PB162 Programování v jazyce
Java — podzim 2018
Tomáš Pitner, Radek Ošlejšek, Marek Šabo
Programování v jazyce Java
Profil
• Prakticky zaměřený bakalářský předmět
• Cílem je naučit základním principům objektového návrhu a programování.
• Všechny materiály k přednášce jsou v IS MU.
Předchozí předměty IB111
IB111 Základy programování, kde studenti získávají
• základní znalosti programování (Python)
• znalost základních příkazů, řídicí struktury, pole
• částečnou znalost objektového přístupu
Předchozí předměty PB071
PB071 Principy nízkoúrovňového programování, kde studenti získávají
• znalost syntaxe jazyka C
• znalost základních datových typů
• znalost vnitřních struktur
Předchozí předměty IB002
IB002 Algoritmy a datové struktury I, kde studenti získávají
• základy algoritmizace vč. datových struktur
Předpoklady obecně
Předpokládají se základní znalosti strukturované algoritmizace a programování, tj.:
• základní příkazy, sestavování jednoduchých výrazů;
• základní datové typy (celá a reálná čísla, logické proměnné, řetězce);
• základní řídicí struktury — větvení, cykly, procedury/funkce.
1
Návaznosti PV168
Na tento základní kurz PB162 navazují na úrovni Bc. studia:
PV168 Seminář z jazyka Java (jaro)
• náplní je zvládnutí Javy umožňující vývoj jednodušších praktických aplikací s GUI, databázemi,
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.
Návaznosti PB138
PB138 Moderní značkovací jazyky (jaro)
• 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.
Návaznosti pokročilých předmětů PA165
PA165 Vývoj aplikací v jazyce Java (podzim)
• pokročilejší 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 Petr Adámek, Tomáš Pitner, Bruno Rossi, Martin Kuba, Filip Nguyen, Matej Briškár,
Tomáš Skopal.
Návaznosti — webový vývoj
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 PV247 Moderní uživatelská rozhraní
• v podzimním semestru předmět PV249 Vývoj v Ruby
• v jarním semestru PV239 Mobilní platformy
• v podzimním návazný PV256 Projekt z programování pro Android
2
Hodnocení a harmonogram předmětu
• Harmonogram přednášek i cvičení
• Hodnocení
O přednášejícím - Radek Ošlejšek
• pracovna A305 (budova A1 FI) laboratoře Lasaris
• tel. 54949 6121 (z tlf. mimo budovu), kl. 6121 (volání v rámci fakulty i celé MU)
• e-mail: oslejsek(at)fi.muni.cz
• Web RO: Osobní stránka RO
O přednášejícím - Tomáš Pitner
• pracovna A303 (budova A1 FI) laboratoře Lasaris,
• příp. kanc.správy Vědecko-technologického parku CERIT (1.NP/přízemí budovy A2);
• tel. 54949 5940 (z tlf. mimo budovu), kl. 5940 (volání v rámci fakulty i celé MU)
• e-mail: tomp(at)fi.muni.cz
• Web: Osobní web TP
Konzultační hodiny
• Primárním konzultačním bodem jsou vaši cvičící.
• Cvičení jsou vedena mj. právě z důvodu možnosti konzultací.
• Konzultace přímo s přednášejícími
Tomáš Pitner
vždy v kanc. A303
• Út 10.00 — 11.30
• nebo jindy, dle dohody
Informační zdroje (knihy)
• Rudolf Pecinovský: Myslíme objektově v jazyku Java nebo
• Java 7 — Učebnice objektové architektury pro začátečníky Grada Publishing
• Rudolf Pecinovský: Java 5.0 — Novinky jazyka a upgrade aplikací (fulltext v PDF zdarma)
• Tomáš Pitner: Java — začínáme programovat, Grada Publishing, 2002, doprovodný web knihy
(učebnice je orientovaná na Javu 1.4 a nižší; většina poznatků je platných i nadále, ale v Javě 5
3
až 8 se objevila řada nových prvků)
• Pavel Herout: Učebnice jazyka Java, Kopp, 2000-2010, doprovodný web knihy
• příp. i Pavel Herout: Java — grafické uživatelské rozhraní a čeština, Kopp, 2001 — pro pokročilé
Informační zdroje (knihy)
• Bruce Eckel: Myslíme v jazyce Java — příručka programátora, Grada Publishing , 2000
• příp. Bruce Eckel: Myslíme v jazyce Java — příručka zkušeného programátora, Grada Publishing
, 2000 — pro pokročilé
• Joshua Bloch: Java efektivně — 57 zásad softwarového experta, Grada Publishing
• Bogdan Kiszka: 1001 tipů a triků pro programování v jazyce Java, Computer Press, 2003
• Bruce Eckel: Thinking in Java Stáhnout zdarma (PDF) = Úvod do jazyka a prostředí Java =
:course: PB162 :year: 2018 :term: podzim :description: Lecture slides for PB162 course taught at
Masaryk University, Faculty of Informatics since 2001 :Author: Tomáš Pitner, Radek Ošlejšek,
Marek Šabo :copyright: © 2001-2018 Tomáš Pitner, Masaryk University — PB162 Java
:slideshowlocation: Masaryk University, Brno, Czech Republic :date: podzim 2018 :data-uri:
:keywords: Java, object programming :email: tomp@fi.muni.cz :slidebackground: asciidocslidy
Rychlost Javy
4
Java jako programovací jazyk
• Je jazykem 3. generace (3GL) — imperativním jazykem vysoké úrovně
• Je jazykem univerzálním — není určen výhradně pro specifickou aplikační oblast
• Je jazykem objektově-orientovaným — program používá volání metod objektů (zasílání zpráv
objektům)
• Ideovým předchůdcem Javy je C++
• Svým způsobem je Java obdobou C++, ale zbavena zbytečností a nepříjemností
Java v budoucnu
• Pro tradiční typy serverových podnikových aplikací (IS) zůstává Java (Enterprise Edition)
klíčovou platformou spolu s .NET
• Perspektivním směrem vývoje je zachování Java platformy (JVM, stávající knihovny, aplikace,
aplikační prostředí)
• Rychle se vyvíjejí skriptovací jazyky na této platformě: Groovy, JRuby, Jython, Kotlin…)
• Mnoho jazyků bylo inspirovaných Javou: C#, Groovy, Ruby, Scala, z nových Go a Kotlin…
Proč Java
• Java je jazyk pro vývoj a běh jednoduchých i rozsáhlých aplikací.
• Vývoj je efektivnější než na jejich předchůdcích (C++) a výsledné aplikace "běží všude".
• Silnou typovaností, běhovou bezpečnostní kontrolou, stabilními knihovnami vč. open-source a
rozsáhlým souborem dobrých praktik nabízí aplikacím velmi vysokou robustnost.
• Nezavádí zbytečnosti a vede ke správným a dále uplatnitelným návykům.
• Je velmi perspektivní platformou pro vývoj open-source i komerčního SW, mj. pro extrémně
velké množství volně dostupných knihoven.
Další charakteristiky
• Java podporuje vytváření správných návyků v objektovém programování a naopak systematicky
brání přenosu některých špatných návyků z jiných jazyků.
• Program v Javě je přenositelný na úrovni zdrojového i přeloženého kódu.
• Přeložený javový program běží v tzv. Java Virtual Machine (JVM).
• Zdrojový i přeložený kód je tedy přenositelný mezi všemi obvyklými platformami (UNIX,
Windows, Mac OS X).
5
Java pro programátora
Konkrétní možnosti:
• V Javě se dobře píší vícevláknové aplikace (multithreaded applications).
• Java má automatické odklizení nepoužitelných objektů (automatic garbage collection).
• Java je jednodušší než C++ (méně syntaktických konstrukcí, méně nejednoznačností v návrhu),
což zlepšuje čitelnost a redukuje riziko chyb.
 Aktuální verze Javy SE je Java 8.
Aktuální verze
Stav k září 2018:
• Java Standard Edition 8 (u zákazníků s Long Term Support pokračují i SE 6 a 7)
• je stabilní verzí pro všechny platformy.
• U Java 7 běžná podpora skončila dubnem 2015.
• Aktuální informace najdete vždy na webu Oracle Oracle Technetwork/Java.
• K předpokládanému vývoji existuje Oracle roadmap
Stažení Javy
• Na webových stránkách Oracle je java dostupná ve všech platformách.
• Chceme vývojové prostředí (JDK), běhové prostředí (JRE) slouží jenom na spuštění, ne na vývoj.
Lze stáhnout:
• samotné vývojové prostředí (JDK), např. Java SE 8 JDK
• jen běhové prostředí (JRE), např. Java SE 8 JRE: to nám tady nestačí, chceme vyvíjet
• JDK v balíčku s grafickým (okénkovým) integrovaným vývojovým prostředím (IDE, Integrated
Development Environment) NetBeans.
 Připravili jsme pro vás tutoriál, jak Javu nainstalovat.
Obsah vývojové distribuce Javy
• Vývojové nástroje (Development Tools) v bin určené k vývoji, spouštění, ladění a
dokumentování programů v Javě.
• Běhové prostředí Javy (Java Runtime Environment) se nalézá v jre. Obsahuje Java Virtual
Machine (JVM), knihovnu tříd Java Core API a další soubory potřebné pro běh programů v Javě.
6
• Přídavné knihovny (Additional libraries) v podadresáři lib jsou další knihovny nutné pro běh
vývojových nástrojů.
• Ukázkové applety a aplikace (Demo Applets and Applications) v demo . Příklady zahrnují i
zdrojový kód.
Budoucnost Javy
• Na závěr optimistického úvodu si pročtěte zajímavý článek analytika od Forrester: Java Is A
Dead-End For Enterprise App Development = První program v Javě, třída, objekt :course: PB162
:year: 2018 :term: podzim :description: Lecture slides for PB162 course taught at Masaryk
University, Faculty of Informatics since 2001 :Author: Tomáš Pitner, Radek Ošlejšek, Marek Šabo
:copyright: © 2001-2018 Tomáš Pitner, Masaryk University — PB162 Java :slideshowlocation:
Masaryk University, Brno, Czech Republic :date: podzim 2018 :data-uri: :keywords: Java, object
programming :email: tomp@fi.muni.cz :slidebackground: asciidocslidy
Program "Hello World!"
• Abychom měli kam náš kód psát, vytvoříme třídu Demo s hlavní funkci main, která se zavolá
při spuštění programu.
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:
7
k.name = "Karel"; // set name to Karel
String karelsName = k.name; // get name value
 Jednotlivé části (jméno, rok narození) nazýváme atributy.
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());
  }
}

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 asi (určitě :)) 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)
8
Vytvoření konkrétní osoby
• Máme třídu Person, to je něco jako abstraktní šablona pro objekty—osoby.
• Jak vytvořím konkrétní osobu s jménem Jan?
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 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.
== 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;
• Pouhá deklarace proměnné objektového typu (Person jan) žádný objekt nevytvoří.
• K vytvoření 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.
9
• Zavolá se speciální metoda objektu, tzv. konstruktor, který objekt dotvoří.
== 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 a objekt
Třída
• Je komplexní struktura, reprezentuje prvky 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.
• 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.
10
== 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 }
== 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
}
11