList(…)
z pole vytvoří kolekci (budou probírány později)
Příklad
long[] a1 = new long[] { 1L, 5L, 2L };
a1.toString(); // [J@4c75cab9
Arrays.toString(a1); // [1, 5, 2]
long[] a2 = Arrays.copyOf(a1, a1.length);
Arrays.equals(a1, a2); // true
Arrays.fill(a2, 3L); // [3, 3, 3]
Arrays.sort(a1); // [1, 2, 5]
Porovnávání a pořadí (uspořádání)
• Obecně rozlišujeme, zda chceme zjišťovat shodnost (rovnost, ekvivalenci):
◦ mezi dvěma primitivními hodnotami
112
◦ mezi dvěma objekty
• U primitivních hodnot jsou rovnost i uspořádání určeny napevno a nelze je změnit.
• U objektů lze porovnání i uspořádání programově určovat.
Rovnost primitivních hodnot
• Rovnost primitivních hodnot zjišťujeme pomocí operátorů:
◦ == (rovná se)
◦ != (nerovná se)
• U integrálních (celočíselných) typů funguje bez potíží.
• U čísel floating-point (double, float) je třeba porovnávat s určitou tolerancí.
• U FP navíc existují hodnoty jako +0.0 vedle -0.0 a tyto by měly být rovny.
1 == 1 // true
1 == 2 // false
1 != 2 // true
1.000001 == 1.000001 // true
1.000001 == 1.000002 // false
Math.abs(1.000001 - 1.000002) < 0.001 // true
Porovnávání metodami třídy Objects
• java.util.Objects je poměrně nová utilitní třída (obsahující jen statické metody) od Javy 8
• mimo jiné obsahuje metody Objects.equals(o1, o2) na porovnávání objektů
• i ve variantě deep - hluboké porovnání - pro struktury
public static boolean equals(Object a, Object b)
public static boolean deepEquals(Object a, Object b)
Uspořádání primitivních hodnot
• Uspořádání primitivních hodnot funguje pomocí operátorů <, ⇐, >=, >
• U primitivních hodnot nelze koncept uspořádání ani rovnosti programově měnit.
 Uspořádání není definováno na typu boolean, tj. neplatí false < true!
1.000001 <= 1.000002 // true
113
Jak chápat rovnost objektů
Identita objektů, ==
vrací true při rovnosti odkazů, tj. když oba odkazy ukazují na tentýž objekt
Rovnost obsahu, metoda equals
vrací true při obsahové ekvivalenci objektů, což musí být explicitně nadefinované
Příklad ==
Person pepa1 = new Person("Pepa");
Person pepa2 = new Person("Pepa");
Person pepa3 = pepa1;
pepa1 == pepa2; // false
pepa1 == pepa3; // true
Porovnávání objektů pomocí ==
• Porovnáme-li dva objekty prostřednictvím operátoru == dostaneme rovnost jen v případě,
jedná-li se o dva odkazy na tentýž objekt.
• Jedná-li se o dva byť obsahově stejné objekty, ale existující samostatně, pak == vrátí false.

Objekty jsou identické = jedná se o jeden objekt = odkazy obsahují stejnou adresu
objektu.
Porovnávání objektů dle obsahu
• Dva objekty jsou rovné (rovnocenné), mají-li stejný obsah.
• Na zjištění rovnosti se použije metoda equals, kterou je potřeba překrýt.
• Pro nadefinování rovnosti bude hlavička metody vždy vypadat následovně:
Metoda equals
@Override
public boolean equals(Object o)
• Parametrem je objekt typu Object.
• Jestli parametr není objekt typu <class-name>, obvykle je potřeba vrátit false.
• Pak se porovnají jednotlivé vlastnosti objektů a jestli jsou stejné, metoda vráti true.
114
Příklad s equals: komplexní číslo
Dvě komplexní čísla jsou stejná, když mají stejnou reálnou i imaginární část.
public class ComplexNumber {
  private int real, imag;
  public ComplexNumber(int r, int i) {
  real = r; imag = i;
  }
  @Override
  public boolean equals(Object o) {
  if (this.getClass() != o.getClass()) return false;
  ComplexNumber that = (ComplexNumber) o;
  return this.real == that.real
  && this.imag == that.imag;
  }
}
Mírně odlišné equals
public class ComplexNumber {
  private int real, imag;
  public ComplexNumber(int r, int i) {
  real = r; imag = i;
  }
  @Override
  public boolean equals(Object o) {
  // instanceof type pattern, we'll see later
  if (o instanceof ComplexNumber that)
  return this.real == that.real
  && this.imag == that.imag;
  else return false;
  }
}
Porovnávání objektů — osoba I
Popis kódu na následujícím slajdu:
• Dvě osoby budou stejné, když mají stejné jméno a rok narození.
• Rovnost nemusí obsahovat porovnání všech atributů (porovnání age je zbytečné, když máme
yearBorn).
• String je objekt, proto pro porovnání musíme použít metodu equals.
115
• Klíčové slovo instanceof říká "mohu pretypovat na daný typ".
 Metoda equals musí být reflexivní, symetrická i tranzitivní (javadoc).
Porovnávání objektů — osoba II
public class Person {
  private String name;
  private int yearBorn, age;
  public Person(String n, int yB) {
  name = n; yearBorn = yB; age = currentYear - yB;
  }
  @Override
  public boolean equals(Object o) {
  if (!(o instanceof Person)) return false;
  Person that = (Person) o;
  return this.name.equals(that.name)
  && this.yearBorn == that.yearBorn;
  }
}
Technické zjednodušení instanceof
• Počínaje Javou 14 lze využít tzv. instanceof pattern.
• Odkaz na objekt se kromě běhové typové kontroly rovnou přiřadí do person.
if (o instanceof Person person) {
  return this.name.equals(person.name)
  && this.yearBorn == person.yearBorn;
} else {
  return false;
}
Porovnávání objektů — použití
ComplexNumber cn1 = new ComplexNumber(1, 7);
ComplexNumber cn2 = new ComplexNumber(1, 7);
ComplexNumber cn3 = new ComplexNumber(1, 42);
cn1.equals(cn2); // true
cn1.equals(cn3); // false
Person karel1 = new Person("Karel", 1993);
116
Person karel2 = new Person("Karel", 1993);
karel1.equals(karel2); // true
karel1.equals(cn1); // false
cn2.equals(karel2); // false
Chybějící equals
• Co když zavolám metodu equals aniž bych ji přepsal?
• Použije se původní metoda equals ve tříde Object:
• Původní equals funguje přísným způsobem — rovné jsou jen identické objekty:
public boolean equals(Object obj) {
  return (this == obj);
}
Jak porovnat typ třídy
Je this.getClass() == o.getClass() stejné jako o instanceof Person?
• Ne! Jestli třída Manager dědí od Person, pak:
manager.getClass() == person.getClass() // false
manager instanceof Person // true
• Co tedy používat?
◦ instanceof porušuje symetrii x.equals(y) == y.equals(x)
◦ getClass porušuje tzv. Liskov substitution principle
• Záleží tedy na konkrétní situaci.
Metoda hashCode
• Při překrytí metody equals nastává dosud nezmíněný problém.
• Jakmile překryjeme metodu equals, měli bychom současně překrýt i metodu hashCode.
• Metoda hashCode je také ve třídě Object, tudíž ji obsahuje každá třída.
@Override
public int hashCode()
117
• Metoda vrací celé číslo pro daný objekt tak, aby:
• pro dva stejné (equals) objekty musí vždy vrátit stejnou hodnotu
• jinak by metoda měla vracet různé hodnoty
• není to ani nezbytné a ani nemůže být vždy splněno
• složité třídy mají více různých objektů než je všech hodnot typu int
Příklad hashCode I
public class ComplexNumber {
  private int real;
  private int imag;
  ...
  @Override
  public boolean equals(Object o) { ... }
  @Override
  public int hashCode() {
  return 31*real + imag;
  }
}
Příklad hashCode II
public class Person {
  private String name;
  private int yearBorn, age;
  ...
  @Override
  public boolean equals(Object o) { ... }
  @Override
  public int hashCode() {
  int hash = name.hashCode();
  hash += 31*hash + yearBorn;
  return hash;
  }
}
Obecný hashCode
Nejlépe je vytvářet metodu následujícím způsobem (31 je prvočíslo):
  @Override
118
  public int hashCode() {
  int hash = attribute1;
  hash += 31 * hash + attribute2;
  hash += 31 * hash + attribute3;
  hash += 31 * hash + attribute4;
  return hash;
  }
A nebo ji generovat (pokud víte, co to dělá :-))
Proč hashCode
• Metoda se používá v hašovacích tabulkách, využívá ji například množina HashSet.
• Při zjištění, jestli se prvek X nachází v množině, metoda vypočítá její haš (hash).
• Pak vezme všechny prvky se stejným hašem a zavolá equals (haš mohl být stejný náhodou).
• Jestli má každý objekt unikátní haš, pak je tato operace konstantní.
• Jestli má každý objekt stejný haš, pak je operace contains lineární!

Jestli se hashCode napíše špatně (nevrací pro stejné objekty stejný haš) nebo
zapomene — množina nad danou třídou přestane fungovat!
Uspořádání objektů
• Budeme probírat později
• V Javě neexistuje přetěžování operátorů <, ⇐, >, >=
• Třída musí implementovat rozhraní Comparable a její metodu compareTo
Repl.it demo k porovnávání primitivních
hodnot a objektů
• https://repl.it/@tpitner/PB162-Java-Lecture-06-vs-equals
Motivace
• Java disponuje rozhraními.
• Pak máme třídu(y) implementující určité rozhraní.
• Někdy je vhodné určité rozhraní implementovat pouze částečně:
Rozhraní
Specifikace
119
Abstraktní třída
Částečná implementace rozhraní (stačí mít hotové některé metody) a současně předek
konkrétních tříd, tedy plných implementací
Neabstraktní třída
Úplná implementace rozhraní (musí mít hotové všechny metody)
Zápis abstraktní třídy
• Abstraktní třída je označena klíčovým slovem abstract v hlavičce, např.:
public abstract class AbstractSearcher
• Název začínající na Abstract není povinný ani nutný.
• Někdy se místo Abstract používá Base: SearcherBase, aby se zdůraznilo, že abstraktní třída je
základem odvozených tříd konkrétních.
• Abstraktní třída má obvykle alespoň jednu abstraktní metodu, deklarovanou např.:
public abstract int indexOf(double d);
• Od abstraktní třídy nelze vytvořit instanci, (chybí implementace některých metod) nelze napsat
např.:
Searcher ch = new AbstractSearcher(...);
Příklad: rozhraní → abstraktní třída →
neabstraktní třída
Searcher
rozhraní — specifikuje, co má prohledávač umět
AbstractSearcher
abstraktní třída — předek konkrétních plných implementací prohledávače
LinearSearcher
konkrétní třída — plná implementace prohledávače
Searcher
Searcher je rozhraní = specifikuje, co má prohledávač umět
120
public interface Searcher {
  // Set the array for later searching
  void setData(double[] a);
  // Check whether array contains d element
  boolean contains(double d);
  // Return the position of d in the array (or -1 if not found)
  int indexOf(double d);
}
AbstractSearcher
AbstractSearcher je abstraktní třída = předek konkrétních plných implementací prohledávače
// this class implements Searcher only partially
public abstract class AbstractSearcher implements Searcher {
  // array, its getters and setters are implemented
  private double[] array;
  public void setData(double[] a) { array = a; }
  public double[] getData() { return array; }
  // we can call indexOf now though it will be implemented later
  public boolean contains(double d) {
  return indexOf(d) >= 0;
  }
  // finding the position of d is NOT implemented yet!
  public abstract int indexOf(double d);
}
LinearSearcher
LinearSearcher je konkrétní třída = plná implementace prohledávače, pomocí lineárního prohledání
public class LinearSearcher extends AbstractSearcher {
  // class has to implement all abstract methods
  public int indexOf(double d) {
  double[] data = getData();
  for(int i = 0; i < data.length; i++) {
  if(data[i] == d) {
  return i;
  }
  }
  return -1;
  }
}
121
Šablonové metody
• Všimněte si, že ve třídě AbstractSearcher volá metoda contains abstraktní metodu indexOf, která
na této úrovni ještě neexistuje.
• Je to v pořádku, protože u kompletní třídy (viz LinearSearcher dále) již požadovaný kód musí
být.
• Jedná se o návrhový vzor Template Method (šablonová metoda), kdy kód třídy spoléhá na to, že
kód šablonové metody dodají až podtřídy.
Repl.it demo k abstraktním třídám
• https://repl.it/@tpitner/PB162-Java-Lecture-06-abstract-classes
Struktura a zavádění javových programů
• struktura (třídy, balíky, moduly)
• zavádění (classloaders)
• další zdroje (resources)
• reflexe
Struktura a organizace programů
• Javový program sestává z alespoň jedné třídy s alespoň jednou metodou.
• Má-li být spustitelný z příkazové řádky, pak s metodou main.
• Ve spoustě nasazení - webové aplikace, aplikační kontejnery - není main třeba .
• Třídy se obvykle sdružují do balíků - deklarace package xx.yy.zz třeba cz.muni.fi.
Moduly
• Nově od Java 9 jsou balíky - přinejmenším v Core API - sdruženy do modulů (Modules).
• Moduly kromě tříd samotných mohou obsahovat další zdroje (resources) a obsahují popisovač
(module descriptor file).
• Cílem je lepší znovupoužitelnost a potřeba u rozsáhlých programů lépe organizovat kód.
• V praxi se kromě organizace ve standardních knihovnách (Java Core API) moc nevyužívají.
• A Guide to Java 9 Modularity
• Java 9 Modules - Tutorial
• Java Modules
122
Účel modulů
• zabalit celou aplikaci nebo API jako samostatný modul
• umožnit sledování a zajištění závislostí mezi moduly
• napodobit "dohnat" to, co už jazyky jako JavaScript nebo Python mají
• technicky jde o soubor JAR s celým modulem, tzn. popisovačem, třídami, příp. dalšími zdroji
• dříve bylo třeba umísťovat zdroje do kořenové úrovně projektu a ručně je spravovat
• nyní lze na jemnější úrovni modulů - podle toho, který zdroj je kde potřeba
Popisovač modulu
Název
název modulu (pojmenování modulů podobně jako u balíků, tj. tečky jsou povoleny, pomlčky
nikoli; časté je pojmenování ve stylu projektu (my.module) nebo ve stylu Reverse-DNS jako u
balíků (com.baeldung.mymodule)
Závislosti
seznam dalších modulů, na kterých tento modul závisí
Veřejné balíky
seznam všech balíků, které chceme mít přístupné mimo modul (ve výchozím nastavení jsou
všechny balíky soukromé)
Nabízené služby
můžeme poskytovat implementace služeb (services), které mohou být využívány jinými moduly
Využívané služby
seznam služeb využívaných tímto modulem
Povolení pro reflexi
explicitně povoluje ostatním třídám používat reflexi pro přístup k soukromým (private) prvkům
balíku (ve výchozím nastavení jsou všechny třídy nepřístupné pro reflexi)
Hlavní deklarace v popisovači
Export z modulu
• veřejné balíky, viditelné zvnějšku
module com.jenkov.mymodule {
  exports com.jenkov.mymodule;
  exports com.jenkov.mymodule.util;
123
}
• je třeba exportovat skutečně každý balík, který chceme zviditelnit ven - tzn. i ten …util
Závislosti
• závislost na ostatních modulech
module com.jenkov.mymodule {
  requires com.jenkov.yourmodule;
  requires com.jenkov.yourmodule.util;
}

Cyklické závislosti nejsou přípustné: module.a závisí na module.b, který závisí na
module.a NELZE.
Balíky ve více modulech
• NE, jeden balík smí být současně exportován v max jednom modulu.
• V jedné aplikaci se nesmí potkat balík exportovaný současně dvěma moduly, dvěma cestami
• a to ani v případě, že by ve skutečnosti jedna třída byla vždy jen v jednom modulu.
Nepovolený export
Ani uvedené dva exporty nejsou možné:
module cz.muni.fi.pb162.mod1 {
  exports cz.muni.fi.pb162.bank;
}
• balík cz.muni.fi.pb162.bank v tomto modulu obsahuje jen třídu Bank
module cz.muni.fi.pb162.mod2 {
  exports cz.muni.fi.pb162.bank;
}
• balík cz.muni.fi.pb162.bank v tomto modulu obsahuje jen třídu Account
Práce s moduly
• kompilace: javac -d out --module-source-path src/main/java --module com.jenkov.mymodule
124
• spuštění aplikace v modulu: java --module-path out --module
com.jenkov.mymodule/com.jenkov.mymodule.Main
• vytvoření JAR archívu s modulem: jar -c --file=out-jar/com-jenkov-mymodule.jar -C
out/com.jenkov.mymodule . (-c create, --file soubor s výsledným JAR, -C change directory změna
adresáře před sbalením JARu)
• spuštění z JAR: java --module-path out-jar -m com.jenkov.mymodule/com.jenkov.mymodule.Main
• spuštění hlavní třídy (Main-Class) z JAR: java -jar out-jar/com-jenkov-javafx.jar
Balení aplikací se závislostmi
• Moduly umožňují pohodlně vytvořit spustitelný JAR se všemi závislostmi bez ručního
jednotlivého "přibalování"
• Nástroj jlink
• jlink --module-path "out;C:\Program Files\Java\jdk-9.0.4\jmods" --add-modules
com.jenkov.mymodule --output out-standalone
--module-path
složka jmods obsahuje standardní Core API moduly a out je složka s našimi
předkompilovanými moduly
--add-modules
které moduly se mají do aplikace sbalit, v tomto případě com.jenkov.mymodule
--output
cílová složka pro umístění JAR s aplikací
• Spuštění výsledného JAR: java --module com.jenkov.mymodule/com.jenkov.mymodule.Main
Kontejnery (dynamické datové struktury)
Co jsou kontejnery, kolekce (Collection)?
• Dynamické datové struktury vhodné k ukládání proměnného počtu objektů (přesněji odkazů na
objekty).
• Primitivní hodnoty se do základních dynamických struktur neukládají přímo, ale
prostřednictvím objektových obálek (wrappers).
• Jsou automaticky ukládané v operační paměti (ne na disku).
Proč je používat?
• pro uchování proměnného počtu objektů (počet prvků se může měnit — zvyšovat, snižovat)
• oproti polím nabízejí efektivnější algoritmy přístupu k prvkům
• přístupem rozumíme vložení, smazání, či nalezení prvku
125
 Kvalitní seznámení s kontejnery najdete na stránkach Oracle
Připomenutí polí v Pythonu
• Pole je v Pythonu použitelné pro kompaktní ukládání primitivních hodnot (čísla, znaky…), ale
ne objektů
array('l')
array('u', 'hello \u2641')
array('l', [1, 2, 3, 4, 5])
array('d', [1.0, 2.0, 3.14])
Připomenutí struktur v Pythonu
Seznamy
my_list = ["a", "b", "mpilgrim", "z", "example"] modifikovatelné
N-tice
my_tuple = ("a", "b", "mpilgrim", "z", "example") nemodifikovatelné
Množiny
my_set = {'a', False, 'b', True, 'mpilgrim', 42} modifikovatelné
Slovníky
asociativní pole, my_dict = {'server': 'db.diveintopython3.org', 'database': 'mysql'}
modifikovatelné
Typ prvků nás nezajímá, mohou být namíchané.
Připomenutí seznamů v Pythonu
• Datové typy v Pythonu
# create a 5-item list
a_list = ['a', 'b', 'mpilgrim', 'z', 'example']
# take 3rd item
m = a_list[2] # 'mpilgrim'
# take last item (at length-1)
m = a_list[-1] # 'example'
# make a slice (výřez)
s = a_list[:2] # ['a', 'b', 'mpilgrim']
126
Jak to bude v Javě?
• Principiálně podobně, v detailu odlišně
• Seznam vytvoříme jako jiné objekty pomocí new
• Kapacita vytvořeného seznamu není omezená
• Pak teprve lze přidávat prvky
• Neměnné seznamy lze i List.of("Jedna", "Dva")
• Přístup k prvku metodou: myList.get(2) vrátí 3. prvek
• Nelze použít závorky pro index: myList[2]
• Obdobně u množin a asociativních polí, tedy slovníků, map
Základní kategorie
Základní kategorie jsou dány tím, které rozhraní daný kontejner implementuje:
Seznam (List<E>)
lineární struktura, každý prvek má svůj číselný index (pozici)
Množina (Set<E>)
struktura bez duplicitních hodnot a (obecně) bez uspořádání
Mapa, slovník, asociativní pole (Map<K,V>)
struktura uchovávající dvojice (klíč→hodnota), rychlý přístup přes klíč

Ke všem těmti rozhraním Java nabízí hotové implementace (i několik), případně si
implementujeme vlastní.
Typové parametry
• V Javě byly dříve kontejnery koncipovány jako beztypové,
• do jednoho bylo možné ukládat prvky různých typů - lidi, řetězce, cokoli.
• Nyní mají typové parametry ve špičatých závorkách (např. Set<Person>), které
• určují, jaký typ položek se do kontejneru smí dostat.
List objects; // without type, old, BAD
List<String> strings; // with type String - OK
 Kontejnery bez typů nepoužívat! (Vždy používejte špičaté závorky.)
127
Typová hierarchie kolekcí
• Třídy jsou součástí Java Core API (balík java.util).
Rozhraní Collection, List, Set
Collection
je nejobecnější rozhraní, zahrnuje cokoli, co shromažďuje jednotlivé prvky; dokumentace API:
Collection
List, Set
specifická rozšíření rozhraní Collection
 ne však Map - asociativní pole není Collection!
Třídy implementující tato rozhraní
• ArrayList, LinkedList, HashSet,…
Příklady
List<String> listOfStrings = new ArrayList<>();
// new empty set of strings
Collection<String> collection = new HashSet<>();
// new unmodifiable list of 2 strings
128
List<String> listWithValues = List.of("so", "cool");
Metody přidání a zjištění obsahu
Kolekce prvků typu E (tj. Collection<E>) má následující metody:
boolean add(E e)
přidá prvek e do kolekce, true jestli se skutečne přidal (využití u množin)
int size()
vrátí počet prvků v kolekci
boolean isEmpty()
true je-li kolekce prázdná (velikost je 0)
Příklady
Collection<String> set = new HashSet<>();
set.add("Pacman"); // true
set.add("Pacman"); // false
set.toString(); // ["Pacman"]
set.size(); // 1
set.isEmpty(); // false
Metody odebrání a dotazu na přítomnost
void clear()
odstraní všechny prvky z kolekce
boolean contains(Object o)
true, právě když se o`v kolekci nachází; na test rovnosti se použije `equals
boolean remove(Object o)
odstraní prvek z kolekce; vrátí true, byl-li prvek odstraněn
Příklady
List<String> list = List.of("Hello", "world");
list.toString(); // ["Hello", "world"]
list.contains("Hello"); // true
list.remove("Hello"); // true
129
list.toString(); // ["world"]
list.contains("Hello"); // false
list.clear();
list.toString(); // [] empty list
Iterátor z kolekce
Iterator<E> iterator()
metoda každé kolekce; vrací něco, přes co se dá kolekce iterovat (procházet for-each cyklem)
• Jedná se o použití návrhového vzoru Iterator:
• Kolekce nenabízí přímo metody pro procházení. Místo toho vrací objekt (iterátor), který
umožňuje danou kolekci procházet jednotným způsobem bez ohledu na to, jak je kolekce
uvnitř implementovaná.
• Je možná i varianta, kdy procházení je umožněno jak specifickými metodami, tak iterátorem.
Příkladem je List, který nabízí metodu get(int i) pro přímé procházení i obecný iterátor z
důvodu kompatibility s ostatními kolekcemi.
Převod kolekce na pole
T[] toArray(T[] a)
vrátí z kolekce pole typu T, tj. je to konverze kolekce na pole
Collection<String> c = List.of("a", "b", "c");
String[] stringArray = c.toArray(new String[0]);
// stringArray contains "a", "b", "c" elements
Metody pro hromadné manipulace
boolean containsAll(Collection<?> c)
true právě když kolekce obsahuje všechny prvky z c
Metody vracející true, když byla kolekce změněna:
boolean addAll(Collection<E> c)
přidá do kolekce všechny prvky z c
boolean removeAll(Collection<?> c)
udělá rozdíl kolekcí (this - c)
boolean retainAll(Collection<?> c)
udělá průnik kolekcí
130
 Výraz Collection<?> reprezentuje kolekci objektů jakéhokoliv typu.
Příklad metod Collection V
Collection<String> c1 = List.of("A", "A", "B");
Collection<String> c2 = Set.of("A", "B", "C");
c1.containsAll(c2); // false
c2.containsAll(c1); // true
c1.retainAll(c2); // true
// c1 is ["A", "B"]
c1.removeAll(c2); // true
// c1 is empty []
c1.addAll(c2); // true
// c1 contains elements ["A", "B", "C"]
Repl.it demo ke kontejnerům
• https://repl.it/@tpitner/PB162-Java-Lecture-07-collections
Potomci Collection
Podívejme se na potomky rozhraní Collection, konkrétně:
Rozhraní List
má implementace
• ArrayList - seznam na bázi pole, rychlý při přímém přístupu, nejběžnější
• LinkedList - spojovaný seznam, méně používaný
Rozhraní Set
má implementace
• HashSet - množina na bázi hašovací tabulky, nejčastěji používaná
Seznam List
• něco jako dynamické pole
• každý uložený prvek má svou pozici — číselný index
• index je celočíselný, nezáporný, typu int
• umožňuje procházení seznamu dopředně i zpětně - indexem či iterátorem
131
• lze pracovat i s podseznamy, něco jako řezy (slices) v Pythonu:
List<E> subList(int fromIndex, int toIndex)
Implementace seznamu ArrayList
• nejpoužívanější implementace seznamu
• využívá pole pro uchování prvků
• při zvětšování/zmenšování se vytváří nové pole a prvky se musejí přesouvat
• rychlý přístup k prvkům dle indexu
• pomalé operace přidávání a odebírání prvků blíže k začátku seznamu (pole, v němž je seznam,
se musí realokovat)
 Javadoc třídy ArrayList
Implementace seznamu LinkedList
• druhá nejpoužívanější implementace seznamu
• využívá zřetězený seznam pro uchování prvků
• pomalejší operace přístupu k prvkům dle indexu "uvnitř" seznamu
• rychlejší operace přidávání a odebírání prvků na začátku a na konci, resp. blízko nich
 Javadoc třídy LinkedList
ArrayList vs. LinkedList
132
 Kontejnery ukladají pouze jeden typ, v tomto případě String.
Výkonnostní porovnání seznamů
List implementation: | ArrayList | LinkedList
------------------------------------------------------------------
add 100000 elements | 12 ms | 8 ms
remove all elements from last to first | 5 ms | 9 ms
add 100000 elements at 0th position | 1025 ms | 18 ms
remove all elements from 0th position | 1014 ms | 10 ms
add 100000 elements at random position | 483 ms | 34504 ms
remove all elements from random position | 462 ms | 36867 ms

Nevhodné případy užití tedy jsou ArrayList pro přidávání/odebírání zkraje
seznamu a pro dlouhé seznamy `LinkedList`jakékoli přístupy uprostřed.
Konstruktory seznamů
new ArrayList<>()
vytvoří prázdný seznam (s kapacitou 10 prvků)
new ArrayList<>(int initialCapacity)
vytvoří prázdný seznam s danou kapacitou
new ArrayList<>(Collection<? extends E> c)
vytvoří seznam a naplní ho prvky kolekce c
133

Kapacita reprezentuje interní kapacitu, neznamená to počet null prvků v nové
kolekci!
Vytváření kolekcí přes metody of
Kromě new a konstruktoru lze přes statické tovární metody, kolekce jsou ale pak neměnné:
List.of(elem1, elem2, …)
• vytvoří seznam a naplní ho danými prvky
• vrátí nemodifikovatelnou kolekci
Set.of, Map.of
analogicky
Vytváření kolekcí přes new
Chceme-li kolekci modifikovatelnou, musíme vytvořit novou new:
List<String> modifiableList = new ArrayList<>(List.of("Y", "N"));

Jelikož v množině nejsou duplicity, Set.of si hlídá, abychom prvek nepřidali
vícekrát: proto selže například Set.of("foo", "bar", "baz", "foo");
Na zamyšlení
Jak udělám ze seznamu typu List kolekci Collection?
• v podstatě nedělám nic - seznam už je kolekcí
// change the type, it is its superclass
Collection<Long> collection = list;
Jak udělám z kolekce Collection seznam List?
• musíme vytvořit nový seznam a prvky tam zkopírovat
// create new list
List<Long> l = new ArrayList<>(collection);
Metody rozhraní List I
Rozhraní List dědí od Collection.
134
Kromě metod v Collection obsahuje další metody:
E get(int index)
• vrátí prvek na daném indexu
• IndexOutOfBoundsException je-li mimo rozsah
E set(int index, E element)
• nahradí prvek s indexem index prvkem element
• vrátí předešlý prvek
Metody rozhraní List II
void add(int index, E element)
• přidá prvek na daný index (prvky za ním posune)
E remove(int index)
• odstraní prvek na daném indexu (prvky za ním posune)
• vrátí odstraněný prvek
int indexOf(Object o)
• vrátí index prvního výskytu o
• jestli kolekce prvek neobsahuje, vrátí -1
int lastIndexOf(Object o)
totéž, ale vrátí index posledního výskytu
Příklad použití seznamu
List<String> list = new ArrayList<>();
list.add("A");
list.add("C");
list.add(1, "B");
// ["A", "B", "C"]
list.get(2); // "C"
list.set(1, "D"); // "B"
list.indexOf("D"); // 1
Množina, Set
• odpovídá matematické představě množiny
• prvek lze do množiny vložit nejvýš jedenkrát
• při porovnávání rozhoduje rovnost podle výsledku volání equals
• umožňuje rychlé dotazování na přítomnost prvku
135
• provádí rychle atomické operace - se složitostí O(1), nejhůře O(log(n)):
◦ vkládání prvku — add
◦ odebírání prvku — remove
◦ dotaz na přítomnost prvku — contains

Množiny jsou primárně bez pořadí, bez uspořádání, existuje však i množina s
uspořádáním.
equals & hashCode — opakování
equals
zjistí, jestli jsou objekty obsahově stejné (porovnání atributů).
hashCode
vrací pro obsahově stejné objekty stejné číslo, haš.
Co je haš?
jakési falešné ID — pro různé objekty může hashCode vracet stejný haš.
Implementace množiny — HashSet
• Ukladá objekty do hašovací tabulky podle haše
• Ideálně konstantní operace (tj. sub-logaritmická složitost)
• Když má více prvků stejný haš, existuje více způsobů řešení
• Pro (ne úplně ideální) hashCode x + y vypadá tabulka následovně:
haš | objekt
0 | [0,0]
1 | [1,0] [0,1]
2 | [1,1] [0,2] [2,0]
3 | [2,1] [1,2] [0,3] [3,0]
 Javadoc třídy HashSet
HashSet pod lupou
boolean contains(Object o)
• vypočte haš tázaného prvku o
• v tabulce najde objekt uložený pod stejným hašem
• objekt porovná s o pomocí equals
136
Co když mají všechny objekty stejný haš?
• Množinové operace budou velmi, velmi pomalé.
• Chtěná složitost O(1), O(log n) zdegeneruje na lineární O(n).
Co když mají stejné objekty různé haše?
• Porušíme kontrakt (předpis) metody hashCode.
• Množina HashSet přestane fungovat, bude obsahovat duplicity nebo vložený prvek už
nenajdeme!
Speciální množina LinkedHashSet
• Další implementací množiny je LinkedHashSet = HashSet + LinkedList.
• Zachová pořadí prvků dle jejich vkládání, což jinak u HashSet neplatí.
Další lineární struktury
Zásobník
třída Stack, struktura LIFO
Fronta
třída Queue, struktura FIFO
• fronta může být také prioritní — PriorityQueue
Oboustranná fronta
třída Deque (čteme "deck")
• slučuje vlastnosti zásobníku a fronty
• nabízí operace příslušné oběma typům - vkládání i odběr z obou stran
Starší typy kontejnerů
• Existují tyto starší typy kontejnerů (za → uvádíme náhradu):
◦ Hashtable → HashMap, HashSet (podle účelu)
◦ Vector → List
◦ Stack → List nebo lépe Queue či Deque
Kontejnery a primitivní typy
• Kontejnery ukládájí pouze odkazy na objekty, neukládají primitivní typy.
• Proto používame jejich objektové protějšky — Integer, Char, Boolean, Double…
• Java automaticky dělá zabalení, tzv. autoboxing — konverzi primitivního typu na objekt
"wrapper".
137
• Pro zpětnou konverzi se analogicky dělá tzv. unboxing, vybalení.
List<Integer> list = new ArrayList<>();
list.add(new Integer(1));
list.add(1); // autoboxing
int primitiveType = list.get(0); // unboxing
Procházení kolekcí
Základní typy:
For-each cyklus
• jednoduché, intuitivní
• nepoužitelné pro modifikace samotné kolekce
Iterátory
• náročnější, ale flexibilnější
• modifikace povolena, např. mazání prvku pod iterátoem
Lambda výrazy s forEach
• například list.forEach(System.out::println)
For-each cyklus I
• Je rozšířenou syntaxí cyklu for.
• Umožňuje procházení kolekcí i polí.
List<Integer> numbers = List.of(1, 1, 2, 3, 5);
for(Integer i: list) {
  System.out.println(i);
}
For-each cyklus II
• For-each neumožňuje modifikace kolekce.
• Jestli kolekci změníme, nemůžeme pokračovat v iterování — dojde k vyhození
ConcurrentModificationException.
• Odstranění prvku a vyskočení z cyklu však funguje:
Set<String> set = Set.of("Donald Trump", "Barrack Obama");
for(String s: set) {
  if (s.equals("Donald Trump")) {
  set.remove(s);
138
  break;
  }
}
Iterátory
• Sekvenční procházení prvků kolekce v neurčeném pořadí nebo uspořádání (u uspořádaných
kolekcí)
• Každý iterátor musí implementovat velmi jednoduché rozhraní Iterator<E>
Příklad s while
• Běžné použití pomocí while:
Set<Integer> set = Set.of(1, 2, 3);
Iterator<Integer> iterator = set.iterator();
while(iterator.hasNext()) {
  Integer element = iterator.next();
  ...
}
Metody iterátorů
E next()
• vrátí následující prvek
• NoSuchElementException jestli iterace nemá žádné zbývající prvky
boolean hasNext()
• true jestli iterace obsahuje nějaký prvek
void remove()
• odstraní prvek z kolekce
• maximálně jednou mezi jednotlivými voláními next()
Iterátor — příklad
Pro procházení iterátorem se dá použít i for cyklus:
Set<String> set = Set.of("Donald Trump", "Barrack Obama", "Hillary Clinton");
for (Iterator<String> iter = set.iterator(); iter.hasNext();) {
  String element = iter.next();
  if (!element.equals("Barrack Obama")) iter.remove();
139
}
 Roli iterátoru plnil dříve výčet (Enumeration) — nepoužívat.
Repl.it demo k iterátorům (a komparátorům
z příští přednášky)
• https://repl.it/@tpitner/PB162-Java-Lecture-08-iterators-and-comparator
Kontejnery kontejnerů
• Kromě kontejnerů obsahujících již koncové hodnoty, jsou často používané i kontejnery
obsahující další kontejnery:
• Například List<Set<Integer>> bude obsahovat seznam množin celých čísel, tedy třeba [{1, 4,
-2}, {0}, {-1, 3}].
• Nebo mapa, která studentům přiřazuje seznam známek Map<Student, List<Integer>>.
Repl.it demo ke kontejnerům kontejnerů
• https://repl.it/@tpitner/PB162-Java-Lecture-08-map-of-lists
Map
Asociativní pole, mapa, slovník
• ukládá dvojici klíč — hodnota
• umožnuje rychlé vyhledání hodnoty podle klíče
• klíče v mapě jsou vždy unikátní
• mapa je kontejner — dynamická datová struktura
• mapa rozhodně není Collection<E>, nemá jednotlivé prvky
• implementuje rozhraní Map<K,V>
◦ K = objektový typ klíče, V = objektový typ hodnoty
◦ např. mapa ID a osob — Map<Long, Person>
Příklad Map
Následující mapa ukládá značky aut (klíče) a počty kusů (hodnoty):
Map<String, Integer> vehicles = new HashMap<>();
vehicles.put("BMW", 2);
140
vehicles.put("Audi", 4);
vehicles.put("Opel", 1);
vehicles.get("BMW"); // 2
Metody Map I
int size()
velikost mapy
void clear()
vyprázdní mapu
boolean isEmpty()
true, když je mapa prázdná
boolean containsKey(Object key)
dotaz na přítomnost klíče
boolean containsValue(Object value)
dotaz na přítomnost hodnoty
V remove(Object key)
odstraní dvojici s klíčem key, vrací hodnotu (nebo null)
V replace(K key, V value)
nahradí existující klíč hodnotou
Metody Map II
V put(K key, V value)
• vloží dvojici klíč — hodnota do mapy
• jestli daný klíč už existuje, hodnota je přepsána
• vrací přepsanou hodnotu nebo null
V putIfAbsent(K key, V value)
• vloží dvojici pouze v případe, že klíč zatím v mapě neexistuje
V get(Object key)
• výběr hodnoty odpovídající zadanému klíči
• jestli klíč neexistuje, vrací null
V getOrDefault(Object key, V defaultValue)
• vrací hodnotu daného klíče nebo defaultní hodnotu
141
Metody Map III
Set<K> keySet()
• vrací množinu všech klíčů
• Proč množina? Každý klíč je v mapě maximálně jednou
Collection<V> values()
• vrací kolekci všech hodnot (může obsahovat duplicity)
Set<Map.Entry<K,V>> entrySet()
• vrací množinu typu Map.Entry pro iteraci kolekce
• obsahuje metody getKey(), getValue()
 Pro vkládání mapy do mapy existuje putAll.
Příklad iterace mapy
Map<Integer, String> map = Map.ofEntries(
  entry(1, "a"),
  entry(2, "b")
  );
for (Map.Entry<Integer, String> entry : map.entrySet()) {
  System.out.println("key: " + entry.getKey());
  System.out.println("value: " + entry.getValue());
}
Implementace mapy HashMap
• HashMap je implementována pomocí hašovací tabulky, kde haš je zahašovaný klíč, hodnota
tabulky je dvojice (klíč, hodnota).
• Složitost základních operací:
◦ v praxi závisí na kvalitě hašovací funkce (metody hashCode) na ukládáných objektech,
◦ teoreticky se blíží složitosti konstantní, O(1).
• Klíče nejsou uspořádané, nelze iterovat v pořadí klíčů.
• Uspořádané mapy jsou TreeMap, viz dále.

Kolekce HashSet je implementována pomocí HashMap — klíč je prvek, hodnota je
"dummy object".

Javadoc třídy HashMap = Uspořádané kolekce :course: PB112 :year: 2024 :term: jaro
:javaversion: 19 :description: Lecture slides for PB112 course taught at Masaryk
142
University, Faculty of Informatics typically for non-IT/dev students since 2023
:Author: Tomáš Pitner, Radek Ošlejšek :copyright: © 2024 Tomáš Pitner, Radek
Ošlejšek, Masaryk University — PB112 Java :slideshowlocation: Masaryk
University, Brno, Czech Republic :date: jaro2024 :data-uri: :keywords: Java, object
programming :email: pitner@muni.cz :source-highlighter: pygments
Úvod
Motivace
• chceme prvky v kolekci uspořádané, ale nechceme to dělat "ručně"
• v kolekci typu String chceme jména od K po M
Implementace
• uspořádání dáné třídy musí být definováno ve třídě
Rozhraní Comparable<T>
• rozhraní slouží k definování přirozeného (defaultního) uspořádání třídy
• třída implementuje rozhraní ⇒ objekty jsou vzájemně uspořádatelné
• použití zejména u uspořádaných kontejnerů
• předepisuje jedinou metodu int compareTo(T o)
• T = typ objektu, název třídy
 Javadoc třídy Comparable<T>
Metoda compareTo
int compareTo(T that)
// used as e1.compareTo(e2)
• metoda porovná 2 objekty — this (e1) a that (e2)
• vrací celé číslo, pro které platí:
◦ číslo je záporné, když e1 < e2
◦ číslo je kladné, když e1 > e2
◦ 0, když nezáleží na pořadí
• na samotném čísle nezáleží, je v pořádku používat pouze hodnoty -1, 0, 1
Implementace Comparable<E>
143
public class Point implements Comparable<Point> {
  private int x;
  // ascending order
  public int compareTo(Point that) {
  return this.x - that.x;
  }
}
...
new Point(1).compareTo(new Point(4)); // -3
 Existuje i beztypové rozhraní Comparable, to ale nebudeme používat!
Comparable jako příklad funkcionálního
rozhraní
• Comparable<T> je hezký typický příklad tzv. funkcionálního rozhraní (functional interface); má
jedinou metodu compareTo a lze použít například jako predikát pro filtrování objektů v
proudech.
compareTo vs. equals
• chování compareTo by mělo být konzistentní s equals
• pro rovné objekty by compareTo mělo vrátit 0
• není to však nutnost
◦ např. třída BigDecimal pro přesné hodnoty podmínku porušuje
◦ pro stejné hodnoty s rozdílnou přesností — např. 4.0 a 4.00
• compareTo na rozdíl od equals nemusí vstupní objekt přetypovávat a může vyhazovat výjimku
Více uspořádání
Co kdybychom chtěli více typů uspořádání, nebo alternativu k přirozenému uspořádání?
Nemůžeme nadefinovat stejnou metodu víckrát.
• rozhraní Comparator<T> slouží k definování uspořádání zvnějšku — pomocí objektu jiné třídy
• předepisuje jedinou metodu int compare(T o1, T o2)
• uspořádání funguje nad objekty typu T
• návratová hodnota compare funguje stejně jako u compareTo
• funguje jako alternativa pro další uspořádání
144
Příklad komparátoru
Třída String má definované přirozené uspořádání lexikograficky.
Definujme lexikografický komparátor, který ignoruje velikost písmen:
public class IgnoreCaseComparator implements Comparator<String> {
  public int compare(String o1, String o2) {
  return o1.toLowerCase().compareTo(o2.toLowerCase());
  }
}
...
new IgnoreCaseComparator().compare("HI", "hi"); // 0
Skutečné použití
• metody pro uspořádání programátor v kódu obvykle nepoužívá
• namísto toho používá uspořádané kolekce, kdy prvky v kolekci jsou řazeny automaticky
• je nutno definovat přirozené uspořádání nebo použít komparátor, aby kolekce věděla, podle
jakých pravidel prvky seřadit
• komparátor se nastavuje při vytváření uspořádané kolekce nebo mapy (viz dále)
• Jedná se o použití návrhové vzoru Strategy:
◦ Komparátor implementuje strategii třídění na daném typu objektů. Přitom můžeme mít víc
strategií (víc způsobů třídění).
◦ Uspořádaná kolekce nebo mapa pak představuje Context ve vzoru, kdy říkáme, jaká strategie
třídění se má v daném případě použít.
Hierarchie rozhraní kolekcí
Budeme se zabývat rozhraními SortedSet a SortedMap.
145
SortedSet, SortedMap
SortedSet
• rozhraní pro uspořádané množiny
• všechny vkládané prvky musí implementovat rozhraní Comparable (nebo použít komparátor)
• implementace TreeSet
SortedMap
• rozhraní pro uspořádané mapy
• všechny vkládané klíče musí implementovat rozhraní Comparable (nebo použít komparátor)
• implementace TreeMap
Konstruktory TreeSet
• TreeSet()
◦ vytvoří prázdnou množinu
◦ prvky jsou uspořádány podle přirozeného uspořádání
• TreeSet(Collection<? extends E> c)
◦ vytvoří množinu s prvky kolekce c
◦ prvky jsou uspořádány podle přirozeného uspořádání
• TreeSet(Comparator<? super E> comparator)
◦ vytvoří prázdnou množinu
◦ prvky jsou uspořádány podle komparátoru
• TreeSet(SortedSet<E> s)
◦ vytvoří množinu s prvky i uspořádáním podle s
Příklad TreeSet I
Definice přirozeného uspořádání:
public class Point implements Comparable<Point> {
  ...
  public int compareTo(Point that) {
  return this.x - that.x;
  }
}
Příklad TreeSet II
Použití:
146
SortedSet<Point> set = new TreeSet<>();
set.add(new Point(3));
set.add(new Point(3));
set.add(new Point(-1));
set.add(new Point(0));
System.out.println(set);
// prints -1, 0, 3
Jiný příklad TreeSet
Třída String má definované přirozené uspořádání lexikograficky.
SortedSet<String> set = new TreeSet<>();
set.add("Bobik");
set.add("ALIK");
set.add("Alik");
System.out.println(set); // [ALIK, Alik, Bobik]
SortedSet<String> set2 = new TreeSet<>(new IgnoreCaseComparator());
set2.addAll(set);
System.out.println(set2); // [ALIK, Bobik]

TreeSet pro porovnávání prvků používá compareTo / compare, proto má druhá
množina pouze 2 prvky!
TreeSet pod lupou
• implementována jako červeno-černý vyvážený vyhledávací strom
◦ ⇒ operace add, remove, contains jsou v O(log n)
• hodnoty jsou uspořádané
◦ prvky jsou procházeny v přesně definovaném pořadí
 Javadoc třídy TreeSet
TreeMap
• množina klíčů je de facto TreeSet
• hodnoty nejsou uspořádány
• uspořádání lze ovlivnit stejně jako u uspořádané množiny
• implementace stromu a složitost operací je stejná
 Javadoc třídy TreeMap
147
Příklad TreeMap
Klíče jsou unikátní a uspořádané, hodnoty nikoliv.
SortedMap<String, Integer> population = new TreeMap<>();
population.put("Brno", -1);
population.put("Brno", 500_000);
population.put("Bratislava", 500_000);
System.out.println(population);
// {Bratislava=500000, Brno=500000}
Repl.it demo k uspořádaným množinám a
mapám
• https://repl.it/@tpitner/PB162-Java-Lecture-08-sorted-set-and-map
Pomocná třída Collections
• Java Core API v balíku java.util nabízí třídu Collections
• nabízí jen statické metody a proměnné (tzv. utility class), nelze od ní vytvářet instance
• nabízí škálu užitečných metod pro práci s kontejnery
 Javadoc třídy Collections
Souběžný přístup
• moderní kontejnery nejsou synchronizované
• jinak řečeno, nepřipouštějí souběžný přístup z více vláken
• standardní (nesynchronizovaný) kontejner lze však zabalit
• synchronizedSet, synchronizedList, synchronizedCollection, …
• metoda vrátí novou synchonizovanou kolekci
List<String> list = new ArrayList<>();
// add items to list ...
List<String> syncedList = Collections.synchronizedList(list);
// now syncedList is a synchronized view of list
148
Získání nemodifikovatelných kontejnerů
• kontejnery jsou standardně modifikovatelné (read/write)
• tzn. mají fungující metody add, addAll, remove, clear…
• někdy však nechceme mít kontejner modifikovatelný - například když metodou get
poskytujeme privátní atribut
Pak využijeme nemodifikovatelné kontejnery vyrobitelné statickými metodami třídy Collections:
• unmodifiableSet, unmodifiableList, unmodifiableCollection, …
• metoda vrátí nemodifikovatelný pohled (view) na původní kolekci
Vytvoření přes Collections.unmodifiableSet
Collections.unmodifiableSet(old)
• vytvoří nemodifikovatelné view
• skrze view však nelze původní kontejner modifikovat (a pokus vede k výjimce)
• avšak změny přímo v původním kontejneru se promítnou i do tohoto view(!)
• původní kontejner smí obsahovat null
Vytvoření přes new HashSet
new HashSet<>(old)
• vytvoří kopii dat v původním kontejneru v daný okamžik
• tuto kopii lze modifikovat, což ale (samozřejmě) nemá žádný vliv na původní objekt - ten je
zcela oddělený
• původní kontejner smí obsahovat null
Vytvoření přes Set.copyOf
Set.copyOf(old)
• vytvoří kopii dat v původním kontejneru v daný okamžik
• tuto kopii nelze modifikovat (a pokus povede k výjimce)
• nemodifikovatelnost je mj. z důvodu konzistence s chováním metod Set.of
• původní kontejner nemůže obsahovat null
Typické použití pro "getter"
private Set<String> presidents = new HashSet<>();
149
public Set<String> getPresidents() {
  return Collections.unmodifiableSet(set);
}

Technicky mají i nemodifikovatelné kontejnery metody add, addAll,… Ovšem tyto
nefungují, nedají se ani zavolat (vyhodily by UnsupportedOperationException).
Návrhový vzor Proxy
• Při vytváření nemodifikovatelné kolekce se nikam nic nekopíruje.
• Původní kolekci se pouze předřadí objekt (kolekce), který nemodifikační metody přeposílá
původní kolekci, zatímco modifikační metody selhávají s výjimkou
• Jedná se použití návrhového vzoru Proxy:
◦ Původní i nový objekt jsou stejného typu (v našem případě Collection).
◦ Nový objekt na pozadí komunikuje s původním objektem.
Prázdné nemodifikovatelné kontejnery
• třída obsahuje konstanty EMPTY_SET, EMPTY_LIST, EMPTY_MAP
• metody emptyList(), emptyMap(), emptyIterator()…
• preferujeme metody, protože konstanty postrádají typ, tj. chybí jim typová kontrola
• vrácené kolekce jsou nemodifikovatelné
• šetříme vytváření nové kolekce
Collections.<String>emptyList();
Metody v Collections I
• Collections.binarySearch
◦ binární vyhledávání v kontejneru
• Collections.reverseOrder, rotate
◦ obrácení, rotace pořadí prvků
• Collections.swap
◦ prohazování prvků
• Collections.shuffle
◦ náhodné zamíchání prvků
150
Metody v Collections II
• Collections.sort
◦ uspořádání (přirozené, anebo pomocí komparátoru)
• Collections.min, max
◦ minimální, maximální prvek (s definovaným uspořádaním)
• Collections.nCopies
◦ vytvoří kolekci n stejných prvků
• Collections.frequency
◦ kardinalita dotazovaného prvku v dané kolekci
Srovnání implementací kolekcí
• ArrayList — na bázi pole
◦ rychlý přímý přístup (přes index)
• LinkedList — na bázi lineárního zřetězeného seznamu
◦ rychlý sekvenční přístup (přes iterátor)
• HashMap, HashSet — na bázi hašovacích tabulek
◦ rychlejší, ale neuspořádané
◦ lze získat iterátor procházející klíče uspořádaně
• TreeMap, TreeSet — na bázi vyhledávacích stromů
◦ pomalejší, ale uspořádané
• LinkedHashSet, LinkedHashMap — spojení výhod obou
Kontejnery a jejich rozhraní
• Set (množina)
◦ HashSet (založena na hašovací tabulce)
◦ TreeSet (černobílý strom)
◦ LinkedHashSet (zřetězené záznamy v hašovací tabulce)
• List (seznam)
◦ ArrayList (implementován pomocí pole)
◦ LinkedList (implementován pomocí zřetězeného seznamu)
• Deque (fronta - obousměrná)
◦ ArrayDeque (fronta pomocí pole)
◦ LinkedList (fronta pomocí zřetězeného seznamu)
151
• Map (asociativní pole/mapa)
◦ HashMap (založena na hašovací tabulce)
◦ TreeMap (černobílý strom)
◦ LinkedHashMap (zřetězené záznamy v hašovací tabulce)
Kontejnery a výjimky
Při práci s kontejnery může vzniknout řada výjimek.
Některé z nich i s příklady:
• IllegalStateException
◦ vícenásobné volání remove() bez volání next() v iterátoru
• UnsupportedOperationException
◦ modifikace nemodifikovatelné kolekce
• ConcurrentModificationException
◦ iterovaný prvek (for-each cyklem) byl odstraněn

Většina výjimek je běhových (runtime), tudíž není nutné je řešit. (Samozřejmě je
ale třeba psát kód tak, aby nevznikaly. :))
Nepovinné metody
• funkcionalita kontejnerů je předepsána rozhraním
• některé metody rozhraní jsou nepovinné — třídy jej nemusí implementovat
◦ např. add, clear, remove
◦ metoda existuje, ale nelze ji použít, protože volání vyhodí výjimku
UnsupportedOperationException
• Důvod?
◦ např. nehodí se implementovat zápisové operace, když kontejnery budou read-only
(unmodifiable)
O co jde?
• Java byla navržena jako čistě objektový jazyk.
• Lambda výrazy do tohoto jazyka přináší prvky funkcionálního programování.
• Jak mohou tyto dva různé světy koexistovat?
• Proč a jak je funkcionální syntaxe integrována do objektového API Javy?
152
Motivační příklad
 Založeno na Java Tutorial
• Předpokládejme, že chceme vytvořit sociální síť. Administrátorům chceme umožnit provádění
různých akcí jako například zasílání zpráv těm uživatelům sociální sítě, kteří splňují nějaká
kritéria.
• Předpokládejme, že uživatelé jsou reprezentování následující třídou:
public class Person {
  public enum Sex {
  MALE, FEMALE
  }
  private String name;
  private LocalDate birthday;
  private Sex gender;
  private String emailAddress;
  public int getAge() {
  // ...
  }
  public void printPerson() {
  // ...
  }
}
Krok 1: Primitivní řešení
• Dále předpokládejme, že jsou uživatelé sociální sítě uložení v seznamu List<Person>.
• Základní implementace vyhledávání lidí podle kritéria může vypadat následovně:
public static void printPersonsOlderThan(List<Person> roster, int age) {
  for (Person p : roster) {
  if (p.getAge() >= age) {
  p.printPerson();
  }
  }
}
Otázky
Q
Co když chceme přidat další operaci, např. výpis lidí mladších než nějaký věk?
153
A
Musí se přidat nová metoda, nebo se existující metoda musí pojmout víc obecněji.
Krok 2: Zobecněné vyhledávání
public static void printPersonsWithinAgeRange(List<Person> roster, int low, int high)
{
  for (Person p : roster) {
  if (low <= p.getAge() && p.getAge() < high) {
  p.printPerson();
  }
  }
}
Otázky
Q
Co když chceme vypisovat uživatele specifického pohlaví, nebo dokonce kombinace věk a
pohlaví?
Q
Co když se rozhodneme změnit třídu Person a přidat do ní atributy, např. vzájemné vztahy nebo
geografická lokace?
A
Přestože je tato metoda obecnější než předchozí printPersonsOlderThan, snaha vytvořit
specifickou metodu pro každý možný vyhledávací dotaz je neudržitelná.
Řešení
Oddělit kód, který specifikuje vyhledávací kritéria, od samotného vyhledávání.
 Jména metod musí být výstižná a popisná. Proto byla metoda přejmenována.
Krok 3: Použití vlastního rozhraní [1/2]
• Definujeme rozhraní pro vyhledávací a vytvoříme implementaci:
interface CheckPerson {
  boolean test(Person p);
}
class CheckPersonEligibleForSelectiveService implements CheckPerson {
  public boolean test(Person p) {
  return p.gender == Person.Sex.MALE &&
154
  p.getAge() >= 18 &&
  p.getAge() <= 25;
  }
}

Ve stejnou chvíli můžeme mít definováno několik vyhledávacích kritérií (tříd
implementujících rozhraní).
Krok 3: Použití vlastního rozhraní [2/2]
• Vyhledávací metoda se změní následovně:
public static void printPersons(List<Person> roster, CheckPerson tester) {
  for (Person p : roster) {
  if (tester.test(p)) {
  p.printPerson();
  }
  }
}
A volá se takto:
List<Person> roster = ...
printPersons(roster, new CheckPersonEligibleForSelectiveService());
Q
Je nutné definovat CheckPersonEligibleForSelectiveService ve speciální třídě?
A
Není. Můžeme použít anonymní třídy a redukovat tak kód.
Krok 4: Použití anonymní třídy
interface CheckPerson {
  boolean test(Person p);
}
// separate iteration and tester
public static void printPersons(List<Person> roster, CheckPerson tester) {
  for (Person p : roster) {
  if (tester.test(p)) {
  p.printPerson();
  }
  }
155
}
Provedení filtrace
// do the filtering
List<Person> roster = ...
printPersons(
  roster,
  new CheckPerson() {
  public boolean test(Person p) {
  return p.getGender() == Person.Sex.MALE
  && p.getAge() >= 18
  && p.getAge() <= 25;
  }
  }
);
• Všimněte si, že CheckPerson je funkcionální - obsahuje jedinou metodu. Proto je ale název
metody nepodstatný.
Q
Mohli bychom název metody nějak vynechat?
A
Ano, pokud použijeme lambda výraz, který se dá chápat jako definice anonymní metody
implementující nějaké funkcionální rozhraní.
Krok 5: Použití lambda výrazu
List<Person> roster = ...
printPersons(
  roster,
  (Person p) -> p.getGender() == Person.Sex.MALE
  && p.getAge() >= 18
  && p.getAge() <= 25
);
Vysvětlení lambda syntaxe →
• Levá část (před šipkou) obsahuje vstupní parametry, pravá strana pak kód případně výstupní
hodnotu.
• Všimněte si, že rozhraní CheckPerson se teď v kódu objevuje pouze typ argumentu v metodě
printPerson().
156
• Ale název typu (ani metody, jak už víme) není důležitý.
Q
Mohli bychom vynechat z kódu i typ CheckPerson?
A
Ano. Java nabízí pro takové případy vlastní generická předdefinovaná rozhraní.
Krok 6: Použití existujících funkcionálních
rozhraní [1/3]
• Zamysleme se nad původní definicí našeho rozhraní:
interface CheckPerson {
  boolean test(Person p);
}
Zobecnění pomocí generických typů
• Jeho význam můžeme zobecnit pomocí generických typů podobně, jako je tomu u rozhraní
java.util.functions.Predicate:
interface Predicate<T> {
  boolean test(T t);
}
Krok 6: Použití existujících funkcionálních
rozhraní [2/3]
• CheckPerson tedy již nadále nepotřebujeme. Můžeme místo něj použít Predicate<T>:
public static void printPersons(List<Person> roster, Predicate<Person> tester) {
  for (Person p : roster) {
  if (tester.test(p)) {
  p.printPerson();
  }
  }
}
157
Vlastní filtrace zůstává
List<Person> roster = ...
printPersons(
  roster,
  (Person p) -> p.getGender() == Person.Sex.MALE
  && p.getAge() >= 18
  && p.getAge() <= 25
);
Krok 6: Použití existujících funkcionálních
rozhraní [3/3]
• Zamysleme se nad rozhraním Predicate<T> a jeho použitím ještě jednou:
interface Predicate<T> {
  boolean test(T t);
}
...
(Person p) -> p.getGender() == Person.Sex.MALE
  && p.getAge() >= 18
  && p.getAge() <= 25
Typování Predicate<T>
• Všimněte si, že rozhraní Predicate používá typ T pouze na zjištění typu vstupního argumentu
metody.
• V řadě případů lze typ argumentu odvodit z kontextu pomocí type inference, pak je tato
informace nadbytečná, ale nevadí.
Q
Mohli bychom deklaraci typu při volání vynechat?
A
Ano. Následující fragment kódu je rovněž správně. Že T odpovídá Person zjistí Java při
překladu.
p -> p.getGender() == Person.Sex.MALE
  && p.getAge() >= 18
  && p.getAge() <= 25
158
Jaká máme funkcionální rozhraní v Javě?
• Rozhraní v java.util.function package, například
Predicate<T>
s jednou metodou boolean test(T t),
Supplier<T>
s jednou metodou void get(T t),
Consumer<T>
s jednou metodou void accept(T t).
• Další rozhraní, která sice mohou definovat více metod, ale jen jedna zni je nestatická, například
◦ Comparator<T> z java.util,
◦ Iterable<T> z java.lang.
Příklad použití dalších funkcionálních
rozhraní
• Naše současná implementace vyhledávací metody vypisuje informace o osobách splňujících
predikát:
public static void printPersons(List<Person> roster, Predicate<Person> tester) {
  for (Person p : roster) {
  if (tester.test(p)) {
  p.printPerson();
  }
  }
}
• Co když ale s osobami, které splňují predikát daný parametrem tester, chceme dělat něco
jiného, než jen vypisovat informace o nich?
Funkcionální rozhraní Consumer
• Funkcionální rozhraní Consumer<T> s metodou void accept(T t) nabízí obecnou operaci na
zpracování objektu.
• Jako implementaci rozhraní Consumer<T> lze použít jakýkoliv kód, který na daném objektu něco
vykoná, ale nic nevrací.
• Velmi často se prostě zavolá bezparametrická metoda definovaná na daném objektu, v našem
případě p.printPerson().
159
Příklad definice zpracování s accept
public static void processPersons(
  List<Person> roster,
  Predicate<Person> tester,
  Consumer<Person> block) {
  for (Person p : roster) {
  if (tester.test(p)) {
  block.accept(p);
  }
  }
}
Příklad zpracování
processPersons(
  roster,
  p -> p.getGender() == Person.Sex.MALE
  && p.getAge() >= 18
  && p.getAge() <= 25,
  p -> p.printPerson()
);
Funkcionální rozhraní Function
• Co když nám nestačí zpracovat původní objekty Person, ale rádi bychom z nich vytáhli nějaké
informace, například e-mail, a teprve tyto informace zpracovali?
• K tomu potřebuje rozhraní, které by vracelo nějakou hodnotu.
• Funkcionální rozhraní Function<T,R> nabízí metodu R apply(T t), která slouží k "transformaci"
dat typu T na data typu R.
Příklad definice zpracování s apply a accept
public static void processPersons(
  List<Person> roster,
  Predicate<Person> tester,
  Function<Person, String> mapper,
  Consumer<String> block) {
  for (Person p : roster) {
  if (tester.test(p)) {
  String data = mapper.apply(p);
  block.accept(data);
  }
160
  }
}
Příklad zpracování
processPersons(
  roster,
  p -> p.getGender() == Person.Sex.MALE
  && p.getAge() >= 18
  && p.getAge() <= 25,
  p -> p.getEmailAddress(),
  email -> System.out.println(email)
);
Extenzivní využití generických typů [1/2]
• Metoda processPersons sice pracuje pouze se dvěma typy (Person and String), ale její smysl se dá
zobecnit takto: procházej objekty, vyber, které splňují predikát, vezmi z nich nějaká data, a tato
data zpracuj.
• Tohoto zobecnění lze dosáhnout zobecněním typů za použití generik:
public static <X, Y> void processElements(
  Iterable<X> source,
  Predicate<X> tester,
  Function <X, Y> mapper,
  Consumer<Y> block) {
  for (X p : source) {
  if (tester.test(p)) {
  Y data = mapper.apply(p);
  block.accept(data);
  }
  }
}
Extenzivní využití generických typů [2/2]
• Vypsání e-mailových adres lidí pak lze vypsat stejně jako předtím:
processElements(roster,
  p -> p.getGender() == Person.Sex.MALE
  && p.getAge() >= 18
  && p.getAge() <= 25,
  p -> p.getEmailAddress(),
161
  email -> System.out.println(email)
);
• Co se ale změnilo je to, že lze takto zpracovat i jiné třídy/objekty, než jen Person!
Datové proudy (streams)
• Rozhraní java.util.stream.Stream<T> používá nastíněné principy a nabízí jednoduché metody,
které mohou být použité pro proudové zpracování dat. Náš kód lze přepsat takto:
roster.stream()
  .filter(
  p -> p.getGender() == Person.Sex.MALE
  && p.getAge() >= 18
  && p.getAge() <= 25)
  .map(p -> p.getEmailAddress())
  .forEach(email -> System.out.println(email));
Shrnutí: Principy proudového zpracování
dat
• Java Core API nabízí jednoduchá funkcionální rozhraní vhodná pro proudové zpracování dat.
• Díky generickým typům jsou tato rozhraní jsou nezávislá na tom, jaká data jsou v proudu
uložena.
• Rozhraní Stream poskytuje metody, které využívají funkcionální rozhraní pro definici
jednoduchých operací nad proudovými daty.
• Operace je aplikována na všechny objekty proudu.
• Většina těchto metod vrací "výsledný" proud jako výstupní hodnotu, takže lze operace snadno
řetězit.
Shrnutí/2
• Vývojáři mohou využít anonymní třídy pro snadnou definici proudových operací (implementaci
požadovaných rozhraní).
• Protože se ale jedná o funkcionální rozhraní, lze navíc použít kompaktní zápis pomocí lambda
výrazů.
• Resumé: Vývojáři mohou implementovat proudově-orientované zpracování dat s použitím
přístupu podobného funkcionálním jazykům.
162
Kolekce typu Stream
Nyní, když známe pozadí lambda výrazů a jejich souvislost s funkcionálními rozhraními v Java
Core API, zaměříme na jejich použití pro proudové zpracování dat zajišťované rozhraním
java.util.stream.Stream.
• Stream homogenní lineární struktura prvků (např. seznam)
• Rozhraní Stream<T> obsahuje dva typy operací:
◦ intermediate operations ("přechodné") — transformuje proud do dalšího proudu
◦ terminal operation ("terminální", "koncová") — vyprodukuje výsledek nebo má vedlejší
účinek
• jedná se o "lazy collections" — prvky se vyhodnotí, až když se zavolá terminální operace a
použije se její výsledek
 Neplést jsi se vstupně/výstupními proudy (java.io.InputStream/OutputStream)
Motivační příklad
List<String> list = List.of("MUNI", "VUT", "X");
int count = list.stream()
  .filter(s -> s.length() > 1)
  .mapToInt(s -> s.length())
  .sum();
// count is 7
• kolekci tranformujeme na proud
• použijeme pouze řetězce větší než 1
• transformujeme řetězec na přirozené číslo (délka řetězce)
• zavoláme terminální operaci, která čísla sečte
Vytvoření Stream
Stream obvykle vytváříme z prvků kolekce, pole, nebo vyjmenováním.
Stream<String> stringStream;
List<String> names = new ArrayList<>();
stringStream = names.stream();
String[] names = new String[] { "A", "B" };
stringStream = Stream.of(names);
163
stringStream = Stream.of("C", "D", "E");
Odkazy na metody
Lambda výraz, který pouze volá metodu, se dá zkrátit vytvořením odkazu na tu metodu:
String::length
Zjištění délky řetězce, totéž co lambda výraz s → s.length()
System.out::println
Vypsání prvku, totéž co lambda výraz s → System.out.println(s):
Příklad použití Stream
List<String> names = ...
names.stream()
  .map(String::toUpperCase)
  .forEach(System.out::println);
1. nejdříve vytvoří ze seznamu proud
2. pak každý řetězec převede pomocí toUpperCase (průběžná operace)
3. na závěr každý takto převedený řetězec vypíše (terminální operace)
Odpovídá sekvenční iteraci
for(String name : names) {
  System.out.println(name.toUpperCase());
}
Přechodné metody třídy Stream I
Přechodné metody vrací proud, na který aplikují omezení:
Stream<T> distinct()
bez duplicit (podle equals)
Stream<T> limit(long maxSize)
proud obsahuje maximálně maxSize prvků
Stream<T> skip(long n)
zahodí prvních n prvků
164
Stream<T> sorted()
uspořádá podle přirozeného uspořádání
Přechodné metody třídy Stream II
Stream<T> filter(Predicate<? super T> predicate)
• Predicate = lambda výraz s jedním parametrem, vrací booolean
• zahodí prvky, které nesplňují predicate
<R> Stream<R> map(Function<? super T,? extends R> mapper)
• mapper je funkce, která bere prvky typu T a vrací prvky typu R
• může vracet stejný typ, např. map(String::toUpperCase)
Mapovací funkce mapToInt, mapToLong, mapToDouble
• vracejí speciální IntStream, ..
• obsahuje další funkce — např. average()
Terminální metody třídy Stream I
• Terminální anebo ukončovací metody.
• Bývají agregačního charakteru (sum, count…).
long count()
vrací počet prvků proudu
boolean allMatch(Predicate<? super T> predicate)
vrací true, když všechny prvky splňují daný predikát
boolean anyMatch(Predicate<? super T> predicate)
vrací true, když alespoň jeden prvek splňuje daný predikát
void forEach(Consumer<? super T> action)
aplikuje action na každý prvek proudu, např. forEach(System.out::println)
Terminální metody třídy Stream II
<A> A[] toArray(IntFunction<A[]> generator)
• vytvoří pole daného typu a naplní jej prvky z proudu
• String[] stringArray = streamString.toArray(String[]::new);
<R,A> R collect(Collector<? super T,A,R> collector)
• vytvoří kolekci daného typu a naplní jej prvky z proudu
• Collectors je třída obsahující pouze statické metody
165
Příklady terminace do kolekce s Collectors
stream.collect(Collectors.toList());
stream.collect(Collectors.toCollection(TreeSet::new));
Příklad
int[] numbers = IntStream.range(0, 10) // 0 to 9
  .skip(2) // omit first 2 elements
  .limit(5) // take only first 5
  .map(x -> 2 * x) // double the values
  .toArray(); // make an array [4, 6, 8, 10, 12]
List<String> newList = list.stream()
  .distinct() // unique values
  .sorted() // ascending order
  .collect(Collectors.toList());
Set<String> set = Stream.of("an", "a", "the")
  .filter(s -> s.startsWith("a"))
  .collect(Collectors.toCollection(TreeSet::new));
  // [a, an]
Možný výsledek Optional
• Optional<T> findFirst()
◦ vrátí první prvek
• Optional<T> findAny()
◦ vrátí nějaký prvek
• Optional<T> max/min(Comparator<? super T> comparator)
◦ vrátí maximální/minimální prvek
 V jazyce Haskell má Optional název Maybe.
Použití Optional
Optional<T> má metody:
• boolean isPresent() — true, jestli obsahuje hodnotu
• T get() — vrátí hodnotu, jestli neexistuje, vyhodí výjimku
• T orElse(T other) — jestli hodnota neexistuje, vrátí other
166
int result = List.of(1, 2, 3)
  .stream()
  .filter(num -> num > 4)
  .findAny()
  .orElse(0);
// result is 0
Paralelní a sekvenční proud
List<Integer> integerList = List.of(1, 2, 3, 4, 5);
integerList.parallelStream()
  .forEach(i -> System.out.print(i + " "));
// 3 5 4 2 1
List<Integer> integerList = List.of(1, 2, 3, 4, 5);
integerList.stream()
  .forEach(i -> System.out.print(i + " "));
// 1 2 3 4 5
Konverze na proud — příklad I
Jak konvertovat následující kód na proud?
Set<Person> owners = new HashSet<>();
for (Car c : cars) {
  owners.add(c.getOwner());
}
Set<Person> owners = cars.stream()
  .map(Car::getOwner)
  .collect(Collectors.toSet());
 x → x.getOwner() se dá zkrátit na Car::getOwner
Cyklus s podmínkou na proud s filtrem
Set<Person> owners = new HashSet<>();
for (Car c : cars) {
  if (c.hasExpiredTicket()) owners.add(c.getOwner());
167
}
Set<Person> owners =
cars.stream()
  .filter(c -> c.hasExpiredTicket())
  .map(Car::getOwner)
  .collect(Collectors.toSet());
Další zdroje
• Benjamin Winterberg: Java 8 Stream Tutorial
• Amit Phaltankar: Understanding Java 8 Streams API
• Oracle Java Documentation: Lambda Expressions
Generické typy
• Generické typy = něco obecně použitelného, zobecnění
• Třídy v Javě mají společného předka, třídu Object.
• Potřebujeme-li pracovat s nějakými objekty, o kterých neznáme typ, můžeme využít společného
předka a pracovat s ním.
• Například do jednoho seznamu prvků Person vložíme prvky Employee i Manager současně.
• Synonymum: generické typy = generika.
Vtip
168
Deklarace seznamu vs generika
// no generics (obsolete)
public interface List { ... }
// generic type E
public interface List<E> { ... }
• do špičatých závorek umístíme symbol — seznam bude obsahovat prvky E (předem neznámého)
typu
• je doporučováno používat velké, jednopísmenné označení typů
• písmeno vystihuje použití — T je type, E je element
• E nahradíme jakoukoliv třídou nebo rozhraním
Příklad seznamu lidí
class Person { ... }
class Employee extends Person { ... }
class Manager extends Person { ... }
List<Person> people = new ArrayList<>();
// all items are people:
people.add(employee1);
people.add(manager1);
169
people.add(person1);
Jednoduché využití v metodách
E get1(int index);
Object get2(int index);
• get1 vrací pouze objekty, které jsou typu E — je vyžadován speciální typ
• get2 vrací libovolný objekt, tj. musíme pak přetypovávat
boolean add(E o);
• přidává do seznamu prvky typu E
Výhody generik
List numbers1 = new ArrayList();
numbers1.add(1);
numbers1.add(new Object()); // allowed, unwanted
Integer n = (Integer) numbers1.get(0);
List<Integer> numbers2 = new ArrayList<>();
numbers2.add(1);
numbers2.add(new Object()); // won't compile!
n = numbers2.get(0);
• do seznamu numbers1 lze vložit libovolný objekt
• při získávání objektů se spoléháme na to, že se jedná o číslo
• do numbers2 nelze obecný objekt vložit, je nutné vložit číslo
Motivace
• Chceme seznam různých typů seznamů, tak jej vytvoříme následovně:
List<List<Object>> listOfDifferentLists;
• Máme problém — seznam čísel není seznamem objektů:
List<Number> numbers = new ArrayList<Number>();
List<Object> general = numbers; // won't compile!
170
List<? super Number> general2 = numbers; // solution

Do seznamu, který obsahuje nejvýše čísla lze vkládat pouze objekty, které jsou
alespoň čísly.
Žolíci (wildcards) I
Generika poskytují nástroj zvaný žolík (wildcard) , který se zapisuje jako <?>.
List<Number> numbers = new ArrayList<Number>();
List<?> general = numbers; // OK
general.add("Not a number"); // won't compile!
• List<?> říká, že jde o seznam neznámých prvků.
• Jelikož nevíme, jaké prvky v seznamu jsou, nemůžeme do něj ani žádné prvky přidávat.
• Jedinou výjimkou je žádný prvek null, který lze přidat kamkoliv.

Abstraktní třída Number reprezentuje numerické primitivní typy (int, long,
double, …)
Žolíci (wildcards) II
• Ze seznamu neznámých objektů můžeme prvky číst.
• Každý prvek je alespoň instancí třídy Object:
public static void printList(List<?> list) {
  for (Object e : list) {
  System.out.println(e);
  }
}
Žolíci a polymorfismus I
Nasledující metoda dělá sumu ze seznamu čísel:
public static double sum(List<Number> numbers) {
  double result = 0;
  for (Number e : numbers) {
  result += e.doubleValue();
  }
  return result;
}
171
...
List<Number> numbers = List.of(1,2,3);
sum(numbers); // it works
List<Integer> integers = List.of(1,2,3);
sum(integers); // won't compile!
Žolíci a polymorfismus II
• Integer je Number a přesto seznam List<Integer> nelze použít!
• Nechceme List<Number>, řešením je seznam neznámých prvků, které jsou nejvýše čísly.
public static double sum(List<? extends Number> numbers) { ... }
• Toto použití žolíku má uplatnění i v rozhraní List<E>, např. v metodě addAll:
boolean addAll(Collection<? extends E> c);
• Uvědomte si následující — žolík je zkratka pro neznámý prvek rozšiřující Object.
Žolíci a dědičnost
Další použití žolíků:
• Parametrem metody je instance třídy, která je v hierarchii mezi třídou specifikovanou naším
obecným prvkem E a třídou Object.
• Například chceme setřídit množinu celých čísel.
• Existuje třídění podle:
◦ hodnoty metody hashCode() — na úrovni třídy Object
◦ čísla — na úrovni třídy Number
◦ celého čísla — na úrovni třídy Integer
• Konstruktor stromové setříděné mapy:
public TreeSet(Comparator<? super E> c);
Žolíci a více typů
• Deklarace obecného rozhraní setříděné mapy:
public interface SortedMap<K,V> extends Map<K,V> { ... }
172
• Je-li třeba použít více nezávislých obecných typů, zapíšeme je do zobáčků jako seznam hodnot
oddělených čárkou.
• K je key, V je value.
• Je možné použít i žolíků, viz následující příklad konstruktorů stromové mapy:
public TreeMap(Map<? extends K, ? extends V> m);
public TreeMap(SortedMap<K, ? extends V> m);
Generické metody
• Pro používání generik a žolíků v metodách platí stále stejná pravidla.
• Generická metoda = metoda parametrizována alespoň jedním obecným typem.
• Obecný typ nějakým způsobem váže typy proměnných a/nebo návratové hodnoty metody.
• Příklad statické metody, která přenese prvky z pole do seznamu (pole i seznam musí mít stejný
typ):
static <T> void arrayToList(T[] array, List<T> list) {
  for (T o : array) list.add(o);
}
• Ve skutečnosti nemusí být seznam list téhož typu — stačí, aby jeho typ byl nadtřídou typu
pole array.
• Např. Integer[] array a List<Number> list
◦ prvky z pole do seznamu se dají kopírovat (i když typy nejsou stejné!), protože Integer je
Number
Generics metody vs. wildcards
• Chceme, aby typ u generické metody spojoval parametry nebo parametr a návratovou hodnotu.
• Ne úplně správné (funkční) použití generické metody:
static <T, S extends T> void copy(List<T> destination, List<S> source);
• Lepší zápis, T spojuje dva parametry metody a přebytečné S je nahrazené žolíkem:
static <T> void copy(List<T> destination, List<? extends T> source);
 Metody jsou public, viditelnost je vynechána kvůli lepší přehlednosti.
173
Pole
• Pro pole nelze použít parametrizovanou třídu.
• Při vkládání prvků do pole runtime systém kontroluje pouze typ vkládaného prvku.
• Do pole řetězců bychom pak mohli vložit pole čísel a pod.
// generic array creation error
public <T> T[] returnArray() {
  return new T[10];
}
• Jde však použít třídu s žolíkem, který není vázaný:
List<?>[] pole = new List<?>[10];
Vícenásobná vazba generik I
• Uvažujme následující metodu, která vyhledává maximální prvek kolekce.
static Object max(Collection<T> c);
• Prvky kolekce musí implementovat rozhraní Comparable, což není syntaxí vůbec podchyceno.
◦ Zavolání této metody proto může vyvolat výjimku ClassCastException!
• Chceme, aby prvky kolekce implementovali rozhraní Comparable.
static <T extends Comparable<? super T>> T max(Collection<T> c);
// if generics are removed
static Comparable max(Collection c); // does not return Object!
Vícenásobná vazba generik II
• Signatura metody se změnila — má vracet Object, ale vrací Comparable!
◦ Metoda musí vracet Object kvůli zpětné kompatibilitě.
• Využijeme tedy vícenásobnou vazbu:
static <T extends Object & Comparable<? super T>> T max (Collection<T> c);
• Po výmazu má metoda správnou signaturu, protože v úvahu se bere první zmíněná třída.
• Obecně lze použít více vazeb, například když je obecný prvek implementací více rozhraní.
174
Závěr
• Generiky mají i další využití, například u reflexe.
• Tohle však již překračuje rámec začátečnického seznamování s Javou.
• Slidy vychází z materiálů
◦ Javy firmy Sun
◦ Generics in the Java Programming Language od Gilada Brachy
Vtip
Výjimky
• Výjimky jsou mechanizmem umožňujícím reagovat na nestandardní (tj. chybové) běhové
chování programu, které může mít různé příčiny:
◦ chyba okolí: uživatele, systému
◦ vnitřní chyba programu: tedy programátora.
• Proč výjimky?
◦ Mechanizmus, jak psát robustní, spolehlivé programy odolné proti chybám "okolí" i chybám
v samotném programu.
 Výjimky v Javě fungují podobně jako v dalších objektových jazycích (C++, Python).
175
Vytvoření výjimky
• Výjimka, Exception je objektem třídy (nebo podtřídy) java.lang.Exception.
• Existují 2 základní konstruktory:
Constructor Description
NullPointerException() Constructs a NullPointerException
with no detail message.
NullPointerException(String s) Constructs a NullPointerException
with the specified detail message.
 Preferujeme konstruktor se zprávou.
Vyhození výjimky
Objekt výjimky je vyhozen:
1. automaticky běhovým systémem Javy, nastane-li nějaká běhová chyba — např. dělení nulou
2. samotným programem použitím klíčového slova throw, zdetekuje-li nějaký chybový stav, na nějž
je třeba reagovat
◦ např. do metody je předán špatný argument
if (x <= 0) {
  throw new IllegalArgumentException("x was expected to be positive");
}
Co se stane s vyhozenou výjimkou?
Vyhozený objekt výjimky je buďto:
1. Zachycen v rámci metody, kde výjimka vznikla (v bloku catch).
2. Výjimka propadne do nadřazené (volající) metody, kde je buďto v bloku catch zachycena nebo
opět propadne atd.
◦ Výjimka tedy "putuje programem" tak dlouho, než je zachycena.
◦ Pokud není nikde zachycena, program skončí s hlášením o výjimce.
Jak reagovat na výjimku
• Jestli výjimku nezachytíme, způsobí pád programu.
• Proto existuje mechanismus try-catch bloku, který umožňuje reagovat na vyhození výjimky.
176
try
blok vymezující místo, kde může výjimka vzniknout
catch
blok, který se vykoná, nastane-li výjimka odpovídajícího typu
Try & catch
Příklad zachycení výjimky I
• Blok catch výjimku zachytí.
• Vyhození výjimky programátorem, výjimka je zachycena v catch bloku:
try {
  throw new NullPointerException();
} catch(NullPointerException e) {
  System.out.println("NPE was thrown and I caught it");
}
177
Příklad zachycení výjimky II
• Vyhození výjimky chybou programu (a její zachytění):
int[] array = new int[] { 16, 25 };
try {
  int x = array[2];
} catch(ArrayIndexOutOfBoundsException e) {
  System.err.println("Only index 0 or 1 can be used");
}
Try a catch pod lupou
• Jak funguje try blok?
◦ vykonává se příkaz za příkazen
◦ jestli dojde k vyhození výjimky, další kód v try se přeskočí a kontroluje se catch blok
◦ jestli nedojde k vyhození výjimky, kód se vykoná a bloky s catch se ignorují
• Jak funguje catch blok?
◦ syntax je catch(ExceptionType variableName) { … }
◦ jestli se typ výjimky zhoduje anebo je nadtřídou, vykoná se kód catch bloku
◦ jestli se typ výjimky nezhoduje, výjimka není zachycena
◦ catch bloků může být víc, pak se prochází postupně
◦ vždy se vykoná maximálně jeden catch blok
Příklad více catch bloky
try {
  String s = null;
  s.toString(); // NPE exception is thrown
  s = "This will be skipped";
} catch(IllegalArgumentException iae) {
  System.err.println("This will not be called");
} catch(NullPointerException npe) {
  System.err.println("THIS WILL BE CALLED");
} catch(ArrayIndexOutOfBoundsException e) {
  System.err.println("This entire block will be skipped");
}
178
Proměnná v catch
• Catch blok kromě typu výjimky obsahuje i proměnnou, která se dá použít v rámci bloku:
try {
  new Long("xyz");
} catch (NumberFormatException e) {
  System.err.println(e.getMessage());
}
Sloučení catch bloků
try {
  Person p = new Person(null);
} catch(NullPointerException e) {
  System.err.println("Invalid name.");
} catch(IllegalArgumentException e) {
  System.err.println("Invalid name.");
}
Operátor | sloučí stejné catch bloky:
try { ... }
  catch(NullPointerException | IllegalArgumentException e) {
  System.err.println("Invalid name.");
}
Reakce na výjimku — možnosti
Jak můžeme na vyhozenou výjimku reagovat?
Napravit příčiny vzniku chybového stavu
• opakovat akci (např. znovu nechat načíst vstup)
• poskytnout náhradu za chybný vstup (např. implicitní hodnotu)
Operaci neprovést
• sdělit chybu výše tím, že výjimku propustíme z metody (propadne z ní)
 Oracle Java Tutorials: Lesson: Handling Errors with Exceptions
179
Kaskády bloků catch
• Pokud catch řetězíme, musíme respektovat, že výjimka bude zachycena nejbližším příhodným
catch.
• Překladač si ohlídá, že kód neobsahuje nedosažitelné catch-bloky, např:
try {
  ...
} catch (Exception e) {
  ...
} catch (IllegalArgumentException e) {
  // won't compile, unreachable code
}

Výjimka z podtřídy (speciálnější) musí být zachycována dříve než výjimka
obecnější.
Výjimky — jak ne I
try {
  ...
} catch ( Exception e ) {
  ...
}
Problém: Zachytávame všechny výjimky, některé výjimky ale vždy chceme propouštět.
Řešení: Použít v catch speciálnější typ třídy.
Výjimky — jak ne II
try {
  ...
} catch ( NullPointerException e ) {
}
Problém: Prázdny catch blok — nedozvíme se, že výjimka byla vyhozena.
Řešení: Logovat, vypsat na chybový výstup nebo použít e.printStackTrace();
180
Výjimky — jak ne III
try {
  throw new NoSuchMethodException();
} catch ( NoSuchMethodException e ) {
  throw e;
}
Problém: Kód zachytí a následně vyhodí stejnou výjimku.
Řešení: Blok catch smazat — je zbytečný.
Repl.it demo k výjimkám - základy
• https://repl.it/@tpitner/PB162-Java-Lecture-09-exceptions
Blok finally
• Blok finally obvykle následuje po blocích catch.
• Zavolá se vždy, tj.
◦ když je výjimka zachycena blokem catch
◦ když je výjimka propuštěna do volající metody
◦ když výjimka nenastane
 Používá se typicky pro uvolnění (systémových) zdrojů, např. uzavření souborů.
Příklad na finally
• Zavírání vstupu (IO bude probíráno později):
InputStream is = null;
try {
  // trying to read from the file
  is = new FileInputStream("data.bin");
} catch (IOException e) {
  e.printStackTrace();
} finally {
  if (is != null) is.close();
}
181
Blok finally bez catch
• Dokonce existuje možnost try-finally
◦ pro případy typu "potřebuji zavřít soubor jestli se výjimka vyhodí anebo ne"
InputStream is = null;
try {
  // trying to read from the file
  is = new FileInputStream("data.bin");
} finally {
  if (is != null) is.close();
}
Na zamyšlení
• Příkaz return udělá okamžitý návrat z metody.
• Blok finally se vždy vykoná.
• Co vrátí následující kód?
try {
  return 5;
} finally {
  return 4;
}
Řešení: Obsah finally se vykoná skutečně vždy.
Hierarchie výjimek I
182
Hierarchie výjimek II
Throwable — obecná třída pro vyhazovatelné objekty, dělí se na:
• Error — chyby způsobené prostředím
◦ OutOfMemoryError, StackOverFlowError
◦ je téměř nemožné se z nich zotavit
◦ překladač o nich neví
• Exception — chyby způsobené aplikací
◦ ClassCastException, NullPointerException, IOException
◦ je možné se z nich zotavit
◦ překladač neví jenom o podtřídě RuntimeException
Hlídané & nehlídané výjimky
Existují 2 typy výjimek (Exception):
• běhové (nehlídané), unchecked:
◦ dědí od třídy RuntimeException
◦ NullPointerException, IllegalArgumentException
◦ netřeba je definovat v hlavičkách metody
◦ reprezentují chyby v programu
• hlídané, checked:
◦ dědí přímo od třídy Exception
◦ IOException, NoSuchMethodException
◦ je nutno definovat v hlavičkách metody použitím throws
◦ reprezentují chybový stav (zlý vstup, chybějíci soubor)
Metody propouštějící výjimku I
• Výjimky, které nejsou zachyceny pomocí catch mohou z metody propadnout výše.
• Tyhle výjimky jsou indikovány v hlavičce metody pomocí throws:
public void someMethod() throws IOException {
  ...
}
• Pokud hlídaná výjimka nikde v těle nemůže vzniknout, překladač ohlási chybu.
183
// Will not compile
public void someMethod1() throws IOException { }
Metody propouštějící výjimku II
Pokud throws u hlídaných výjimek chybí, program se nezkompiluje:
// Ok
public void someMethod1() {
  throw new NullPointerException("Unchecked exception");
}
// Will not compile
public void someMethod1() {
  throw new IOException("Checked exception");
}
 Pozor na rozdíl mezi throw a throws
Příklad s propouštěnou výjimkou
public static void main(String[] args) {
  try {
  openFile(args[0]);
  System.out.println("File opened successfully");
  } catch (IOException ioe) {
  System.err.println("Cannot open file");
  }
}
private static void openFile(String filename) throws IOException {
  System.out.println("Trying to open file " + filename);
  FileReader r = new FileReader(filename);
  // success, now do further things
}
Stručné shrnutí
• u hlídaných výjimek musí být throws
• u nehlídaných výjimek může být throws
// throws is not neccessary
public void someMethod1() throws NullPointerException {
  throw new NullPointerException("Unchecked exception");
184
}
// throws is neccessary
public void someMethod2() throws IOException {
  throw new IOException("Checked exception");
}
Vytváření vlastních výjimek
• Třídy výjimek si můžeme definovat sami.
• Bývá zvykem končit názvy tříd výjimek na Exception:
Konstruktory výjimek
Ideální je definovat 4 konstruktory:
Constructor Description
IllegalArgumentException() Constructs an
IllegalArgumentException with no
detail message.
IllegalArgumentException(String s) Constructs an
IllegalArgumentException with the
specified detail message.
IllegalArgumentException(String
message, Throwable cause)
Constructs a new exception with the
specified detail message and cause.
IllegalArgumentException(Throwable
cause)
Constructs a new exception with the
specified cause and …
185
Příklad vlastní výjimky
• Vytvoření hlídané výjimky (nehlídaná dědí od RuntimeException):
public class MyException extends Exception {
  public MyException(String s) {
  super(s);
  }
  public MyException(Throwable cause) {
  super(cause);
  }
  ...
}
 U výjimek stejně jako u jiných tříd můžeme mít atributy, konstruktory, atd.
Použití vlastní výjimky I
• Použití konstruktoru se String message:
public void someMethod(Thing badThing) throws MyException {
  if (badThing.happened()) {
  throw new MyException("Bad thing happened.");
  }
}
Použití vlastní výjimky II
• Konstruktor s Throwable se použivá na obalování výjimek (i errorů).
• Výhodou je, že při volání someMethod() nemusíme řešit všechny možné typy výjimek:
public void someMethod() throws MyException {
  try {
  doStuff();
  } catch (IOException | IllegalArgumentException e) {
  throw new MyException(e);
  }
}
public void doStuff() throws IOException, IllegalArgumentException {
  ...
}
• Výjimky se dají zachytávat a řetězit:
186
try {
  int[] array = new int[1];
  a[4] = 0;
  System.out.println("Never comes to here");
} catch(ArrayIndexOutOfBoundsException e) {
  System.out.println("ArrayIndexOutOfBoundsException has been thrown, continue in
code");
  // Puts chain of previous exception
  throw new MyException("Exception occured", e);
} finally {
  System.out.println("This always happens");
}
Repl.it demo k vlastním výjimkám
• https://repl.it/@tpitner/PB162-Java-Lecture-10-own-exceptions
Závislosti mezi objekty
Vložení závislostí
• Dependency Injection (DI) je postup, kdy deklarativním způsobem (přímo uvnitř javového kódu
nebo vnějším popisovačem, např. XML) označíme, kde je očekáváno na začátku životního cyklu
objektu vložení odkazu na objekt, na němž náš závisí - tedy vložení závislosti.
Příklad bez DI
• Příklad použití závislosti:
• objekt manažeru dat závisí na objektu databáze = potřebuje ho pro svou činnost (metodu
getData);
• objekt databáze se do něj dostane už při konstrukci = na začátku životního cyklu manažeru;
• objekt database může nebo nemusí (časteji) být po dobu života manažeru vyměněn.
• Výhodné je, když je Database rozhraní - může být implementováno různými třídami.
public class DataManager {
  private Database database;
  public DataManager(Database db) { this.database = db; }
  public Data getData() { return database.getData(); }
}
187
Variantně bez DI
• Nastavení závislosti metodou set
• Nevýhodou je, že mezi konstrukcí a nastavením závislosti je objekt manažeru očividně
nepoužitelný.
public class DataManager {
  private Database database;
  public DataManager() { }
  public void setDatabase(Database db) { this.database = db; }
  public Data getData() { return database.getData(); }
}
Životní cyklus bez DI
• Nastavení závislosti musíme provést sami.
• Nejdříve vytvoř prvý objekt - databáze, poté druhý objekt (manažer dat) a propoj závislost.
public static void main(String[] args) {
  // database is hardwired here - only MyDatabase is used & no other
  Database db = new MyDatabase(...);
  DataManager manager = new DataManager();
  manager.setDatabase(db);
  // now the manager is ready to give data
  Data data = manager.getData();
}
EJ: Tip XXX: Prefer dependency injection
over hardwiring dependencies
• Existují nástroje, které zvnejšku zajistí, že do objektu je přidán vhodný objekt závislosti.
• Například do manažeru dat je přidána správná databáze = vhodný objekt implementující
rozhraní Database.
• Vnější vložení závislosti je posláním rámců (kontejnerů) pro vkládání závislostí, dependency
injection frameworks.
• Velmi jednoduchý rámec pro DI je Google Guice
• Populární je Spring Framework, ale ten je významně obsáhlejší a kvůli samotnému DI je
kanónem na vrabce.
188
Příklad s Guice
• Příklad viz https://github.com/google/guice/wiki/Motivation
• Třída RealBillingService závisí na CreditCardProcessor a TransactionLog
public class RealBillingService implements BillingService {
  private final CreditCardProcessor processor;
  private final TransactionLog transactionLog;
  @Inject
  public RealBillingService(CreditCardProcessor processor,
  TransactionLog transactionLog) {
  this.processor = processor;
  this.transactionLog = transactionLog;
  }
  public Receipt chargeOrder(PizzaOrder order, CreditCard creditCard) {
  try {
  ChargeResult result = processor.charge(creditCard, order.getAmount());
  transactionLog.logChargeResult(result);
  return result.wasSuccessful()
  ? Receipt.forSuccessfulCharge(order.getAmount())
  : Receipt.forDeclinedCharge(result.getDeclineMessage());
  } catch (UnreachableException e) {
  transactionLog.logConnectException(e);
  return Receipt.forSystemFailure(e.getMessage());
  }
  }
}
Konfigurace DI v Guice
• Náš Module musí implementovat rozhraní Guice Module
• V konfiguraci přiřadíme každému rozhraní (vlevo) třídu (vpravo), kterou v jeho roli budeme
používat.
public class BillingModule extends AbstractModule {
  @Override
  protected void configure() {
  bind(TransactionLog.class).to(DatabaseTransactionLog.class);
  bind(CreditCardProcessor.class).to(PaypalCreditCardProcessor.class);
  bind(BillingService.class).to(RealBillingService.class);
  }
}
189
Vlastní "sdrátování" DI v Guice
public static void main(String[] args) {
  Injector injector = Guice.createInjector(new BillingModule());
  BillingService billingService = injector.getInstance(BillingService.class);
  ... // the TransactionLog and CreditCardProcessor follow
  }
Avoid unnecessary objects
Eliminate obsolete object references
Avoid finalizers and cleaners
• Finalizér, tzn. metoda finalize() vlastní všem objektům, může teoreticky být překryta a tím
umožněn adekvátní "likvidační" postup při zániku objektu - sestávající obvykle z uvolnění
systémových zdrojů - síťové sokety, spojení na databázi atd.
• V Javě nicméně není zaručeno, že se finalizér skutečně zavolá - JVM jej nemusí volat, pokud
nepotřebuje fyzicky uvolnit paměť obsazenou (již nepoužívaným) objektem.
• I kdyby finalizér zavolán byl, zůstává problém s určením okamžiku, kdy je volán a v jakém
pořadí jsou finalizéry na mrtvých objektech volány.
• Celkově tedy na finalize() nespoléhat a nepoužívat je - zdroje uvolňovat explicitním zavoláním
vhodné metody.
Vnořené, vnitřní a anonymní třídy
Vnořené
definované uvnitř jiné třídy jako její prvek - podobně jako metody nebo atributy
Lokální
definované uvnitř metody podobně jako lokální proměnná
Vnitřní
jako vnořené, ale potřebují ke své instanciaci objekt vnější třídy, v níž jsou definovány Inner
inner = outer.new Inner()
Anonymní
vnitřní, ovšem nepojmenované, pojmenuje si je překladač sám stylem Person$1
190
Vnořená třída
• definované uvnitř jiné třídy jako její prvek - podobně jako metody nebo atributy
• je uvozené klíčovým slovem static, pak se jedná o statickou vnořenou třídu
• chybí-li static, jedná se o nestatickou vnořenou třídu označovanou jako vnitřní třída (inner class)
viz dále
Statická vnořená třída
• Použití statické vnořené třídy je dobrá praktika - zapouzdření.
• Lze ji mít jako private, pak není vidět zvenčí.
• Přesto je použitelná v rámci atributů metod obklopující vnější třídy.
• I opačně - statická vnořená třída může používat i privátní metody a atributy své vnější třídy.
Příklad statické vnořené
public class Enclosing {
  private static int x = 1;
  public static class StaticNested {
  private void run() { ...}
  }
  public void test() {
  // StaticNested is of course visibile here -
  // even if it were private
  StaticNested nested = new StaticNested();
  nested.run();
  }
}
class Another {
  public void test() {
  // works since both Enclosing & StaticNested are visible here
  Enclosing.StaticNested nested = new Enclosing.StaticNested();
  nested.run();
  }
}
 blíže viz Java Nested Classes
Příklad statické vnořené Map.Entry
public class MapDemo {
  public static void main(String[] args) {
191
  Map<String, String> map = new HashMap<>();
  for(Map.Entry<String, String> entry: map.entries()) {
  // do something for each (key, value) pair:
  // entry.getKey(), entry.getValue()
  // or entry.setValue(...)
  }
  }
}
 blíže viz Interface Map.Entry<K,V>
Vnitřní
• Vnitřní = nestatická vnořená třída
• Objekt takové třídy potřebuje ke své instanciaci objekt své vnější třídy.
• Inner inner = outer.new Inner()
Příklad vnitřní
public class KarelGame {
  // will be visible from Karel, too
  private static enum Heading { LEFT, RIGHT }
  private int[] field = {0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0 };
  // this Karel is bound to a KarelGame
  private Karel karel = new Karel();
  // inner class
  public class Karel {
  private int position = 0;
  public void put() {
  // the field in KarelGame is accessible from Karel's method
  // even though it is private
  if(field[position] < MAX_ITEMS) field[position]++;
Anonymní
• vnitřní, ovšem nepojmenované
• na jednom místě se definuje a zároveň i jednou použije (instanciuje)
• většinou jako implementace rozhraní nebo abstraktní třídy
Příklad anonymní
192
Koncepce vstupně/výstupních operací v Javě
• V/V operace jsou založeny na vstupně/výstupních proudech (streams).
• Tím pádem je možno značnou část logiky programu psát nezávisle na tom, o který konkrétní typ
V/V zařízení jde.
• Současně s tím jsou díky tomu V/V operace plně platformově nezávislé.
Table 2. Vstupně/výstupní proudy
typ dat vstupní výstupní
binární InputStream OutputStream
znakové Reader Writer
Vstupy a výstupy v Javě
Zdroj: http://www.tutorialspoint.com/java/
Je toho příliš mnoho?
193
API proudů
• Téměř vše ze vstupních/výstupních tříd a rozhraní je v balíku java.io.
• Počínaje Java 1.4 se rozvíjí alternativní balík java.nio (New I/O), zde se ale budeme věnovat
klasickým I/O z balíku java.io.
• Blíže viz dokumentace API balíků java.io, java.nio.
Skládání vstupně/výstupních proudů
Proudy jsou koncipovány jako "stavebnice" — lze je spojovat za sebe a tím přidávat vlastnosti:
// casual input stream
InputStream is = System.in;
// bis enhances stream with buffering option
BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(is);
 Neplést si streamy (proudy dat) s lambda streamy!
194
Návrhový vzor Decorator
• Jedná se o použití návrhové vzoru Decorator:
◦ "Nízkoúrovňové" třídy (např. FileReader) odpovídají třídě ConcreteComponent ze vzoru a
poskytují základní funkcionalitu.
◦ "Obalující" třídy, jejichž konstruktor vyžaduje již existující proud (např. BuferedReader) jsou
dekorátory, které se "předsadí" před původní objekt a poskytují dodatečné metody. Na
pozadí přitom komunikují s původním objektem.
◦ Klientský kód může komunikovat jak s dekorátorem, tak přímo s původním objektem.
Stručné shrnutí
Closable bytes closable characters closable lines closable
Input InputStream InputStreamReader BufferedReader
Output OutputStream OutputStreamWriter BufferedWriter
Základem znakových vstupních proudů je abstraktní třída Reader (pro výstupní Writer).
Konverze binárního proudu na znakový
• Ze vstupního binárního proudu InputStream (čili každého) je možné vytvořit znakový Reader.
• Ale pozor. Jedná se dvě různé hierarchie. Nelze tedy například vytvořit binární proud a
konvertovat ho na buffered reader:
FileInputStream is = new FileInputStream("file.txt");
BufferedReader reader = new BufferedReader(is); // Syntax error - incompatible type of
is
Konverze binárního proudu na znakový
(pokr.)
Musí se použít k tomu určená třída InputStreamReader (obdobně pro výstupní proudy
OutputStreamWriter).
// binary input stream
InputStream is = ...
// character stream, decoding uses standard charset
Reader reader = new InputStreamReader(is);
// charsets are defined in java.nio package
Charset charset = java.nio.Charset.forName("ISO-8859-2");
// character stream, decoding uses ISO-8859-2 charset
195
Reader reader2 = new InputStreamReader(is, charset);
• Podporované názvy znakových sad naleznete na webu IANA Charsets .
 Na zjištění, jestli je možné z čtenáře číst, se používa metoda reader.ready().
• InputStreamReader (i OutputStreamWriter) implementuje návrhový vzor Bridge:
◦ Hierarchie tříd InputStream představuje implementaci čtení binárních dat ze vstupních
proudů.
◦ InputStreamReader pak převádí tato binární data do abstrakce textových dat.
Konverze znakového proudu na "buffered"
InputStreamReader isr = new InputStreamReader(is);
// takes another Reader and makes it bufferable
BufferedReader br = new BufferedReader(isr);
// BufferedReader supports read by line
String firstLine = br.readLine();
String secondLine = br.readLine();
Znakové výstupní proudy
• Jedná se o protějšky k vstupním proudům, názvy jsou konstruovány analogicky (např.
FileReader → FileWriter).
• Místo generických metod read mají write(…).
OutputStream os = System.out;
os.write("Hello World!");
// we have to use generic newline separator
os.write(System.lineSeparator());
// bw has special method for that
BufferedWriter bw = new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(os));
bw.newline();
Zavírání proudů a souborů
• Soubory zavíráme vždy.
• Proudy nezavíráme.
• Když zavřeme System.out, metoda println pak přestane vypisovat text.
196
Povinné zavírání proudů
• Při otevření souboru (a konverzi na proud) se musíme postarat o dodatečné uzavření souboru.
• Před Java 7 se to muselo dělat blokem finally:
public String readFirstLine(String path) throws IOException {
  BufferedReader br = new BufferedReader(new FileReader(path));
  try {
  return br.readLine();
  } finally {
  if (br != null) br.close();
  }
}
Nově sa dá použít tzv. try-with-resources:
public String readFirstLine(String path) throws IOException {
  try (BufferedReader br = new BufferedReader(new FileReader(path))) {
  return br.readLine();
  }
}
Více proudů
Pomocí try-with-resources lze ošetřit i více proudů současně — zavřou se pak všechny.
try (
  ZipFile zf = new ZipFile(zipFileName);
  BufferedWriter writer = new BufferedWriter(outputFilePath, charset)
  ) {
  ...
}

Obecně lze do hlavičky try-with-resources dát nejen proud, ale cokoli, co
implementuje java.io.Closeable.
Repl.it demo k vstupům a výstupům
• https://repl.it/@tpitner/PB162-Java-Lecture-11-input-and-output
197
Výpis textu PrintStream a PrintWriter
PrintStream
je typ proudu standardního výstupu System.out (a chybového System.err).
• Vytváří se z binárního proudu, lze jím přenášet i binární data.
• Většina operací nevyhazuje výjimky, čímž uspoří neustálé hlídání (try-catch).
• Na chybu se lze zeptat pomocí checkError().
PrintWriter
pro znaková data
• Vytváří se ze znakového proudu, lze specifikovat kódování.
Příklad s nastavením kódování:
PrintWriter writer = new PrintWriter(new OutputStreamWriter(output, "UTF-8"));
Načítání vstupů (například z klávesnice)
• Třída java.io.Scanner - pro čtení z obecného proudu (ale i stdin)
• Nebo třída java.io.Console - přímo vždy z konzoly

Čtení z konzoly je typické pro aplikace spouštěné z příkazové řádky a není tudíž
vždy možné - např. když spouštíme na serveru, v cloudu…
Repl.it demo ke třídě Scanner
• https://repl.it/@tpitner/PB162-Java-Lecture-11-scanner
Repl.it demo ke třídě Console
• https://repl.it/@tpitner/PV168-Java-Seminar-Console
Serializace objektů I
Postupy ukládání a rekonstrukce objektů:
serializace
postup, jak z objektu vytvořit sekvenci bajtů perzistentně uložitelnou na paměťové médium
(disk) a později restaurovatelnou do podoby výchozího javového objektu.
198
deserializace
je právě zpětná rekonstrukce objektu

Aby objekt bylo možno serializovat, musí implementovat prázdné rozhraní
java.io.Serializable.
Serializace objektů II
• Proměnné objektu, které nemají být serializovány, musí být označeny modifikátorem, klíčovým
slovem, transient.
• Pokud požadujeme "speciální chování" při (de)serializaci, musí objekt definovat metody:
private void writeObject(ObjectOutputStream stream) throws IOException
private void readObject(ObjectInputStream stream) throws IOException,
ClassNotFoundException
ObjectInputStream je proud na čtení serializovaných objektů.
Návrhový vzor Memento
• (De)serializace souvisí návrhovým vzorem Memento:
◦ Vzor umožňuje odložit si aktuální stav objektu a později ho obnovit.
◦ (De)serializace v Javě tak může sloužit ke snadné implementaci tohoto vzoru.
Odkazy
Java Oracle Tutorial — essential Java I/O
Hlavní balíky V/V operací
• Základní věci jsou v balících java.io, java.nio.file.
• Základem je třída java.io.File
Práce se soubory přes objekty File
• Objekt třídy File je de facto nositelem jména souboru, jakási "brána" k fyzickým souborům na
disku.
• Nejde tedy o datovou strukturu nesoucí např. obsah souboru.
• Používá se jak pro soubory, tak adresáře, linky i soubory identifikované UNC jmény
• Je plně platformově nezávislé.
199
Odlišnosti systémů souborů
Na odstínění odlišností jednotlivých systémů souborů lze použít vlastností (uvádíme jejich hodnoty
pro JVM pod systémem MS Windows):
File.separatorChar
\\ jako char
File.separator
totéž jako String
File.pathSeparatorChar
: jako char
File.pathSeparator
totéž jako String
System.getProperty("user.dir")
adresář uživatele, pod jehož UID je proces JVM spuštěn
Vytvoření objektu File
Pro vytvoření objektu třídy File konstruktorem (NEJEDNÁ SE PŘÍMÉ VYTVOŘENÍ SOUBORU NA
DISKU!) máme několik možností:
new File(String _filename_)
zpřístupní v aktuálním adresáři soubor s názvem filename
new File(File _baseDir_, String _filename_)
zpřístupní v adresáři baseDir soubor s názvem filename
new File(String _baseDirName_, String _filename_)
zpřístupní v adresáři se jménem baseDirName soubor s názvem filename
new File(URL _url_)
zpřístupní soubor se souborovým (file:) URL url
Existence a povaha souboru
boolean exists()
vrátí true, právě když zpřístupněný soubor (nebo adresář) existuje
boolean isFile()
test, zda jde o soubor a nikoli adresář
200
boolean isDirectory()
test, zda jde o adresář
Přístupová práva k souboru
boolean canRead()
mám právo čtení souboru?
boolean canWrite()
mám právo zápisu souboru?
Vytvoření souboru/adresáře
boolean createNewFile()
zkusí vytvořit soubor soubor a vrací true, právě když se podaří vytvořit.
boolean mkdir()
obdobně pro adresář
boolean mkdirs()
navíc si umí dotvořit i příp. neexistující adresáře na cestě
Vytvoření dočasného souboru
static File createTempFile(String _prefix_, String _suffix_)
Vytvoření dočasného (temporary) souboru — skutečně fyzicky vytvoří dočasný soubor ve
standardním, pro to určeném, adresáři (např. c:/temp) s uvedeným prefixem a sufixem názvu
static File createTempFile(String _prefix_, String _suffix_, File _directory_)
dtto, ale vytvoří dočasný soubor v zadaném adr. directory
Smazání, přejmenování
boolean delete()
zrušení souboru nebo adresáře
boolean renameTo(File _dest_)
přejmenuje soubor nebo adresář (neumí přesun souboru/adresáře)
Další vlastnosti
long length()
délka (velikost) souboru v bajtech
201
long lastModified()
čas poslední modifikace v ms od začátku éry — tj. ve stejných jednotkách a škále jako systémový
čas vracený System.currentTimeMillis().
String getName()
jen jméno souboru (tj. poslední část cesty)
String getPath()
celá cesta k souboru i se jménem
String getAbsolutePath()
absolutní cesta k souboru i se jménem
String getParent()
adresář, v němž je soubor nebo adresář obsažen
• Blíže viz dokumentace API třídy File.
Práce s adresáři
• Klíčem je opět třída File, použitelná i pro adresáře
• Jak např. získat (filtrovaný) seznam souborů v adresáři?
• Pomocí metody File[] listFiles(FileFilter ff) nebo podobné File[] listFiles(FilenameFilter fnf).
• FileFilter je rozhraní s jedinou metodou boolean accept(File pathname)
• obdobně FilenameFilter
• Viz Popis API java.io.FilenameFilter.
Rozšíření práce se soubory
• Balík java.nio
• Třída java.nio.file.Path
• Mnoho praktických tříd a metod, v nových verzích Javy:
◦ pohotové čtení textů ze souboru,
◦ navštěvování souborů v adresáři, ** spousta dalších možností
Balík java.nio
• Třída Path jako nová a mocnější reprezentace cesty k souboru
• Pomocná třída Paths
• Pomocná třída Files pro pokročilejší manipulaci se soubory
202
Path
• Nástupce File, konceptuálně zhruba totéž, ale s více možnostmi
• Instance jsou nemodifikovatelné a vláknově bezpečné.
• Podporuje více systémů souborů na jednom počítači
• Nabízí metody jako getFileName, getParent, getRoot a subpath.
• Objekt Path je porovnatelný, iterovatelný a sledovatelný (Comparable<Path>, Iterable<Path>,
Watchable).
• Zejména sledovatelnost je novou vlastností, umožňuje reagovat na změny v systému souborů
(např. v adresáři).
Zajímavé metody Path
• Kompletní dokumentace Path API
• Užitečné metody:
resolve
umožňuje vyhodnotit danou cestu vůči jiné (např. relativní cestu vůči aktuálnímu adresáři)
relativize
naopak relativizuje, vytvoří relativní z absolutní, když zadáme výchozí adresář.
startsWith, endWith
podobně jako u řetězců, ale funguje na úseky cesty.
Files
• Typická "utility class", třída nabízející statické metody.
• Týkají se souborových systémů, souborů, adresářů atd.
• Nabízí metody pro:
◦ kopírování
◦ mazání
◦ procházení (traverzace) systému souborů
◦ přístup k metadatům souborů (čas, práva, uživatel)
◦ přímé vytváření proudů (např. newBufferedReader)
• Další v tutoriálu Oracle File Operations
• Kompletní dokumentace Files API
203
Repl.it demo ke třídě Path
• https://repl.it/@tpitner/PB162-Java-Lecture-12-files
Kódování znaků a národní prostředí
Locale
národní prostředí, zahrnuje abecedu, kódování, zápis času/data, měny a národní jazyk
Charset
množina dostupných znaků, které program (typicky v řetězcích) může využít
Encoding
kódování znaků na vnějších zařízeních
Volba kódování
• U mnoha (většiny) I/O operací a proudů lze při vytvoření navolit, které kódování se
předpokládá nebo chce.
• Nebo ponechat kódování výchozí (system-default) převzaté ze systému, kde aplikace (JVM) běží.
Implicitní kódování
• V některých případech je výchozí kódování nastaveno napevno bez ohledu na systémová
nastavení.
• Některé metody JDK neumožňují zadání znakové sady a vždy předpokládají "výchozí" znakovou
sadu UTF-8 pouze pro danou metodu a bez ohledu na lokalizaci nebo konfiguraci systému.
• Většina moderních systémů má UTF-8 stejně jako výchozí.
• Např. metody utilitní třídy Files vytvořené kvůli jednoduchosti použití:
◦ Files.newBufferedReader(Path),
◦ Files.newBufferedWriter(Path, OpenOption…),
◦ Files.readAllLines(Path),
◦ Files.write(Path, Iterable, OpenOption…) či
◦ Files.lines(Path).
Řešení: implicitně UTF-8
• Od Javy 18 je UTF-8 výchozí znakovou sadu standardních rozhraní API Javy:
Díky této změně se budou rozhraní API závislá na výchozí znakové sadě chovat
konzistentně ve všech implementacích, operačních systémech, místních jazycích a
204
konfiguracích.
-- https://openjdk.org/jeps/400
Zjištění kódování [1/2]
out.println("Default Locale: " + Locale.getDefault());
out.println("Default Charset: " + Charset.defaultCharset());
out.println("file.encoding; " + System.getProperty("file.encoding"));
out.println("sun.jnu.encoding: " + System.getProperty("sun.jnu.encoding"));
out.println("Default Encoding: " + getEncoding());
 Výše uvedený kód bude fungovat, deklarujeme-li na začátku import objektu out:
import static java.lang.System.out;
Zjištění kódování [2/2]
Vypíše se:
Default Locale: cs_CZ
Default Charset: UTF-8
file.encoding; UTF-8
sun.jnu.encoding: UTF-8
Default Encoding: UTF8
Soubory vlastností, property files
• Textové soubory formátu: řádek = záznam
• Každý záznam má podobu: klíč=hodnota
• Jsou to texty, je jen na nás, jak hodnotu interpretujeme.
iconSize=24
iconImg=myico.png
iconTitle=My icon
Příklad použití
import java.util.Properties;
...
Properties iconProps = new Properties();
iconProps.loadFromXML(new FileInputStream("iconProps.properties"));
205
int size = Integer.parseInt(iconProps.getProperty("iconSize"));
 10 Java Properties Best Practices
Konfigurace aplikace pomocí Properties ?
• Chceme Properties pro nastavení/konfiguraci aplikace?
• Možná jsou lepší alternativou java.util.prefs:
• java.util.prefs.Preferences
• Podobný princip jako "systémové registry" ve Windows nebo soubory .rc v Linuxu
• Konfigurace specifická pro celý systém (=všechny uživatele dané aplikace)
• Konfigurace specifická pro jednoho uživatele dané aplikace
Kódování souborů vlastností
• V předchozích verzích se pro načítání balíčků prostředků vlastností používalo kódování ISO-
8859-1 (=ISO Latin 1).
• Je OK pro západní abecedy.
• Již pro evropské východní nevyhovuje, pro asijské vůbec.
Soubory vlastností UTF-8 od Java 9
• V Javě SE 9 se soubory vlastností načítají v kódování UTF-8.
• UTF-8 je mnohem pohodlnější způsob reprezentace nelatinkových znaků.
• Načítač umí dokonce rozpoznat, kdy jsou v souboru .properties non-UTF-8 znaky, čili jedná se o
starý formát ISO-Latin-1. Pak to načte opakovaně správně.
Kompatibilita
• Většina stávajících souborů vlastností by neměla být ovlivněna
• UTF-8 a ISO-8859-1 mají stejné kódování pro znaky ASCII.
• Lidsky čitelné ne-ASCII kódování ISO-8859-1 není platné UTF-8.
• Pokud je zjištěna neplatná posloupnost bajtů UTF-8, běhové prostředí Javy automaticky znovu
načte soubor v kódování ISO-8859-1.
Pokud se vyskytne problém, zvažte následující možnosti:
• Převeďte soubor vlastností do kódování UTF-8.
• Zadejte systémovou vlastnost runtime pro kódování souboru vlastností, jako v tomto příkladu:
206
java.util.PropertyResourceBundle.encoding=ISO-8859-1
 blíže na Java 9 Internationalization
Vtip
Nástroj JAR
• Javové programy se distribuují k uživateli různými způsoby.
• Ať už je způsob jakýkoli, většinou se však kód pro účel šíření balí pomocí nástroje jar (Java
ARchiver).
• Distribucí nemyslíme použití nástroje typu "InstallShield"…, ale spíše něčeho podobného tar /
ZIP.
• Java na sbalení množiny souborů zdrojových i přeložených (.class) a dalších nabízí nástroj jar .
• Sbalením vznikne soubor (archív) .jar formátově podobný ZIP u (obvykle je to ZIP formát), ale
nemusí být komprimován.
• Kromě souborů obsahuje i metainformace (tzv. MANIFEST)
• Součástí archívu nejsou jen .class soubory, ale i další zdroje, např. obrázky, soubory s
národními variantami řetězců (resouce bundles), zdrojové texty programu, dokumentace …
207
Spuštění jar
• Spuštění: jar {ctxu} [vfm0M] [jar-file] [manifest-file] [-C dir] files
◦ c - vytvoří archív
◦ t - vypíše obsah archívu
◦ x - extrahuje archív
◦ u - aktualizuje obsah archívu
• Volby:
◦ v - verbose
◦ 0 - soubory nekomprimuje
◦ f - pracuje se se souborem, ne se "stdio"
◦ m - přibalí metainformace z manifest-file
• Parametr files uvádí, které soubory se sbalí, mohou být i nejavové (např. dokumentace API
nebo datové soubory)
jar - příklad
• Vezměme následující zdrojový text třídy JarDemo v balíku tomp.ucebnice.jar, tj. v adresáři
c:\tomp\pb162\java\tomp\ucebnice\jar
• Vytvoříme archív se všemi soubory z podadresáře tomp/ucebnice/jar (s volbou c - create, v verbose,
f - do souboru):
• jar cvf jardemo tomp/ucebnice/jar
• Vzniklý .jar soubor lze prohlédnout/rozbalit také běžným nástrojem typu unzip, gunzip, WinZip,
PowerArchiver nebo souborovým managerem.
• Tento archív rozbalíme v adresáři /temp následujícím způsobem:
• jar xvf jardemo
Rozšíření .jar archívů
• Formáty vycházející z JAR:
◦ webové aplikace → .war
◦ enterprise (EJB) aplikace → .ear
• Liší se podrobnějším předepsáním adresářové struktury a dalšími povinnými
metainformacemi.
Tvorba spustitelných archívů
• Vytvoříme jar s manifestem obsahujícím tento řádek: Main-Class: NázevSpouštěnéTřídy
208
• poté zadáme: java -jar NázevJARu.jar
• a spustí se metoda main třídy NázevSpouštěnéTřídy.
Spuštění archívu - příklad
• Spuštění aplikace zabalené ve spustitelném archívu je snadné:
java -jar jardemo.jar
• a spustí se metoda main třídy tomp.ucebnice.jar.JarDemo:
Další příklad spuštění jar
• jar tfv svet.jar | more
• vypíše po obrazovkách obsah (listing) archívu svet.jar
Co dál studovat?
Na tento základní kurz PB162 navazují na úrovni Bc. studia:
PV168 Seminář z programování v jazyce Java (jarní semestr)
• Náplní je zvládnutí Javy umožňující vývoj jednodušších praktických aplikací:
◦ tvorba grafického uživatelského rozhraní
◦ obsluha databází
◦ základy webových aplikací
• V průběhu semestru se pracuje na uceleném projektu formou párového programování plus
některých individuálních úloh.
• Učí kolektiv zkušených cvičících pod vedením Tomáše Pitnera, Luďka Bártka, Petra Adámka a
Martina Kuby.
PB138 Moderní značkovací jazyky (jarní semestr)
• Náplní jsou XML a související technologie
• Prvky týmového vývoje (projekty, využití služeb hostování projektů, jako je GitHub).
• Učí kolektiv zkušených cvičících pod vedením Luďka Bártka a Tomáše Pitnera.
Pokročilé předměty
Na Seminář z Javy navazují na FI i pokročilejší kurzy:
PA165 Vývoj programových systémů v jazyce Java (podzimní semestr)
209
• Pokročilý předmět spíše magisterského určení, předpokládá znalosti/zkušenosti z oblasti
databází, částečně sítí a distribuovaných systémů a také Javy zhruba v rozsahu PB162 a PV168.
• Náplní je zvládnutí netriviálních, převážně klient/server aplikací na platformě JavaEE.
• Přednáší a cvičí P. Adámek, T. Pitner, B. Rossi, M. Kuba, F. Nguyen, M. Kotala, J. Uhlíř, J.
Čecháček.
Webové a mobilní aplikace
Problematice webových a mobilních aplikací se na FI věnují např.
• každý semestr PV226 Seminář Lasaris;
• v jarním semestru PV219 Seminář webdesignu;
• v podzimním semestru předmět PV249 Vývoj v Ruby;
• v jarním semestru PV239 Mobilní platformy a
• v podzimním návazný PV256 Projekt z programování pro Android;
210