Kapitola 1. Přednáška 3 - struktura složitějších programů, organizace do balíků, deklarace import, nastavení classpath. Vzájemná viditelnost tříd, metod, proměnných. Modifikátory přístupu.
Obsah
Objektové modelování v Jávě........................................................................................2
Kroky řešení reálného problému na počítači .............................................................2
Vývoj software je proces.......................................................................................2
Celkový rámec vývoje SW....................................................................................2
Metodiky vývoje SW ...........................................................................................3
Metodika typu "vodopád" .....................................................................................3
Srovnání Java - Pascal..........................................................................................4
Organizace programových souborů.........................................................................4
Organizace zdrojových souborů .............................................................................4
Příklad - svět chovatelů a jejich psů ........................................................................4
Shromáždění informací o realitě.............................................................................4
Jak zachytíme tyto informace ................................................................................5
Modelování reality pomocí tříd..............................................................................5
Zápis třídy do zdrojového souboru..........................................................................5
Organizace tříd do balíků......................................................................................6
Balíky...............................................................................................................6
Příslušnost třídy k balíku ......................................................................................6
Dědičnost ..........................................................................................................7
Terminologie dědičnosti .......................................................................................7
Jak zapisujeme dědění..........................................................................................7
Deklarace impo r t  NázevTřidy .......................................................................7
Deklarace import  názevbaliku. *  .................................................................8
Opakování - vlastnosti tříd ....................................................................................8
Příklad ..............................................................................................................9
Příklad - co tam bylo nového ...............................................................................10
Přístupová práva ...............................................................................................10
Granularita omezení přístupu...............................................................................10
Typy omezení přístupu.......................................................................................10
1
Přednáška 3 - struktura složitějších programů, organizace do balíků, deklarace import, nasta-
Kde jsou která omezení aplikovatelná?..................................................................11
Příklad -public .............................................................................................11
Příklad -protected ....................................................................................... 11
Příklad - přátelský .............................................................................................12
Příklad - private ................................................................................................12
Když si nevíte rady............................................................................................13
Přístupová práva a umístění deklarací do souborů....................................................13
Objektové modelování v Jávě
Kroky řešení problému na počítači - pár slov o SW inženýrství
Organizace javových pg. - třídy, balíky
„Objektovost": zapouzření, dědičnost
Modifikátory přístupu k proměnným, metodám, třídám
Deklarace import
Kroky řešení reálného problému na počítači
Generický (univerzální, obecný...) model postupu:
1.     Zadání problému
2.      Shromáždění informací o realitě a jejich analýza
3.     Modelování reality na počítači a implementace požadovaných operací nad modelovanou realitou
Vývoj software je proces...
(podle JS, SW inženýrství):
1.     při němž j sou uživatelovy potřeby
2.     transformovány na požadavky na software,
3.     tyto jsou transformovány na návrh,
4.     návrh je implementován pomocí kódu,
5.     kód je testován, dokumentován a certifikován pro operační použití.
Celkový rámec vývoje SW
2
vení classpath. Vzájemná viditelnost tříd, metod, proměnných. Modifikátory přístupu.
V tomto předmětu nás z toho bude zajímat jen něco a jen částečně:
1.     Specifikace (tj. zadání a jeho formalizace)
2.     Vývoj (tj. návrh a vlastní programování)
3.     částečně Validace (z ní především testování)
1.      Specifikace SW: Je třeba definovat funkcionalitu SW a operační omezení.
2.     Vývoj SW: Je třeba vytvořit SW, který splňuje požadavky kladené ve specifikaci.
3.     Validace SW: SW musí být validován („kolaudován"), aby bylo potvrzeno, že řeší právě to, co požaduje uživatel.
4.     Evoluce SW: SW musí být dále rozvíjen, aby vyhověl měnícím se požadavkům zákazníka.
Metodiky vývoje SW
Tyto generické modely jsou dále rozpracovávány do podoby konkrétních metodik.
Metodika (tvorby SW) je ucelený soubor inženýrských postupů, jak řízeným způsobem, s odhadnutelnou spotřebou zdrojů dospět k použitelnému SW produktu.
Některé skupiny metodik:
strukturovaná •    objektová
Metodika typu "vodopád"
Nevracím se nikdy o více jak jednu úroveň zpět:
1.     Analýza (Analysis)
2.     Návrh (Design)
3.     Implementace (Implementation)
4.     Testování (Testing)
5.     Nasazení (Deployment)
3
Přednáška 3 - struktura složitějších programů, organizace do balíků, deklarace import, nasta-
Nyní zpět k Jávě a jednoduchým programům...
Srovnání Java - Pascal
Co bude odlišné oproti dosavadním programátorským zkušenostem? Struktura a rozsah programu:
Pascal       program měl jeden nebo více zdrojových souborů (soubor = modul) tvořenými jednotlivými procedurami/fcemi, definicemi a deklaracemi (typů, proměnných...)
Java          (a některé další 00 jazyky): program je obvykle tvořen více soubory (soubor = popis jedné
třídy) tvořenými deklaracemi metod a proměnných (případně dalších prvků) těchto tříd.
Organizace programových souborů
•     v Pascalu: zdrojové (.pas) soubory, výsledný (jeden) spustitelný soubor (. exe), resp. přeložené kódy jednotek (. tpu)
•     v Jávě: zdrojové (. j ava) soubory, přeložené soubory v bajtkódu (. clas s) - jeden z nich spouštíme
Organizace zdrojových souborů
v Pascalu nebyla (nutná)
v Jávě je nezbytná - zdrojové soubory organizujeme podle toho, ve kterých balících j sou třídy zařazeny
(přeložené soubory se implicitně ukládají vedle zdrojových)
Příklad - svět chovatelů a jejich psů
Zkusme naznačit, jak bychom realizovali jednoduchý systém, který bude
1.     shromažďovat, ukládat a na požádání zpřístupňovat informace o psech (+ jejich výcviku, očkování...)
2.     o jejich chovatelích
3.     a dalších souvisejících entitách (např. chovatelských sdruženích, veterinářích,...)
Shromáždění informací o realitě
Zjistíme, jaké typy objektů se ve zkoumaném výseku reality vyskytují a které potřebujeme
4
vení classpath. Vzájemná viditelnost tříd, metod, proměnných. Modifikátory přístupu.
•     člověk, pes, veterinář
Zjistíme a zachytíme vztahy mezi objekty našeho zájmu
•     člověk-chovatel vlastní psa
Zjistíme, které činnosti objekty (aktéři, aktoři) provádějí
•     veterinář psa očkuje, pes štěká, kousne člověka...
Jak zachytíme tyto informace
Jak zachytíme tyto informace:
•     neformálními prostředky - tužkou na papíře vlastními slovy v přirozeném jazyce
•     formálně pomocí nějakého vyjadřovacího aparátu - např. grafického jazyka
•     pomocí CASE nástroje přímo na počítači
Zatím se přidržíme neformálního způsobu...
Modelování reality pomocí tříd
Určení základních tříd, tj.
skupin (kategorií) objektů, které mají podobné vlastnosti/schopnosti:
•     Pes
•     Človek
•
Zápis třídy do zdrojového souboru
Soubor Živočich. j ava bude obsahovat (pozor na velká/malá písmena - v obsahu i názvu souboru):
public class Živočich {
... popis vlastnosti (proměnných, metod...) živočicha ... }
public značí, že třída je "veřejně" použitelná, tj. i mimo balík
5
Přednáška 3 - struktura složitějších programů, organizace do balíků, deklarace import, nasta-
Organizace tříd do balíků
Třídy zorganizujeme do balíků.
V balíku jsou vždy umístěny související třídy.
Co znamená související?
třídy, jejichž objekty spolupracují - člověk, úřad
třídy na podobné úrovni abstrakce - chovatel, domácí zvíře
•     třídy ze stejné části reality - chovatel psů, pes
Balíky
Balíky obvykle organizujeme do hierarchií, např.:
•  svet
•  svet.chovatelství
•  svet.chovatelství.psi
•  svet.chovatelství.morcata
Neplatí však, že by
třídy "dceřinného" balíku (např. svet. chovatelství. psi)
•     byly zároveň třídami balíku "rodičovského" (svet. chovatelství)!!!
Hierarchie balíků má tedy význam spíše pro srozumitelnost a logické členění.
Příslušnost třídy k balíku
Deklarujeme ji syntaxí: package  názevbaliku ;
•     Uvádíme obvykle jako první deklaraci v zdrojovém souboru;
Příslušnost k balíku musíme současně potvrdit správným umístěním zdrojového souboru do adresářové struktury;
•     např. zdrojový soubor třídy Pes umístíme do podadresáře svet\chovatelstvi\psi
•     Neuvedeme-li příslušnost k balíku, stane se třída součástí implicitního balíku - to však nelze pro ja-
6
vení classpath. Vzájemná viditelnost tříd, metod, proměnných. Modifikátory přístupu.
kékoli větší a/nebo znovupoužívané třídy či dokonce programy doporučit a zde nebude tolerováno!
Dědičnost
V realitě jsme často svědci toho, že třídy jsou podtřídami jiných:
•     tj. všechny objekty podtřídy jsou zároveň objekty nadtřídy, např. každý objekt typu (třídy) Chova-telPsu je současně typu Človek nebo
•     např. každý objekt typu (třídy) Pes je současně typu DomaciZvire (alespoň v našem výseku reality - existují i psi "nedomácí"...)
Podtřídaje tedy "zjemněním" nadtřídy:
•     přebírá její vlastnosti a zpravidla přidává další, rozšiřuje svou nadtřídu/předka
V Jávě je každá uživatelem definovaná třída potomkem nějaké jiné - neuvedeme-li předka explicitně, je předkem vestavěná třída Ob j e et
Terminologie dědičnosti
Terminologie:
•     Nadtřídě (superclass) se také říká "(bezprostřední) předek", "rodičovská třída"
•     Podtřídě (subclass) se také říká "(bezprostřední) potomek", "dceřinná třída"
Dědění může mít i více "generací", např.
Živočich <- Človek <- Chovatel (živočichje rodičovskou třídou člověka, tenje rodičovskou třídou chovatele)
Přeneseně tedy předkem (nikoli bezprostředním) chovatele je živočich.
Jak zapisujeme dědění
Klíčovým slovem extends   :
public class Človek extends Živočich {
... popis vlastnosti (proměnných, metod...) člověka navic oproti živočichovi .. }
Deklarace import NázevTřidy
7
Přednáška 3 - struktura složitějších programů, organizace do balíků, deklarace import, nasta-
Deklarace import nesouvisí s děděním, ale s organizací tříd programu do balíků:
•     Umožní odkazovat se v rámci kódu jedné třídy na ostatní třídy
•     Syntaxe: import  názevtřidy;
•     kde názevtřidy je uveden včetně názvu balíku
Píšeme obvykle ihned po deklaraci příslušnosti k balíku (package  názevbaliku;)
Import není nutné deklarovat mezi třídami téhož balíku!
Deklarace import názevbaliku. *
Pak lze používat všechny třídy z uvedeného balíku Doporučuje se "import s hvězdičkou" nepoužívat:
•     jinak nevíme nikdy s jistotou, ze kterého balíku se daná třída použila;
•     i profesionálové to však někdy používají:-)
•     lze tolerovat tam, kde používáme z určitého balíku většinu tříd;
•     v tomto úvodním kurzu většinou tolerovat nebudeme!
"Hvězdičkou" nezpřístupníme třídy z podbalíků, např.
import   svet. * nezpřístupní třídu svet. chovatelstvi . Chovatel
Opakování - vlastnosti tříd
Jak víme, třídy popisují skupiny objektů podobných vlastností Třídy mohou mít tyto skupiny vlastností:
•     Metody - procedury/funkce, které pracují (především) s objekty této třídy
•     Proměnné - pojmenované datové prvky (hodnoty) uchovávané v každém objektu této třídy
Vlastnosti jsou ve třídě "schované", tzv. zapouzdřené (encapsulated)
Třída připomíná pascalský záznam (record), ten však zapouzdřuje jen proměnné, nikoli metody.
8
vení classpath. Vzájemná viditelnost tříd, metod, proměnných. Modifikátory přístupu.
Dědičnost (alespoň v javovém smyslu) znamená, že dceřinná třída (podtnda, potomek)
•     má všechny vlastnosti (metody, proměnné) nadtřidy
•     + vlastnosti uvedené přímo v deklaraci podtřídy
Příklad
Cíl: vylepšit třídu Učet Postup:
1.     Zdokonalíme náš příklad s účtem tak, aby si účet "hlídal", kolik se z něj převádí peněz
2.     Zdokonalenou verzi třídy Ucetnazveme KontokorentniUcet
Příklad 1.1. Příklad kompletního zdrojového kódu třídy
ke                                                                   stažení                                                                  zde
[http://www.fi.muni.cz/~tomp/java/ucebnice/javasrc/tomp^anka/KontokorentniUcet.java]
public class KontokorentniUcet extends Učet { // double zůstatek; znovu neuvádíme // ... zdědi se z nadtřidy/předka "Učet"
// kolik mohu "jit do minusu" double povolenyKontokorent;
public void přidej(double castka) {
if (zůstatek + povolenyKontokorent + castka >= 0) { // zavoláme původni "neopatrnou" metodu super.přidej(castka); } else {
System.err.println("Nelze odebrat částku " + (-castka)); } }
// public void vypisZustatek() ... zdědi se
// public void prevedNa(Učet u, double castka) ... zdědi se
// ... předpokládejme, že v třidě "Učet" používáme variantu:
// přidej (-castka) ;
// u.přidej(castka);
// } }
9
Přednáška 3 - struktura složitějších programů, organizace do balíků, deklarace import, nasta-
Vzorový zdroják sám o sobě nepůjde přeložit, protože nemáme třídu, na níž závisí. Celý kód vystavím až po kontrole příslušných úloh.
Příklad - co tam bylo nového
Klíčové   slovo   extends   -   značí,   že   třída   KontokorentniUcet   je   potomkem/podtří-dou/rozšířením/dceřinnou třídou {subclass) třídy Učet.
•     Konstrukce super .metoda (...); značí, zeje volána metoda rodičovské třídy/předka/nadtřídy {superclass). Kdyby se nevolala překrytá metoda, super by se neuvádělo.
•     Větvení if ()    {...}   else   {...}- složené závorky se používají k uzavření příkazů do sekvence - ve smyslu pascalského begin/end.
Přístupová práva
Přístup ke třídám i jejím prvkům lze (podobně jako např. v C++) regulovat:
•     Přístupem se rozumí jakékoli použití dané třídy, prvku...
•     Omezení přístupu je kontrolováno hned při překladu -> není-li přístup povolen, nelze program ani přeložit.
•     Tímto způsobem lze regulovat přístup staticky, mezi celými třídami, nikoli pro jednotlivé objekty
•     Jiný způsob zabezpečení představuje tzv. security manager, který lze aktivovat při spuštění JVM.
Granularita omezení přístupu
Přístup je v Jávě regulován jednotlivě po prvcích
ne jako v C++ po blocích
Omezení přistupuje určeno uvedením jednoho z tzv. modifikátoru přístupu {access modifier) nebo naopak neuvedením žádného.
Typy omezení přístupu
•     Existují čtyři možnosti:
•     public = veřejný protected = chráněný
•     modifikátor neuveden = říká se lokální v balíku nebo chráněný v balíku nebo "přátelský"
10
vení classpath. Vzájemná viditelnost tříd, metod, proměnných. Modifikátory přístupu.
•    private = soukromý
Kde jsou která omezení aplikovatelná?
Pro třídy:
•     veřejné - public neveřejné - lokální v balíku
Pro vlastnosti tříd = proměnné/metody:
•     veřejné - public
•     chráněné - protected neveřejné - lokální v balíku soukromé - private
Příklad - public
public => přístupné odevšad
public   class   Učet   {
}
třída
Učet
je veřejná = lze např.
•     vytvořit obj ekt typu U c e t i v metodě j iné třídy
•     deklarovat podťřídu třídy Učet ve stejném i jiném balíku
Příklad - protected
protected => přístupné jenž podtříd a ze tříd stejného balíku
public class Učet {
11
Přednáška 3 - struktura složitějších programů, organizace do balíků, deklarace import, nasta-
// chráněná proměnná
protected float povolenyKontokorent; }
používá se jak pro metody (velmi často), tak pro proměnné (méně často)
Příklad - přátelský
lokální v balíku = přátelský=> přístupné jenže tříd stejného balíku,už ale ne z podtříd, jsou-li v jiném balíku
public class Učet {
Date created; // přátelská proměnná }
používá se spíše u proměnných než metod, ale dost často se vyskytuje z lenosti programátora, kterému se nechce psát protected
osobně moc nedoporučuji, protože svazuje přístupová práva s organizací do balíků (-> a ta se může přece jen měnit častěji než např. vztah nadtřida-podtřida.)
Mohlo by mít význam, je-li práce rozdělena na více lidí na jednom balíku pracuje jen jeden člověk -pak si může přátelským přístupem chránit své neveřejné prvky/třídy -> nesmí ovšem nikdo jiný chtít mé třídy rozšiřovat a používat přitom přátelské prvky.
Používá se relativně často pro neveřejné třídy definované v jednom zdrojovém souboru se třídou veřejnou.
Příklad - private
private => přístupné jen v rámci třídy, ani v podtřídách - používá se častěji pro proměnné než meto-dy
označením private prvekzneviditelníme i případným podtřídám!
public class Učet {
private String majitel;
}
proměnná majitel je soukromá = nelze k ní přímo přistoupit ani v podťřídě - je tedy třeba zpřístupnit proměnnou pro "vnější" potřeby jinak, např.
přístupovými metodami setMajitel (String m) a String  getMajitelO
12
vení classpath. Vzájemná viditelnost tříd, metod, proměnných. Modifikátory přístupu.
Když si nevíte rady
Nastavení přístupových práv k třídě pomocí modifikátoru se děje na úrovni tříd, tj. vztahuje se pak na všechny objekty příslušné třídy i na její statické vlastnosti (proměnné, metody) atd.
Nastavení musí vycházet z povahy dotyčné proměnné či metody.
Nevíme-li si rady, jaká práva přidělit, řídíme se následujícím:
•     metoda by mělabýt public, je-li užitečná i mimo třídu či balík- "navenek"
•    jinak protected
•     máme-li záruku, že metoda bude v případných podtřídách nepotřebná, může být private - afe kdy
tu záruku máme???
•     proměnná by měla být private, nebo protected,je-li potřeba přímý přístup v podtřídě téměř nikdy bychom neměli deklarovat proměnné j ako public!
Přístupová práva a umístění deklarací do souborů
•     Třídy deklarované jako veřejné (public) musí být umístěné do souborů s názvem totožným s názvem třídy (+přípona . j ava) i na systémech Windows (vč. velikosti písmen)
•     kromě takové třídy však může být v tomtéž souboru i libovolný počet deklarací neveřejných tříd
•     private nemaj í význam, ale přátelské ano
13