Создать программу на языке java для определения класса в некоторой предметной области

Обновлено: 04.07.2024

Классы Java являются одними из основных строительных блоков приложений Java, наборов инструментов, платформ, API и т. д. Небольшое приложение может состоять из одного класса с методом main(). По мере роста программы хранение всего кода в одном классе усложняет его обзор. Поэтому может быть полезно начать разбивать код на несколько классов.

Должен храниться в своем собственном файле. Следовательно, с ростом класса файл, который вы редактируете, также увеличивается, и становится все труднее держать его в голове.

Ваше приложение обычно должно содержать хотя бы один класс, но оно может содержать их столько, на сколько считаете целесообразным разделить ваше приложение. Java также поставляется с большим количеством предопределенных классов, так что вам не нужно кодировать каждую маленькую функцию.

Класс может содержать следующие строительные блоки:

Вложенные виды обычно предназначены для внутреннего использования только в том классе, который их содержит, или для использования в сочетании с классом, который их содержит.

Определение класса Java

Это определяет общедоступный класс под названием MyClass. Не имеет полей, конструкторов или методов.

Файлы .java

Приведенное выше определение следует поместить в его собственный файл с именем MyClass.java. Файлы должны называться так же, как и имя класса, который они содержат, с расширением .java в качестве расширения имени файла.

Убедитесь, что вы сохраняете одинаковые прописные и строчные буквы из имени класса в имени файла.

Класс с полями

Класс может содержать данные в форме переменных, их обычно называют «полями».

В следующем примере показан класс, предназначенный для моделирования автомобиля. Поэтому назван Car и имеет три поля:

У класса Car нет методов. Только полевые объявления.

С конструктором

С методами

Класс также может содержать операции, обычно называемые методами. Метод содержит инструкции Java, которые обычно выполняют некоторые операции над полем в классе или над одним из значений параметров (также переменных), передаваемых методу при вызове метода.

Вот пример Car из предыдущего раздела с добавленным методом:

В приведенном выше определении класса добавлен метод setColor(). При вызове этот метод устанавливает внутреннюю переменную цвета (поле) в новое значение.

С вложенным классом

Как упоминалось ранее, вы можете определить вложенный класс внутри другого:

Объекты

Для создания объектов определенного класса вы используете ключевое слово new. Вот пример:

В этом примере создаются 3 переменные Car, и каждой присваивается новый экземпляр класса Car. Каждая из них теперь ссылается на объект Car, но на отдельный объект, также называемый экземпляром. Если вы измените поля одного объекта, поля других объектов не изменятся. Таким образом, поля разных объектов (даже одного и того же класса) могут различаться независимо друг от друга.

После создания 3 объектов Car метод setColor() вызывается для каждого объекта. Теперь цвет (представленный в виде текста) устанавливается индивидуально для каждого объекта Car.

Создание объекта определенного класса также называется «создание экземпляра» объекта. Таким образом, объект также называется «экземпляром» данного класса. Например, каждый из вышеперечисленных объектов Car также называется экземпляром класса Car или просто «экземплярами Car».

У Вас уже должны быть установлены среда разработки приложений NetBeans и JDK (Java Development Kit).

Запустите NetBeans. В меню выберите File/NewProject/Java/ и введите pro1 в ответ на запрос имени проекта, а затем нажмите Finish. При этом будет создан файл Pro1.java с классом Pro1 и пустым методом main() в нем.

Добавим следующий код в этот метод:

Для запуска программы выберем в меню Run /Run Project. В нижней панели отобразится результат работы программы:

Построим изучение основ языка Java на аналогиях, сравнивая его с языком C++. В начале рассмотрим программы, подобные простейшим MFC приложениям.

Начнем с простого, создадим программу, которая показывает пустое окно.

Исходный код программы:

Последовательность выполнения (обозначена 1-4) практически та же, что и для простейшего оконного MFC приложения. При разработке Java приложения программист использует базовые классы, строит производные от них классы. Проект программы может содержать несколько классов. Один из классов проекта содержит функцию main, которая есть точкой входа в программу. Имя класса должно совпадать с именем файла, в котором класс описан.

Java – полностью объектно-ориентированный язык, даже в большей степени, чем C++. Функции и переменные, не привязанные к контексту какого-либо объекта, больше не присутствуют в системе. Примером есть функция main и объект приложения app, которые в Java приложении отнесены к создаваемому классу приложения. В MFC приложении отсутствует функция main (WinMain спрятана в MFC каркасе) и объект приложения создается как глобальная переменная.

Полностью исключена препроцессорная обработка. Операция включения в программу файлов-заголовков с описаниями классов (include) заменена на операцию import, которая читает подготовленные бинарные файлы с описанием классов. Для поддержки пользовательских интерфейсов язык Java содержит библиотеки AWT и Swing, позволяющие создавать и поддерживать окна, использовать элементы управления (кнопки, меню, полосы прокрутки и др.), применять инструменты для создания графических приложений.

Теперь создадим форму для подсчета ворон на заборе. Для этого будем отображать текущее количество ворон и с помощью двух кнопок добавлять или вычитать по одной.

Вначале создадим метку (countLabel) а также две командные кнопки (addCrow и removeCrow) и разместим компоненты в окне:

Добавление событий

Пришло время добавить немного интерактивности. Нам нужно сделать 3 вещи:

Научить кнопку addCrow добавлять 1 к переменной voron.
Научить кнопку removeCrow вычитать 1 из переменной voron.
Научить кнопку countLabel обновлять свое значение в зависимости от содержимого переменной voron.

Исходный код программы приводится ниже.

В MFC приложениях события идентифицировались именем константы в таблице-макросе, отнесенной к классу. Такое описание не имело ничего общего с ООП.

В Java для определения события используются три действующих лица – объект-источник события, объект-слушатель события и объект-событие.

Мы создаем сначала кнопку (объект-источник). При вызове метода addActionListener создается объект класса ActionListener (слушатель). При вызове обработчика события (метод actionPerformed) создается объект класса ActionEvent (событие), в котором объединены параметры события.

Объекты – источники событий должны быть объектами класса, который имеет методы для регистрации слушателя addXXXListener и отключения слушателя removeXXXListener. Здесь под XXX подразумевается некоторое имя события. Например, ActionListener или AWTEventListener, и т.д.

Один из подходов добавления событий состоит в том, чтобы создать для каждого компонента внутренний анонимный (без имени) класс непосредственно в методе addActionListener. Описание класса состоит только из определения метода actionPerformed. Синтаксис может показаться вам немного неуклюжим, но запомните его, в дальнейшем привыкните.

Для создания картинки необходимо в класс окна добавить панель – элемент класса, производный от класса Jpanel. Объектами на панели могут быть подгружаемые картинки, либо рисунки, выполненные инструментами Java 2D API.

Исходный код программы приводится ниже.

Анимация представляет отображение последовательности изображений, которые создают иллюзию движения. В рассматриваемой ниже программе реализуется анимация звезды в окне.

В этом приложении продемонстрировано подключение события непосредственно к классу, а не к объектам. Подключение событий к объектам было показано выше (см. Оконное приложение с обработкой событий).

Дополнительно к рассмотренной реализации класса Board ниже приводятся две альтернативные версии.

Board.java (2-я версия)

В этой версии используем библиотеку java.util.Timer вместо javax.Swing.Timer. При этом вместо интерфейса ActionListener для анимации используется объект класса ScheduleTask, производный от класса TimerTask. Таймер каждые 10 мс вызывает метод run () класса ScheduleTaskclass. Начальная задержка составляет 100 мс.

Board.java (3-я версия)

Ошибки, возникшие в программе во время её работы обрабатываются через исключения. Обработка исключений произведена в программе с помощью операторов try…catch.

Snake (Змея) – одна из старейших классических видеоигр. В этой игре голова змеи перемещается с помощью клавиш управления курсором, хвост следует за ней.

Цель состоит в том, чтобы съесть столько яблок, как это возможно. Первоначально тело змеи состоит из 2-х суставов. Каждый раз, когда змея ест яблоко, ее тело растет. Змея должна избегать стен и своего собственного тела, поскольку в этом случае игра заканчивается.

Исходный код программы приводится ниже. Файлы рисунка «1.jpg» и «2.jpg» размещается в директории, где находятся файлы классов проекта. Анимация реализуется через рассмотренный выше способ использования таймера (см. Анимация изображения).

Контрольные задания

Ознакомиться с программой “Snake” и последовательно модифицировать ее:

Краткий обзор сетевых приложений

Ниже, на 3-х сетевых Java приложениях рассмотрено, как можно написать программы без знания всей глубины сетевых технологий (ресурсы операционной системы, маршрутизация между сетями, поиск адресов, физическая среда передачи и т.д.). Но все же вкратце рекомендуется ознакомиться с теоретическими основами разработки сетевых приложений на Java.

В приложениях используется клиент-серверная парадигма, которую примерно можно определить следующим образом:

Одна из программ, называемая сервером, ожидает, пока программа-клиент подключится к ней.
Клиент подключается.
Сервер и клиент обмениваются информацией.
Связь между клиентом и сервером закрывается.

Каждое из приложений демонстрирует решение определенной задачи:

– Приложение “A Date Server and Client” обеспечивает простую одностороннюю связь. Сервер отправляет данные только одному подключенному клиенту.

– Приложение “A capitalize server and client” демонстрирует двустороннюю связь сервера с множеством подключенных к нему клиентов.

– Игра для двух игроков “Крестики-нолики” показывает работу сервера, который должен следить за состоянием игры и информировать клиентов, чтобы каждый мог обновить свои данные в соответствии с изменениями у другого клиента. Т.е., сервер выступает в качестве посредника при общении 2-х клиентов между собой.

При запуске программы-клиента также появляется окно “Input”. После ввода в текстовое окно IP-адреса сервера (localhost) появляется окно “Message” с данными от сервера (текущая дата и время).

Исходный код программы-сервера (файл DateServer.java):

Программа-сервер постоянно находится в состоянии ожидания, она прослушивает (listen) сеть, ожидая запросов от клиентов. Программа содержит класс DateServer с единственным методом main. Причем, этот метод объявляется так, что он может выбросить исключение (throws IOException).

Затем создается объект out класса PrintWriter для вывода текста в поток. В параметрах конструктора указывается направление потока socket.getOutputStream() (выходной поток сокета) и задается автоматический сброс буфера (параметр autoFlush = true). Метод out.println (“текст”) обеспечивает запись текста в поток.

В бесконечном цикле while (true) можно передавать данные множеству подключаемых клиентов, если закомментировать break. Однако, при этом не предусмотрено закрытие объекта listener, оно возможно лишь через диспетчер задач (вызывается клавишами ctrl-alt-delete).

Исходный код программы-клиента (файл DateClient.java):

Вначале запускается dialog box с предложением ввести IP address сервера, затем клиент присоединяется к серверу (создается сокет s) и тот передает ему дату и время, которые отображаются в диалоговом окне.

Для получения данных от сервера открывается входной поток s.getInputStream(). А далее цепочка читателей: InputStreamReader читает байты из потока и преобразует их в символы; BufferedReader объединяет символы в строку. Строка отображается в диалоговом окне.

При запуске программы-клиента появляются окно “Capitalize Client” и окно “Welcome to the Capitalization Program” с текстовым окном для ввода IP-адреса сервера. После ввода IP-адреса сервера в окне “Capitalize Client” клиенту предлагается ввести строку . После ввода текста и нажатия клавиши Enter сервер получает строку, преобразует маленькие буквы в большие и возвращает обновленную строку клиенту.

Сервер позволяет подключаться нескольким клиентам.

Исходный код программы-сервера и программы-клиента приводится ниже.

Программа-сервер (файл CapitalizeServer.java):

В классе Capitalizer (производном от Thread) с интерфейсом Runnable определены все методы, необходимые для создания потоков. В рамках класса необходимо определить метод run. Он получает управление при запуске потока методом start.

В отличие от предыдущей программы в этой организовано два бесконечных цикла. Один работает в пределах главного потока, другой запускается в каждом побочном потоке при подключении новых клиентов.

Программа-клиент (файл CapitalizeClient.java):

При запуске программы-клиента также появляется окно “Player X”, при повторном ее запуске – окно “ Player O”. Дальнейшее развитие и окончание игры видно из рисунка.

Исходный код программы-сервера и программы-клиента приводится ниже. Рисунки и размещается в директории, где находятся файлы классов проекта программы-клиента.

Программа-сервер (файл TicTacToeServer.java):

В функции main программы-сервера (файл TicTacToeServer.java) создается объект listener и запускается бесконечный цикл.

В начале цикла создается объект класса Game. В этом классе описаны данные и методы, которые позволяют следить за состоянием игры и информировать клиентов, чтобы каждый мог обновить свои данные в соответствии с изменениями у другого клиента. В классе Game также описан встроенный класс Player, производный от класса Thread.

Далее в цикле объект listener прослушивает и подключает 2-х игроков-клиентов. Каждый из игроков (player) передается на обслуживание побочных потоков, а в конструкторе создаются сокет, потоки ввода-вывода и клиентам передаются приветствие и метка (mark) – X или O. Метка служит для идентификации клиента.

Метод legalMove определен с ключевым словом synchronized. Такой метод запрещает нескольким потокам одновременный доступ к нему. Прежде, чем начать выполнять его, поток пытается заблокировать объект, у которого вызывается метод. При завершении исполнения (как успешном, так и в случае ошибок) производится операция unlock, чтобы освободить объект для других потоков.

Метод legalMove вызывается в потоке игрока, который пытается сделать ход и проверяет, или ход является правильным. То есть, игрок выполняющий ход, должен быть текущим игроком и квадрат, в котором он пытается сделать ход, не должен быть уже занятым. Если ход правильный, состояние игры обновляется (квадрат заполнен, следующий игрок становится текущим, и он уведомляется о своем ходе).

Программа-клиент (файл TicTacToeClient.java):

В функции main программы-клиента запускается бесконечный цикл. В нем создается объект client класса TicTacToeClient. При этом конструктор устанавливает связь с сервером, создает сокет, потоки ввода-вывода, панель с массивом квадратных ячеек board[i]. Объекту каждой ячейки добавляется событие mousePressed, при котором через поток вывода серверу передается номер выбранной ячейки.

Контрольные задания

На основе игрового приложения ”Snake” создайте клиент-серверное приложение для 2-х игроков, где первый управляет движением змейки, а второй – движением жертвы. Победителем считается первый игрок, если он настигает жертву за отведенное время игры (определяется таймером), в противном случае побеждает второй игрок.

С программным кодом выполнения последнего задания можете ознакомиться по ссылке (Snake_net). Разработал приложение студент специальности «Компьютерные науки и информационные технологии» Лаврентий Антон.

Java является объектно-ориентированным языком, поэтому такие понятия как "класс" и "объект" играют в нем ключевую роль. Любую программу на Java можно представить как набор взаимодействующих между собой объектов.

Шаблоном или описанием объекта является класс , а объект представляет экземпляр этого класса. Можно еще провести следующую аналогию. У нас у всех есть некоторое представление о человеке - наличие двух рук, двух ног, головы, туловища и т.д. Есть некоторый шаблон - этот шаблон можно назвать классом. Реально же существующий человек (фактически экземпляр данного класса) является объектом этого класса.

Класс определяется с помощью ключевого слова сlass :

В данном случае класс называется Person. После названия класса идут фигурные скобки, между которыми помещается тело класса - то есть его поля и методы.

Любой объект может обладать двумя основными характеристиками: состояние - некоторые данные, которые хранит объект, и поведение - действия, которые может совершать объект.

Для хранения состояния объекта в классе применяются поля или переменные класса. Для определения поведения объекта в классе применяются методы. Например, класс Person, который представляет человека, мог бы иметь следующее определение:

В классе Person определены два поля: name представляет имя человека, а age - его возраст. И также определен метод displayInfo, который ничего не возвращает и просто выводит эти данные на консоль.

Теперь используем данный класс. Для этого определим следующую программу:

Как правило, классы определяются в разных файлах. В данном случае для простоты мы определяем два класса в одном файле. Стоит отметить, что в этом случае только один класс может иметь модификатор public (в данном случае это класс Program), а сам файл кода должен называться по имени этого класса, то есть в данном случае файл должен называться Program.java.

Класс представляет новый тип, поэтому мы можем определять переменные, которые представляют данный тип. Так, здесь в методе main определена переменная tom , которая представляет класс Person. Но пока эта переменная не указывает ни на какой объект и по умолчанию она имеет значение null . По большому счету мы ее пока не можем использовать, поэтому вначале необходимо создать объект класса Person.

Конструкторы

Кроме обычных методов классы могут определять специальные методы, которые называются конструкторами . Конструкторы вызываются при создании нового объекта данного класса. Конструкторы выполняют инициализацию объекта.

Если в классе не определено ни одного конструктора, то для этого класса автоматически создается конструктор без параметров.

Выше определенный класс Person не имеет никаких конструкторов. Поэтому для него автоматически создается конструктор по умолчанию, который мы можем использовать для создания объекта Person. В частности, создадим один объект:

Для создания объекта Person используется выражение new Person() . Оператор new выделяет память для объекта Person. И затем вызывается конструктор по умолчанию, который не принимает никаких параметров. В итоге после выполнения данного выражения в памяти будет выделен участок, где будут храниться все данные объекта Person. А переменная tom получит ссылку на созданный объект.

Если конструктор не инициализирует значения переменных объекта, то они получают значения по умолчанию. Для переменных числовых типов это число 0, а для типа string и классов - это значение null (то есть фактически отсутствие значения).

После создания объекта мы можем обратиться к переменным объекта Person через переменную tom и установить или получить их значения, например, tom.name = "Tom" .

В итоге мы увидим на консоли:

Если необходимо, чтобы при создании объекта производилась какая-то логика, например, чтобы поля класса получали какие-то определенные значения, то можно определить в классе свои конструкторы. Например:

Теперь в классе определено три коструктора, каждый из которых принимает различное количество параметров и устанавливает значения полей класса.

Консольный вывод программы:

Ключевое слово this

Ключевое слово this представляет ссылку на текущий экземпляр класса. Через это ключевое слово мы можем обращаться к переменным, методам объекта, а также вызывать его конструкторы. Например:

В третьем конструкторе параметры называются так же, как и поля класса. И чтобы разграничить поля и параметры, применяется ключевое слово this:

Так, в данном случае указываем, что значение параметра name присваивается полю name.

Кроме того, у нас три конструктора, которые выполняют идентичные действия: устанавливают поля name и age. Чтобы избежать повторов, с помощью this можно вызвать один из конструкторов класса и передать для его параметров необходимые значения:

В итоге результат программы будет тот же, что и в предыдущем примере.

Инициализаторы

Кроме конструктора начальную инициализацию объекта вполне можно было проводить с помощью инициализатора объекта. Инициализатор выполняется до любого конструктора. То есть в инициализатор мы можем поместить код, общий для всех конструкторов:

1 Терминология ООП

2 Определение класса

Класс описывается в файле с исходным кодом, при этом в Java имя файла должно совпадать с одним из классов определенных в нем. Остальные классы являются локальными (не доступными извне). Помимо этого, классы группируются в пакеты (пространства имен), например, набор классов отвечающий за работу по сети может быть помещен в пакет Network . Сам по себе класс также задает пространство имен, разрешается одни классы вкладывать в другие (почувствуйте разницу между вложением друг в друга объектов).

Рассмотрим пример простого класса:

Запустите этот простой пример у себя. Дальше мы размеремся с конструкциями, которые вам сейчас не понятны. Наш класс Dog имеет 3 метода, два из которых являются конструкторами, разберемся с ними.

3 Конструкторы класса и другие методы

Dog druzhok = new Dog("druzhok");

Члены класса (поля и методы) могут иметь следующие права доступа:

Конструкторы и методы используют ключевое слово this совершенно по-разному. Метод использует this чтобы получить ссылку на экземпляр класса выполняющего этот метод. Конструкторы используют this чтобы сослаться на другой конструктор в этом же классе, но с другим списком параметров. Если констурктор использует ключевое слово this , то оно должно быть в первой строке, игнорирование этого правила приведет к ошибке компилятора. Переписать наши конструкторы можно так:

Статические методы не используют this ,т.к. они не принадлежат экземпляру класса, поэтому this некуда ссылаться. Статические методы принадлежат классу как целому, но никак не экземпляру класса.

4 Наследование и полиморфизм

Создадим класс RidingDog (в файле RidingDog.java ):

В класс Main добавим еще одну собаку:

В консоль будет дважды выведено "gaw gaw" .

Мы создали класс-наследник, как отмечалось выше, ему будут доступны поля базового класса ( Dog ), помечены как protected . Для этого тут использованы два новых ключевых слова:

Возможность работы с клаасами наследниками через набор открытых методов базового класса и называется полиморфизмом.

5 Интерфейсы в Java

В файле GameItem.java опишем этот интерфейс, примерно также как раньше поступали с классом, но не требуется указывать спецификатор доступа для методов (они всегда публичные):

Примеры стандартных интерфейсов Java:

6 Атрибуты final и static

Атрибут static указывает, что член является общим для всех экземпляров класса. Естественно статические методы могут использовать только статические члены. Доступ к статическим членам происходит через имя класса.

Статические финальные члены данных часто используются для эмуляции перечислений.

7 Пакеты Java

Пакеты являются своего рода областью имен и служат для группировки классов. Если класс на диске определяется файлом, то пакет директорией.

Если класс определяется с атрибутом public, то он будет доступен для других пакетов.

Для использования классов из других пакетов необходимо указать полный путь к классу,
при этом вместо слешей точка.

Наиболее частые классы можно импортировать ключевым словом import. Импорт располагается до определения класса.

Если необходимо импортировать все классы пакета, то вместо имени класса указывается звездочка. import javax.swing.* Продвинутые среды как Eclipse автоматически добавляют строку импорта для используемого класса.

8 Код генерируемый компилятором

Начинающий Java программист может быть озадачен когда компилятор автоматически дополнит исходный код конструкторами. В тех случаях, когда вы пишете код класса не содержащий конструкторов, компилятор автоматически дополнит его конструктором без аргументов. Т.е. если вы напишете:

public class Example <>

это эквивалентно написанию:

Компилятор автоматически дополняет код не содержащий вызовов super , добавляя вызов super с несколькими параметрами или вообще без параметров в первую строку конструктора. Таким образом, если вы напишете

это будет идентично написанию:

Наблюдательный новичок может быть удивлен тому, как вышеописанная программа может вызывать конструктор предка, когда TestConstructor не наследует ни одного класса. Ответом является то, что Java наследует класс Object в том случае, когда явно не указан класс предок. Компилятор автоматически добавляет конструктор без аргументов, если явно не описан конструктор, и автоматически дополняет вызовом super без аргументов, в случае отсутствия явного вызова super . Таким образом, следующие два примера являются функционально эквивалентными: