Fundamentos de programación en Java, Apuntes de Ingeniería Infórmatica

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Jorge Martínez Ladrón de Guevara

Fundamentos de

programación en Java

Editorial EME

ISBN 978-84-96285-36-

1. Introducción a Java

Los lenguajes de programación

Los lenguajes de programación son idiomas artificiales diseñados para expresar cálculos y procesos que serán llevados a cabo por ordenadores. Un lenguaje de programación está formado por un conjunto de palabras reservadas, símbolos y reglas sintácticas y semánticas que definen su estructura y el significado de sus elementos y expresiones. El proceso de programación consiste en la escritura, compilación y verificación del código fuente de un programa.

Antes de diseñar un programa es necesario entender completamente el problema que queremos resolver y conocer las restricciones de operación de la aplicación. La programación es una tarea compleja y es muy importante abordar la solución a un problema específico desde un punto de vista algorítmico. Un algoritmo es un conjunto ordenado y finito de operaciones que permite hallar la solución de un problema. Está definido por instrucciones o reglas bien definidas, ordenadas y finitas que permiten realizar una actividad. Dado un estado inicial, una entrada y una secuencia de pasos sucesivos, se llega a un estado final y se obtiene una solución.

Para programar de forma eficaz es necesario aprender a resolver problemas de una forma sistemática y rigurosa. Solo se puede llegar a realizar un buen programa si previamente se ha diseñado un algoritmo. Un algoritmo dará lugar a un programa que puede codificarse en cualquier lenguaje de programación.

Uno de los objetivos del curso de Fundamentos de Informática es que el alumno desarrolle habilidades de análisis y diseño de algoritmos simples que le puedan ser de utilidad en el futuro. Es importante tener nociones básicas de programación porque esto permitirá entender y diseñar procesos básicos en lenguajes de uso general como Java y también en aplicaciones informáticas de uso común en la ingeniería o el diseño. En la actualidad la mayoría de las aplicaciones que utilizamos a diario ofrecen posibilidades de programación. Esto facilita el diseño de pequeñas aplicaciones para automatizar tareas de uso cotidiano.

Introducción a Java

Historia de Java

Java es un lenguaje de programación desarrollado por Sun Microsystems. Java fue presentado en la segunda mitad del año 1995 y desde entonces se ha convertido en un lenguaje de programación muy popular. Java es un lenguaje muy valorado porque los programas Java se pueden ejecutar en diversas plataformas con sistemas operativos como Windows, Mac OS, Linux o Solaris. James Gosling, el director del equipo de trabajo encargado de desarrollar Java, hizo realidad la promesa de un lenguaje independiente de la plataforma. Se buscaba diseñar un lenguaje que permitiera programar una aplicación una sola vez que luego pudiera ejecutarse en distintas máquinas y sistemas operativos. Para conseguir la portabilidad de los programas Java se utiliza un entorno de ejecución para los programas compilados. Este entorno se denomina Java Runtime Environment (JRE). Es gratuito y está disponible para los principales sistemas operativos. Esto asegura que el mismo programa Java pueda ejecutarse en Windows, Mac OS, Linux o Solaris.

“Write Once, Run Anyware”, que podría traducirse como “programar una sola vez y después ejecutar los programas en cualquier sistema operativo”, era el objetivo del equipo de desarrollo de Java. Esta idea resume el concepto de portabilidad. Los programas Java son portables, es decir, independientes de la plataforma, porque pueden ejecutarse en cualquier ordenador o dispositivo móvil, independientemente del sistema operativo que tengan instalado: Un programa Java puede ejecutarse en un ordenador de mesa, un ordenador portátil, una tableta, un teléfono, un reproductor de

Introducción a Java

programas sofisticados. Las librerías para desarrollo se denominan Java Application Programming Interface (Java API).

El siguiente esquema muestra los elementos de la plataforma Java, desde el código fuente, el compilador, el API de Java, los programas compilados en Bytecode y el entorno de ejecución de Java. Este entorno de ejecución (JRE) y la máquina virtual (JVM) permiten que un programa compilado Java se ejecute en distintos sistemas operativos.

Entornos de desarrollo para Java

Existen distintos entornos de desarrollo de aplicaciones Java. Este tipo de productos ofrecen al programador un entorno de trabajo integrado para facilitar el proceso completo de desarrollo de aplicaciones, desde el diseño, la programación, la documentación y la verificación de los programas. Estos productos se denominan IDE (Integrated Development Environment).

Existen entornos de distribución libre como: NetBeans, Eclipse o BlueJ. Entre los productos comerciales están JBuilder o JCreatorPro.

Fundamentos de programación en Java

Para utilizar un entorno de desarrollo es necesario instalar el Java Runtime Environment (JRE) apropiado para el sistema operativo. El JRE se descarga de la página de Oracle Java.

El proceso de edición y compilación

En Java, al igual que en otros lenguajes de programación, se sigue el siguiente proceso: edición del código fuente, compilación y ejecución. Los programas Java se desarrollan y se compilan para obtener un código denominado Bytecode que es interpretado por una máquina virtual de Java (Java Virtual Machine).

La edición del programa fuente se realiza escribiendo el programa Java en un editor de texto como el Bloc de notas o utilizando un entorno integrado de desarrollo. El código fuente se almacena en un fichero de tipo .java.

La compilación se realiza con el compilador Java javac o utilizando un entorno integrado de desarrollo. Durante el proceso de compilación se verifica que el código fuente cumple la definición léxica, sintáctica y semántica de Java. Esto significa que el compilador comprueba que el código fuente se compone de palabras válidas en Java y que los comandos Java tienen la forma sintáctica correcta. Si durante el proceso de compilación el compilador detecta los errores que ha cometido el programador y le informa de los problemas que ha encontrado para que pueda corregirlos. Si durante la compilación no se detectan errores, se genera un fichero de tipo class en Bytecode. Una vez finalizado el proceso de compilación se puede ejecutar el programa. Para esto, es necesario que la máquina virtual de Java interprete el código Bytecode y ejecute la aplicación.

Fundamentos de programación en Java

El proceso clásico de desarrollo de software es ampliamente utilizado por su sencillez. Este proceso se compone de las siguientes fases: especificación, diseño, codificación, prueba y mantenimiento.

Especificación. En esta fase se decide la funcionalidad, las características técnicas de una aplicación y sus condiciones de uso. En esta fase es necesario responder a las siguientes preguntas:

 ¿Para qué se va a utilizar la aplicación?

 ¿Cuáles son las necesidades funcionales de los usuarios?

 ¿Cuál es el perfil de los usuarios de la aplicación?

 ¿En qué plataforma se ejecutará la aplicación?

 ¿Cuáles son sus condiciones de operación?

 ¿Cómo se va a utilizar?

Diseño. En esta fase se utiliza toda la información recogida en la fase de especificación y se propone una solución que responda a las necesidades del usuario y se pueda desarrollar. En esta fase se define la arquitectura de la aplicación. Es necesario detallar la estructura y la organización del programa y cómo se relacionan las distintas partes de la aplicación.

Codificación. Esta fase consiste en la programación en Java de las especificaciones de diseño de la fase anterior. Durante esta fase de codificación o implementación se aplican normas de programación para facilitar la legibilidad de los programas Java.

Prueba. En esta fase se compila y se ejecuta la aplicación para verificar que cumple con los requisitos funcionales y técnicos definidos en la fase de especificación. Si el programa no cumple con todos los requisitos, se puede deber a errores de diseño o de programación. En tal caso, es necesario corregir los errores que se hayan detectado y repetir de nuevo el proceso de diseño y codificación. Durante la fase de prueba se verifica que la aplicación cumple con los criterios de calidad establecidos en el proyecto: facilidad de uso, corrección, eficiencia, integridad, fiabilidad, flexibilidad, facilidad de mantenimiento, facilidad de prueba, portabilidad, capacidad de reutilización e interoperabilidad.

Una vez que la aplicación se ha probado y cumple con los requisitos establecidos, entonces se pone en funcionamiento y comienza la fase de operación para que sea utilizada para el fin con el que ha sido desarrollada.

Introducción a Java

Mantenimiento. Una vez que la aplicación se ha puesto en operación da comienzo la fase de mantenimiento. En esta fase se corrigen errores de funcionamiento de la aplicación, se modifica la funcionalidad o se añaden las nuevas funcionalidades que demandan los usuarios. La fase de mantenimiento es la de mayor duración, pues pueden pasar muchos años desde el inicio de la operación hasta que el producto es retirado.

Estructura de un programa Java

Definición de clase. La primera línea del programa, después del primer

comentario. Define una clase que se llama HolaMundo. La definición de la

clase comienza por el carácter { y termina con el carácter }. El nombre de la clase lo define el programador.

Definición de método. Después de la definición de clase se escribe la

definición del método main(). Todos los programas Java deben incluir un

método main(). Este método indica las sentencias a realizar cuando se

ejecuta un programa. Un método es una secuencia de sentencias ejecutables. Las sentencias de un método quedan delimitadas por los caracteres { y } que indican el inicio y el fin del método, respectivamente.

Sentencia. Dentro del método main() se incluye una sentencia para

mostrar un texto por la consola. Los textos siempre se escriben entre comillas dobles para diferenciarlos de otros elementos del lenguaje. Todas las sentencias de un programa Java deben terminar con el símbolo punto y coma. Este símbolo indica al compilador que ha finalizado una sentencia.

Una vez que el programa se ha editado, es necesario compilarlo y ejecutarlo para comprobar si es correcto. Al finalizar el proceso de compilación, el compilador indica si hay errores en el código Java, dónde se encuentran y el tipo de error que ha detectado: léxico, sintáctico o semántico.

/* Este programa calcula el perímetro de una circunferencia */

public class PerimetroCircunferencia { public static void main (String[] args) {

// declaración de PI y la variables radio y perimetro

final double PI = 3.1415926536; double radio = 25.0, perimetro;

perimetro = 2.0PIradio; System.out.print("El perimetro de la circunferencia de radio "); System.out.print(radio); System.out.print(" es "); System.out.print(perimetro);

} }

Fundamentos de programación en Java

En un programa Java las sentencias se ejecutan secuencialmente, una detrás de otra en el orden en que están escritas.

En este ejemplo se puede ver que dentro del método main() se incluye un

comentario de una sola línea que comienza con //. A continuación se

declaran las variables PI, radio y perimetro, todas ellas de tipo double

porque almacenan números reales. PI representa un valor constante, por lo

que es necesario utilizar el delimitador final y asignarle el valor

3.1415926536 correspondiente al número pi.

Después de las declaraciones, se asigna el valor 25.0 a la variable radio y

se calcula el perímetro. Finalmente, se muestra el resultado del cálculo del perímetro para una circunferencia de radio 25.

En este ejemplo se utilizan variables numéricas de tipo double. Cada

variable almacena un número real. La parte entera del número se separa de los decimales con un punto, no con una coma. Esta es una característica de Java que se debe tener en cuenta, de lo contrario, el compilador no entiende que se trata de un número real.

El valor 25.0 almacenado en la variable radio es una magnitud para la que

no se indican sus unidades. El programador es responsable de que los cálculos se realicen correctamente y de realizar la conversión de unidades cuando sea necesario.

Para escribir un mensaje por la consola se utilizan los métodos

System.out.print() y System.out.println(). Para escribir un

mensaje sin saltar a la línea siguiente se utiliza System.out.print(),

System.out.println() escribe un mensaje y da un salto de línea.

¿Qué hace el siguiente código Java?

System.out.print("Hola");

System.out.print(" ");

System.out.print("Mundo");

En este ejemplo se escribe el texto “Hola Mundo” en la consola.

Hola Mundo

Fundamentos de programación en Java

En este caso se ejecutan tres métodos System.out.print(). Este código

se puede simplificar utilizando un solo método System.out.print() y el

operador + para concatenar los textos “Hola”, “ ” y “Mundo”.

System.out.print("Hola" + " " + "Mundo");

También se puede escribir directamente el mensaje “Hola Mundo”. El resultado es el mismo y el código es más claro.

System.out.print("Hola Mundo");

Para mostrar por la consola un texto seguido del valor almacenado de una

variable se puede ejecutar dos veces el método System.out.print():

System.out.print("El perímetro es ");

System.out.print(perimetro);

Este código se puede simplificar utilizando el operador + para concatenar el

texto “El perímetro es ” con el valor almacenado en la variable perimetro.

System.out.print("El perímetro es " + perimetro);

En ambos casos el resultado es el mismo. Por ejemplo, si el valor

almacenado en la variable perimetro fuera 157.08 la salida por la consola

sería:

El perímetro es 157.

Los elementos de un programa Java

A continuación se describe la definición léxica y sintáctica de los elementos de un programa Java: comentarios, identificadores, variables y valores, tipos primitivos, literales, operadores, expresiones y expresiones aritmético- lógicas.

Estructura de un programa Java

Comentarios

En un programa Java hay tres tipos de comentarios.

Comentario de bloque. Empieza por /* y termina por */. El compilador ignora todo el texto contenido dentro del comentario.

* El programa HolaMundo se utiliza para aplicar los

* métodos System.out.print() y System.out.println()

Comentario de documentación. Empieza por /** y termina por */. Java

dispone de la herramienta javadoc para documentar automáticamente los

programas. En un comentario de documentación normalmente se indica el autor y la versión del software.

* Programa HolaMundo

* @author Fundamentos de Informática

* @version 1.

* @see Referencias

Comentario de línea. Empieza con //. El comentario comienza con estos caracteres y termina al final de la línea.

// El método System.out.println() salta la línea

El uso de comentarios hace más claro y legible un programa. En los comentarios se debe decir qué se hace, para qué y cuál es el fin de nuestro programa. Conviene utilizar comentarios siempre que merezca la pena hacer una aclaración sobre el programa.

Identificadores

El programador tiene libertad para elegir el nombre de las variables, los métodos y de otros elementos de un programa. Existen reglas muy estrictas