Apostila Java na Pratica, Notas de aula de Informática

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA

DEPARTAMENTO DE INFORMÁTICA

JAVA NA PRÁTICA

Alcione de Paiva Oliveira

Vinícius Valente Maciel

Sumário

Capítulo I - Introdução

Java é uma linguagem de programação desenvolvida pela Sun Microsystems e lançada em versão beta em 1995. O seu desenvolvimento foi iniciado em 1991 pela equipe liderada por James Gosling visando o mercado de bens eletrônicos de consumo. Por isso foi projetada desde o início para ser independente de hardware, uma vez que as características dos equipamentos variam amplamente neste nicho de desenvolvimento. Outro objetivo estabelecido desde sua concepção foi o de ser uma linguagem segura. Segura tanto no sentido de evitar algumas falhas comuns que os programadores costumam cometer durante o desenvolvimento, como no sentido de evitar ataques externos. Isto é importante no mercado de bens eletrônicos de consumo por que ninguém gostaria de adquirir um produto que necessitasse desligar e religar para que voltasse a funcionar corretamente. Estas características despertaram o interesse para utilização de Java em outro ambiente que também necessitava de uma linguagem com este perfil: a Internet. A Internet também é um ambiente constituído por equipamentos de diferentes arquiteturas e necessita muito de uma linguagem que permita a construção de aplicativos seguros. Muitas pessoas argumentarão que estas características podem ser encontradas em outras linguagens e portanto isto não explica o súbito sucesso da linguagem. Podemos arriscar alguns palpites apesar de este ser um terreno um pouco pantanoso para se aventurar, até por que as linguagens de programação tendem assumir um caráter quase religioso. Uma das razões que na nossa opinião favoreceram a rápida adoção da linguagem foi a sintaxe. Java é sintaticamente muito semelhante à linguagem C/C++, apesar de existirem diferenças fundamentais na filosofia de implementação entre as duas linguagens. Isto facilitou a migração de uma legião imensa de programadores C/C++ para a nova linguagem. Outra razão que não pode ser desprezada é o momento atual onde os desenvolvedores estão ansiosos para se libertarem de sistemas proprietários. Portanto, apesar de não serem novas as idéias embutidas na linguagem Java, a reunião delas em uma só linguagem, juntamente com a facilidade migração dos programadores e o momento atual, contribuíram para o rápido sucesso da linguagem. Hoje, segundo a International Data Corp. (IDC), existem mais de 2 milhões de programadores Java no mundo e a estimativa é que o número de desenvolvedores ultrapasse os 5 milhões em 2004. O número de programadores Java deve ultrapassar o de programadores C++ ainda este ano (2002), segundo a consultoria americana Evans Data. Os profissionais que dominam a linguagem

estão entre os mais bem pagos da área de Tecnologia da Informação (TI), com salários variando de 3 a 10 mil reais, podendo em alguns casos chegar à 16 mil reais, segundo a revista Info Exame (dezembro de 2001). A lista abaixo apresenta as principais características de Java de modo que o leitor tenha uma visão geral da linguagem:

• Orientação a objetos. Java não é uma linguagem totalmente orientada a objetos como Smalltalk, onde tudo é objeto ou métodos de objetos. Por questões de eficiência foram mantidos alguns tipos primitivos e suas operações. No entanto, Java possui um grau de orientação a objetos bem maior que C/C++, o que a torna bem mais harmoniosa e fácil de assimilar, uma vez que o programador tenha compreendido esta forma de desenvolvimento.
• Compilação do código fonte para código de uma máquina virtual ( Bytecodes ). Esta característica visa tornar a linguagem independente de plataforma de Hardware e Sistema Operacional. Obviamente é necessário que exista um programa capaz de interpretar o código em Bytecodes para cada Sistema Operacional, denominado de Máquina Virtual. No entanto, nada impede que o código fonte seja traduzido diretamente para o código executável na máquina de destino. Já existem ambientes de desenvolvimento que apresentam este tipo de opção. Alternativamente, é possível projetar equipamentos que processem em hardware os Bytecodes. A Sun desenvolveu um processador que executa operações em Bytecodes, denominado de JavaChip. O diagrama abaixo ilustra as etapas envolvidas na execução de um código Java.

Figura I-1. Fases para execução de um programa fonte em Java

• Ausência de manipulação explícita de ponteiros. Em linguagens como C/C++ e Pascal existe o tipo ponteiro como tipo primitivo da linguagem. A especificação original de Pascal é restritiva no uso de ponteiros, permitindo que sejam usados apenas para referenciar memória obtida na área de alocação dinâmica ( heap ) e não permite que o programador examine o valor

versão 1.0 segurança significa impedir que programas hostis que possam causar danos ao ambiente computacional, ou que busquem informações sigilosas em computadores remotos para uso não autorizado. Na versão 1. foi adicionada a capacidade de permitir a verificação da identidade dos programas (autenticação) e na versão 1.2 os dados que os programas enviam e recebem podem ser criptografados por meio do uso de um pacote adicional. Na versão 1.4 o pacote de criptografia JCE (JavaTM^ Cryptography Extension) foi incorporado ao J2SDK.

• Suporte à Concorrência. A construção de servidores, a criação de programas com interfaces gráficas, e programas semelhantes que tem em comum a necessidade de que o atendimento de uma solicitação não incapacite o sistema de responder a outras solicitações concorrentemente, demandam o uso de uma linguagem que facilite o desenvolvimento deste tipo de programa. As linguagens projetadas antes do surgimento destas necessidades, como C/C++, não previam facilidades para este tipo de programação, o que obrigou a incorporação destes recursos posteriormente, por meio de funções adicionais. Como a programação concorrente é uma forma de programação que difere bastante da programação sequencial convencional, a simples adição de novas funções para tentar adaptar a linguagem a esta forma de codificação, não cria um ajuste perfeito com a linguagem subjacente. Por outro lado, Java foi projetada visando facilitar a programação concorrente. Isto faz com que a criação linhas de execução ( threads ) seja bem mais natural dos que nas linguagens tradicionais. Programação em rede. Java possui em seu núcleo básico classes para comunicação em rede por meio dos protocolos pertencentes à pilha de protocolos TCP/IP. A pilha de protocolos TCP/IP é a utilizada pela Internet e tornou-se o padrão de fato para comunicação entre computadores em uma rede heterogênea. Isto torna Java particularmente atrativa para o desenvolvimento de aplicações na Internet. Além disso Java está incorpora um amplo de conjunto de soluções para computação distribuída, como CORBA (Common Object Request Broker Architecture), RMI (Remote Method Invocation) e Servlets/JSP (aplicações Java que são executadas por servidores Web).

Após o lançamento da versão beta da linguagem em 1995, a Sun tem liberado diversas evoluções da linguagem na forma de versões e releases de um conjunto de ferramentas denominado de Java Development Kit (JDK) até a versão 1.2, quando se passou a denominar Java 2 SDK (Standard Development Kit). Isto ocorreu porque outros kits de desenvolvimento com propósitos

específicos foram lançados, como o J2EE (Java 2 Enterprise Edition), voltado para aplicações distribuídas escaláveis e o J2ME (Java 2 Micro Edition), voltado para aplicações embutidas em dispositivos eletrônicos (Celulares, handheld, etc.). Durante a elaboração deste livro, a última versão estável do SDK era a de número 1.3.1 que pode ser obtida gratuitamente no site http://java.sun.com/.

Convenções

As seguintes convenções são usadas neste livro.

1. Fontes com larguras constantes são usadas em:
   • exemplos de código

public class Ponto { private int x,y; }

• nomes de métodos, classes e variáveis mencionadas no texto.

2. Fontes com larguras constantes em negrito são usadas dentro de exemplos de códigos para destacar palavras chave.
3. Fontes em itálico são usadas:

• em termos estrangeiros;
• na primeira vez que for usado um termo cujo significado não for conhecimento generalizado.

Subclasses. As subclasses herdam as propriedades das superclasses. No nosso exemplo, os polígonos possuem as propriedades de ter uma área, uma posição no plano, um número n de vértices e n-1 ângulos. Todas essas propriedades são herdadas tanto pela classe dos retângulos como pela classe do triângulos. Podemos desta forma organizar os objetos em uma hierarquia onde as classes mais específicas herdam as propriedades das classes mais genéricas.

Figura II-2. Classe dos polígonos.

Os objetos de uma classe possuem comportamentos que podem alterar o valor de suas propriedades. Por exemplo, um carro pode sofrer uma aceleração ou ser freado e com isso alterar a sua velocidade. Um objeto qualquer pode ser deslocado, alterando assim as suas coordenadas no espaço.

Classes e Objetos e Linguagens de Programação

As linguagens de programação são utilizadas para construir simulações de aspectos da realidade no computador. Quanto mais facilmente pudermos expressar os conceitos capturados da realidade, mais facilmente construiremos a simulação. Seguindo este raciocínio podemos concluir que as linguagens que possuem facilidades para representação de objetos permitem uma modelagem mais fácil dos conceitos do mundo real. No entanto, podemos utilizar uma linguagem de programação convencional para modelar as classes e objetos abstraídos da realidade. Por exemplo, podemos modelar a classe dos retângulos por meio de um registro ( record ) em Pascal.

type Classe_Retangulo = record X1,Y1,X2,Y2: integer; end ;

Exemplo II-1. Representação da Classe Retângulo em Pascal.

No Exemplo II-1 o retângulo é definido por dois pontos, sendo X1 e Y1 o ponto superior esquerdo e X2 e Y2 o ponto inferior direito. Os objetos podem ser representados por meio de variáveis do tipo definido:

type Classe_Retangulo^ =^ record X1,Y1,X2,Y2: integer; end ;

var Retangulo1 : Classe_Retangulo;

Exemplo II-2****. Criação de objetos em Pascal.

procedure intRetangulo(XA,YA,XB,YB: integer; var R: Classe_Retangulo); begin R.X1 := XA; R.Y1 := YA; R.X2 := XB; R.Y2 := YB; end ;

procedure MudaPos(X,Y: integer; var R: Classe_Retangulo); begin R.X2 := X+(R.X2-R.X1); R.Y2 = Y+(R.Y2-R.Y1); R.X1 = X; R.Y1 = Y; end ;

Exemplo II-3. Definição das operações em Pascal.

objeto. Java é uma linguagem orientada a objetos mais “pura” do que C++, fugindo desta orientação apenas em alguns pontos bem definidos, em nome da eficiência de execução. Em Java podemos representar diretamente as classes e objetos. Por exemplo, a classe retângulo seria declarada da seguinte forma:

class Retangulo { int X1,Y1,X2,Y2; public Retangulo(int XA, int YA, int XB, int YB) { X1 = XA; Y1 = YA; X2 = XB; Y2 = YB; }

void MudaPos(int X, int Y) { X2 = X+(X2-X1); Y2 = Y+(Y2-Y1); X1 = X; Y1 = Y; }; }

Exemplo II-4. Representação da Classe Retângulo em Java.

No Exemplo II-4 mudamos o nome do procedimento iniRetangulo para Retangulo, que é o mesmo nome da classe. No momento não é importante entendermos a razão desta mudança, que será esclarecida no próximo capítulo. Note que os procedimentos são declarados dentro do corpo da classe, tornando explícito relacionamento entre a classe e os procedimento. As funções declaradas nas classes são chamadas de métodos e a partir de agora nos referenciaremos a eles como tal. Note também que diferentemente do exemplo em Pascal, não é preciso passar o objeto como parâmetro, uma vez que as variáveis que estão sendo modificadas pertencem ao objeto corrente, ao qual está associado o método. É como se para cada objeto de uma classe fossem criadas versões de todos os métodos da classe, de modo que cada método só opera sobre as variáveis do objeto a quem pertencem. Para declarar uma variável do tipo da classe basta preceder a variável com o nome da classe.

Retangulo ret;

Até esse momento nenhum objeto foi criado. Para criar um objeto (instância) é usado o operador new.

ret = new Retangulo(10,10,20,30);

Note que o operador new é seguido de uma chamada ao método com o mesmo nome da classe. O métodos com esta característica são chamados de construtores (^) e só podem ser invocados durante a criação de um objeto. Como veremos mais tarde, uma classe pode ter mais de um construtor. Após a criação do objeto é possível acessar os outros métodos do objeto através do operador “.”. Por exemplo, podemos mudar a posição do objeto por meio do método MudaPos.

ret.MudaPos(40,40);

Como já dissemos, não é preciso passar o objeto como argumento, já que é criada uma cópia do método para cada objeto. A grosso modo podemos dizer que cada instância da classe recebe uma cópia da variáveis e dos métodos da classe.

Ocultando de Informação

O projetista cuidadoso deve ocultar a representação interna da classe, permitindo o acesso aos atributos da classe via métodos predefinidos. Desta forma a representação interna fica isolada do restante do programa e fica mais fácil alterá-la sem que seja preciso alterar outras partes do código. A ocultação de informação é obtida por meio de qualificadores, como o private, que impede o acesso à variáveis via métodos definidos em outras classes. O nível de ocultação depende do qualificador utilizado. Todos os qualificadores serão abordados com detalhes no Capítulo IV. O exemplo II-5 mostra como impedir que as variáveis declaradas na classe Retangulo sejam acessadas diretamente.

class Retangulo { private int X1,Y1,X2,Y2;

public Retangulo(int^ XA,^ int^ YA,^ int^ XB,^ int^ YB) { X1 = XA; Y1 = YA;

Sobrescrita, Sobrecarga e Polimorfismo

Podemos definir mais de um método com o mesmo nome na mesma classe ou subclasses. Caso o método possua a mesma assinatura (número e tipos de argumentos e tipo de retorno) que outro método, então o método não pode pertencer à mesma classe do anterior. Se ambos os métodos estiverem na mesma linha hierárquica (classe/subclasse), dizemos que o método da subclasse sobrescreve o método da superclasse. O método que será executado dependerá da classe do objeto.

class Empregado { protected float salario; public float getSalario()^ { return salario;} }

class Vendedor^ extends Empregado { protected float comissao; public float getSalario()^ { return salario+comissao;} }

Exemplo II-7. Sobrescrita do método getSalario().

No exemplo II-7 o método getSalario() da classe Vendedor sobrescreve o método do mesmo nome da classe Empregado. Se a assinatura do método for diferente de outro método com o mesmo nome definido anteriormente na mesma classe ou em outra classe da mesma linha hierárquica, então estamos realizando uma sobrecarga sobre o identificador do método. Quando for usado o identificador dentro do código de um programa o método invocado será determinado pela classe a que pertence o objeto do método e pelo número e tipos dos argumentos passados para o método. O termo sobrecarga advém do fato de um mesmo identificador denotar mais de método.

class Empregado { protected float salario; public void aumento()^ {salario=^ salario*10.0;} public void aumento(float porcent)

{ salario= salario*porcent; } }

Exemplo II-8. Sobrecarga do método aumento().

No exemplo II-8 o identificador aumento pode referenciar dois métodos distintos. Um aumenta o salário em 10% e no outro o aumento depende do valor da porcentagem passado como parâmetro. Note que as assinaturas do métodos diferem entre si. Alguns autores chamam sobrecarga de polimorfismo , que é a habilidade de um determinado objeto se comportar ou ser visto de diferentes formas, quando na verdade a sobrecarga é um tipo particular de polimorfismo, chamado de polimorfismo ad hoc. Na sobrecarga um identificador representa vários métodos com computações distintas. Existe também o polimorfismo paramétrico , onde um método pode realizar a mesma computação sobre objetos de tipos distintos. Isso pode ser implementado em Java definindo um método que recebe e retorna objetos da classe Object. Como a classe Object é a “mãe de todas as classes” o método pode operar da mesma forma independente da classe a qual o objeto realmente pertence, desde que a computação seja independente da classe.

class Poli { public Object^ identidade(Object^ objeto) { return Object; } }

Exemplo II-9. Polimorfismo paramétrico.

No Exemplo II-9 o método identidade() retorna o objeto passado como parâmetro. Este método realiza a mesma computação, independentemente da classe do objeto. Obviamente é um exemplo muito simples e sem utilidade prática mas serve para ilustrar o conceito de polimorfismo paramétrico.