641 lines
No EOL
43 KiB
Markdown
641 lines
No EOL
43 KiB
Markdown
# Poznámky PPA1
|
||
## Základní matematické funkce a operace s nimi
|
||
- Základní matematické funkce
|
||
- Funkce velmi často potřebné při běžných výpočtech
|
||
- Poskytovány třídou ```java.lang.Math``` (tj. třída Math je umístěna v balíku java.lang a není ji tedy třeba importovat)
|
||
- statické metody, musí se tedy **volat s názvem třídy**
|
||
- např. ```Math.jménoMetody();```
|
||
- Většina metod má parametry typu ```double``` a vrací typ ```double```
|
||
- Pro většinu běžných matematických výpočtů se normálně používají reálná čísla
|
||
- Někdy mají i celočíselnou variantu, takže podle toho, zda jsou parametry ```int``` nebo ```double```, vrátí ```int``` nebo ```double```
|
||
- Kromě metod obsahuje konstanty
|
||
- ```Math.PI``` – hodnota π
|
||
- ```Math.E``` – hodnota e
|
||
- příklad metod
|
||
- Absolutní hodnota
|
||
- ```Math.abs(i);```
|
||
- Větší a menší číslo
|
||
- ```Math.max(i, j);```
|
||
- ```Math.min(d, e);```
|
||
- Zaokrouhlování
|
||
- ```Math.round(e);```
|
||
|
||
### Generování (pseudo)náhodných čísel v Javě
|
||
- Třída ```Math```
|
||
- Obsahuje metodu ```random()```, která vrací reálné náhodné číslo (typu ```double```) z intervalu <0.0; 1.0)
|
||
- Např. ```double nahodne = Math.random();```
|
||
- - Třída ```Random```
|
||
- Třída věnovaná náhodným číslům
|
||
- Je umístěná v balíku ```java.util```, před jejím použitím je tedy nutno použít import ```import java.util.Random;```
|
||
- Obsahuje různé metody pro generování náhodných čísel s různými pravděpodobnostními rozděleními
|
||
- Metody třídy ```Random``` nejsou statické, proto se nevolají nad názvem třídy (jako metody třídy ```Math```)
|
||
- Je nutná inicializace podobně jako u třídy ```Scanne```
|
||
- ```Random r = new Random();```
|
||
- Inicializuje třídu ```Random``` pro generování náhodných čísel s výchozí hodnotou získanou ze systémového času
|
||
- Při každém spuštění programu se vygeneruje jiná posloupnost náhodných čísel
|
||
- ```Random r = new Random(výchozíHodnota)```
|
||
- Inicializuje třídu ```Random``` pro generování náhodných čísel se zadanou výchozí hodnotou (celé číslo typu ```long```)
|
||
- Při každém spuštění programu se vygeneruje stejná posloupnost náhodných čísel
|
||
- Je jedno, jakou výchozí hodnotu zadáme (vhodné může být např. ```1```), podstatné je, že je konstantní (při každém spuštění stejná)
|
||
- Metody se potom volají nad proměnnou ```r```
|
||
- Dvě velmi často používané metody
|
||
- ```int nextInt(int max)```
|
||
- Vrací celé číslo z intervalu <0; max – 1>
|
||
- ```double nextDouble()```
|
||
- Vrací reálné číslo z intervalu <0; 1)
|
||
- Funguje stejně jako metoda ```Math.random();```
|
||
|
||
## Problémy při provádění aritmetických operací
|
||
- Při provádění aritmetických operací může nastat několik problémů, se kterými je potřeba počítat
|
||
|
||
### Výsledky celočíselných aritmetických operací implicitně typu int
|
||
- Výsledky celočíselných aritmetických operací (tj. hodnota výrazu) jsou v jazyce Java implicitně typu ```int```
|
||
- Výjimkou je datový typ ```long``` – pokud je alespoň jeden operand typu ```long```, výsledek aritmetické operace je typu ```long```
|
||
- Pokud používáme pouze typ ```int```, s problémem se nesetkáme
|
||
- Pokud používáme datové typy s menším rozsahem (```byte, short```), je potřeba výslednou hodnotu výrazu před přiřazením přetypovat
|
||
|
||
### Celočíselné vs. reálné dělení
|
||
- V jazyce Java existuje pouze jeden operátor pro dělení – lomítko „/“, který se používá pro celočíselné dělení (tj. dělení se zbytkem) i reálné dělení
|
||
- Typ provedeného dělení záleží na obou operandech
|
||
- Pokud jsou oba operandy celá čísla (např. typu ```int```), výsledek je celé číslo – podíl získaný celočíselným dělením
|
||
- Pokud je alespoň jeden operand nebo oba operandy reálná čísla (např. typu double), výsledek je reálné číslo – podíl získaný reálným dělením (obecně desetinné číslo)
|
||
|
||
### Přetečení a podtečení
|
||
- Přetečení
|
||
- Nastane, pokud do proměnné daného typu uložíme větší hodnotu, než je kapacita daného datového typu
|
||
- Např. do proměnné typu ```byte``` uložíme hodnotu 130 (maximální kladná hodnota uložitelná do ```byte``` je 127
|
||
- To nelze udělat přímo – dojde k chybě při překladu, ale snadno se to stane při ukládání výsledku aritmetické operace nebo při nevhodném přetypování
|
||
- Výsledek přetečení je uložení jiné hodnoty (často s opačným znaménkem, ale není to pravidlo)
|
||
- POZOR! – Přetečení není detekováno jako chyba, program se normálně přeloží a spustí => Zda k přetečení dojde, závisí na hodnotách operandů
|
||
- Podtečení
|
||
- Může nastat pouze u reálných čísel (u čísla nebo jeho exponentu)
|
||
- Hodnota, kterou se pokoušíme uložit, je menší než nejmenší zobrazitelná hodnota daným datovým typem (```float``` nebo ```double```)
|
||
- Reálná čísla nemají nekonečnou přesnost, mají omezený počet desetinných míst, pokud uložíme velmi malé nenulové číslo (např. 1E-300), může se stát, že bude uloženo jako 0.0
|
||
|
||
### Porovnávání reálných čísel
|
||
- Reálná čísla nemají nekonečnou přesnost, mají omezený počet desetinných míst – dochází k zaokrouhlování
|
||
- Proto není vhodné zjišťování, zda jsou dvě reálná čísla shodná, provádět pomocí relačního operátoru ```„==“```
|
||
- Např. ```d1 == d2```
|
||
- Převést na porovnání, zda je absolutní hodnota rozdílu dvou reálných čísel menší než absolutní chyba porovnání (ε – vhodně zvolená malá reálná konstanta)
|
||
- ```Např. Math.abs(d1 - d2) < EPSILON```
|
||
|
||
## Řídicí struktury
|
||
- Řídicí struktury
|
||
- Programové konstrukce, které se skládají z dílčích příkazů
|
||
- Určují způsob provedení těchto příkazů
|
||
- ovlivňují směr provádění programu => bez nich by program běžel postupně od prvního do posledního příkazu
|
||
- Tři základní řídící struktury
|
||
- Posloupnost
|
||
- Příkazy jsou v posloupnosti a vždy se provedou v pořadí, v jakém jsou zapsány („řádku po řádce“)
|
||
- Složený příkaz (blok)
|
||
- Několik příkazů uzavřených do složených závorek „{“ a „}“
|
||
- Např. tělo metody ```main()``` (a jakékoliv jiné metody) je blok
|
||
- Často se využívá s větvením a cykly
|
||
- Příkazy v bloku důsledně odsazujeme alespoň dvěma mezerami nebo tabulátorem
|
||
- V Javě téměř ve všech případech využití bloku otevírací závorce „{“předchází předchozí konstrukce (např. hlavička metody, větvení, cyklus) napsaná na STEJNÉ řádce jako tato závorka
|
||
- Větvení
|
||
- V závislosti na splnění podmínky se provede jen určitá část programu
|
||
- Příkaz ```if``` pro jednoduché větvení (neúplný podmíněný příkaz) a příkaz ```if - else``` pro dvojité větvení (úplný podmíněný příkaz)
|
||
- Cyklus
|
||
- V závislosti na splnění podmínky se část programu opakuje
|
||
- Příkaz ```for```
|
||
- pro cyklus s předem známými mezemi (s předem známým počtem opakování)
|
||
- Příkaz ```while```
|
||
- pro cyklus a předem neznámými mezemi
|
||
- Příkaz ```do - while``` pro cyklus s předem neznámými mezemi
|
||
|
||
### Větvení
|
||
- Základem je příkaz ```if - else```, ostatní příkazy pro větvení urychlují nebo zpřehledňují zápis
|
||
- Bez větvení nelze vytvářet ani jednoduché užitečné programy s výjimkou jednorázových výpočtů
|
||
|
||
#### Podmíněný příkaz (příkaz if – else)
|
||
- V závislosti na splnění podmínky se provede buď jedna, nebo druhá část programu
|
||
- Tyto části se často nazývají „větve“
|
||
- Podmínka
|
||
- Logický výraz, jehož výsledkem je (booleovská hodnota) buď ```true``` (podmínka je pravdivá, je splněná) nebo ```false``` (podmínka není pravdivá, není splněná)
|
||
- Uvádí se bezprostředně za klíčové slovo ```if```
|
||
- Je vždy uzavřena do kulatých závorek „(“ a „)“
|
||
- Může obsahovat relační operátory (operátory pro porovnání)
|
||
- ```„<“, „>“, „<=“, „>=“, „!=“, „==“```
|
||
- Může se skládat z více logických výrazů, které jsou spojeny logickými operátory ```„&&“``` („a zároveň“, konjunkce) nebo ```„||“``` („nebo“, disjunkce)
|
||
- Bez ohledu na komplikovanost a délku podmínky, jejím výsledkem je VŽDY hodnota ```true``` nebo ```false```
|
||
- Úplný podmíněný příkaz (```if - else```)
|
||
- Pokud je podmínka splněna (její hodnota je ```true```), provede se první část kódu (uvedená bezprostředně za podmínkou) – „větev ```if```“
|
||
- Pokud podmínka není splněna (její hodnota je false), provede se druhá část kódu – „větev ```else```“
|
||
- Neúplný podmíněný příkaz (```if```)
|
||
- Pokud je podmínka splněna (její hodnota je ```true```), provede se část kódu uvedená bezprostředně za podmínkou
|
||
- Pokud podmínka není splněna (její hodnota je ```false```), neprovede se nic
|
||
- Vnořený příkaz ```if```
|
||
- Příkaz ```if``` může v sobě obsahovat další příkaz ```if```, ten zase další atd.
|
||
- Úroveň zanoření není omezena
|
||
- Příkaz ```else if```
|
||
- Kromě vnořování je možné využít příkaz ```else if```, kdy po klíčovém slově else bezprostředně následuje další příkaz ```if```
|
||
- Běžně se využívá
|
||
- Možnost reagovat na více podmínek
|
||
- Možnost závěrečné ```else``` větve, která se provede, pokud žádná podmínka nebyla splněna
|
||
- Vždy se provede maximálně jedna větev (nebo žádná, pokud chybí závěrečné ```else``` a žádná podmínka není splněná)
|
||
|
||
#### Přepínač (příkaz switch)
|
||
- Umožňuje několikanásobné větvení programu na základě hodnoty jedné proměnné
|
||
- Proměnná může být typ celočíselný datový typ (```int, byte, short, long```) nebo ```char, String``` a výčtový datový typ
|
||
- Lze plně nahradit příkazy ```if – else```
|
||
- Není nutné ho používat příliš často, je možné nepoužívat ho vůbec
|
||
- Je ale minimálně dobré vědět, jak funguje, když ho použije někdo jiný
|
||
- Každá větev (začínající klíčovým slovem ```case```) může být ukončena příkazem ```break;```
|
||
|
||
```java
|
||
switch (proměnná) {
|
||
case konstanta1:
|
||
příkaz11;
|
||
příkaz12;
|
||
…
|
||
break;
|
||
case konstanta2:
|
||
příkaz21;
|
||
příkaz22;
|
||
…
|
||
break;
|
||
default:
|
||
příkazN1;
|
||
příkazN2;
|
||
…
|
||
break;
|
||
}
|
||
```
|
||
|
||
- Sémantika příkazu ```switch```
|
||
- Nalezne se konstanta odpovídající hodnotě proměnné (nebo vypočtené hodnotě výrazu, pokud je místo proměnné výraz)
|
||
- Provedou se všechny příkazy v této větvi
|
||
- Pokud je větev ukončena příkazem ```break;```, skočí se na konec přepínače, pokračuje se dalším příkazem za přepínačem
|
||
- Pokud větev příkazem ```break;``` ukončena není, pokračuje se s příkazy další větve
|
||
- Zdroj častých chyb vedoucí k neočekávanému chování programu
|
||
- Umožňuje provést stejnou akci pro více hodnot
|
||
- Pokud není nalezena konstanta odpovídající hodnotě proměnné, provedou se příkazy větve ```default```
|
||
- Příkaz ```break;``` za větví ```default``` je zbytečný, protože po dokončení posledního příkazu této větve příkaz ```switch``` končí v každém případě, ale většinou se uvádí
|
||
- POZOR! – Nikdy nekombinujte použití příkazu ```if - else``` a příkazu ```switch```, značně to znepřehledňuje kód
|
||
|
||
#### Ternární operátor
|
||
- Umožňuje přiřazení v závislosti na podmínce
|
||
- Syntaxe ```(podmínka) ? výrazTrue : výrazFalse;```
|
||
- Podmínka je libovolný logický výraz s výsledkem ```true``` nebo ```false``` (stejně jako v příkazu if)
|
||
- Výrazy jsou libovolné výrazy, jejichž výsledek je stejného datového typu
|
||
- Pro přehlednost dávat mezery okolo „?“ a „:“
|
||
- Sémantika
|
||
- Pokud je podmínka splněná (```true```), vrátí ```výrazTrue```
|
||
- Pokud podmínka není splněná (```false```), vrátí ```výrazFalse```
|
||
- Ternární operátor vždy vrací hodnotu a nelze použít jako příkaz
|
||
- Hodnota musí být přiřazena do proměnné nebo jinak použita, např. může být součástí složitějšího výrazu
|
||
|
||
## Cykly
|
||
|
||
- opakování části kódu
|
||
- základní pojmy:
|
||
- **řídící proměnná cyklu**
|
||
- Proměnná, na které závisí ukončení cyklu
|
||
- Nejčastěji bývá pouze jedna
|
||
- **podmínka ukončující cyklus**
|
||
- Logický výraz – cyklus končí, pokud je jeho výsledek false
|
||
- **hlavička cyklu**
|
||
- Klíčové slovo určující typ cyklu (for, while nebo do) a výrazy v následujících kulatých závorkách
|
||
- **tělo cyklu**
|
||
- příkazy ve složených závorkách (tj. tvořící blok), které se mají opakovaně provést
|
||
- Přestavuje výkonný kód
|
||
|
||
### Cyklus s podmínkou na začátku (cyklus while)
|
||
- Vhodný v případě, že ukončovací podmínka závisí na nějakém výrazu uvnitř cyklu
|
||
- Není dopředu jasné, kolikrát cyklus proběhne
|
||
- Např. načtení nějakých hodnot až do jejich vyčerpání (např. ze souboru)
|
||
- Podmínka, zda má být cyklus proveden se testuje PŘED vykonáním těla cyklu
|
||
- syntaxe:
|
||
```java
|
||
while (výraz) {
|
||
příkaz1;
|
||
příkaz2;
|
||
…
|
||
}
|
||
```
|
||
|
||
### Cyklus s podmínkou na konci (cyklus do – while)
|
||
- Velmi podobný cyklu while
|
||
- Používá se ale mnohem méně (v Javě)
|
||
- Podmínka, zda má být cyklus ukončen, se testuje **PO** vykonání těla cyklu
|
||
- Tělo cyklu se provede, pak se otestuje podmínka, a pokud je splněna, tělo cyklu se provede znovu
|
||
- Cyklus tedy proběhne minimálně jednou
|
||
- syntaxe:
|
||
```java
|
||
do {
|
||
příkaz1;
|
||
příkaz2;
|
||
…
|
||
} while (výraz);
|
||
```
|
||
|
||
### Cyklus se známým počtem opakování (cyklus for)
|
||
- Vhodný v případě, že jsou předem známá omezující kritéria
|
||
- Počáteční a koncová hodnota řídící proměnné a její způsob ovlivnění v každé obrátce cyklu
|
||
- V mnoha případech to znamená, že je známý počet opakování
|
||
- Podmínka, zda má být cyklus proveden, se testuje PŘED vykonáním těla cyklu
|
||
- Cyklus tedy nemusí proběhnout ani jednou
|
||
- Inicializace je nastavení počáteční hodnoty řídící proměnné cyklu a často i její deklarace, typicky ``` int i = 0 ```
|
||
- Ukončovací podmínka je logický výraz, který by měl obsahovat řídící proměnnou,
|
||
typicky ``` i < hodnota ```
|
||
- Změna řídící proměnné je příkaz, který mění hodnotu řídící proměnné, typicky se jedná o inkrementaci ``` (i++) ```, ale může to být i jiný výraz (např. ``` i += 2 ```)
|
||
- syntaxe:
|
||
```java
|
||
for (inicializace; ukončovací podmínka; změna řídící proměnné) {
|
||
příkaz1;
|
||
příkaz2;
|
||
…
|
||
}
|
||
```
|
||
- Zkrácený zápis pro procházení polí a kolekcí
|
||
```java
|
||
int[] pole = {6, 7, 8, 9}; //Deklarace pole s inicializaci, bude vysvetleno
|
||
for (int prvek: pole) {
|
||
System.out.println("Prvek pole: " + prvek);
|
||
}
|
||
```
|
||
### Příkazy break; a continue;
|
||
- Příkazy, které ovlivňují chování cyklu nezávisle na řídící proměnné
|
||
- Mohou být použity u všech tří cyklů
|
||
- Pokud jsou cykly vnořeny do sebe, ovlivňují tyto příkazy cyklus, ve kterém jsou bezprostředně uvedeny
|
||
- ``` break ```;
|
||
- Okamžitě ukončí cyklus
|
||
- Používá se pro předčasné ukončení cyklu (např. při výskytu chyby) či pro řádné ukončení nekonečného cyklu
|
||
- ``` continue ```;
|
||
- Skočí na konec těla cyklu, čímž si vynutí další obrátku (iteraci) cyklu
|
||
- Cyklus neskončí
|
||
- Používá se méně než break;
|
||
|
||
## Metody
|
||
- Naprostá většina programů je netriviální a rozsáhlá
|
||
- Často potřebujeme jeden výpočet provést vícekrát
|
||
- Pokud všechen výkonný kód napíšeme jen do metody ```main```(), budou se části kódu opakovat
|
||
- Potřeba dekompozice
|
||
- Rozdělení problému na menší podproblémy
|
||
- Tyto podproblémy lze rozdělit ještě na menší podproblémy
|
||
- Tak postupujeme dále, až dostaneme elementární podproblémy, které jsou snadno řešitelné => postupujeme hierarchicky odshora dolů
|
||
- Snadno řešitelné elementární podproblémy mohou být reprezentovány metodami
|
||
- Použití metod
|
||
- Program se snáze navrhuje
|
||
- Je rozdělen na elementární části reprezentované metodami
|
||
- Je možné vytvářet program po krocích
|
||
- Zdrojový kód je přehlednější
|
||
- V daném místě se lze soustředit jen na jednu konkrétní část algoritmu
|
||
|
||
### Popis metod a terminologie
|
||
- metody jsou úseky kódu (podprogramy), které provádějí nějaký výpočet
|
||
- Metody by neměly být příliš dlouhé (cca na jednu obrazovku) a měly by dělat jednu jasně definovatelnou činnost popsanou jejich názvem
|
||
- Je třeba rozlišovat deklaraci/definici metody a volání/použití metody
|
||
|
||
### Deklarace metody
|
||
- Deklarace metody znamená, že vytvoříme (napíšeme) metodu
|
||
- včetně jejího názvu a výkonného kódu
|
||
- POZOR! – Tento kód se však provede až při volání metody
|
||
- Každá metoda se skládá z hlavičky a těla
|
||
- Hlavička metody
|
||
- Obsahuje „popis vlastností“ metody včetně jejího jména
|
||
- ``` právo static návratováHodnota název(parametry) ```
|
||
- Např. ``` public static double naDruhou(double x) ```
|
||
- ```public ``` je přístupové právo
|
||
- ```static ``` značí, že se jedná o statickou metody třídy
|
||
- Existují i metody bez ```static```, tzv. metody instance, kterých je ve skutečnosti většina
|
||
- Název metody začíná malým počátečním písmenem, každé další slovo víceslovného názvu začíná velkým písmenem
|
||
- Podobně jako u názvu proměnných
|
||
- U dokumentačního komentáře metody se uvádí alespoň jedna řádka popisující účel metody, případné parametry metody a návratová hodnota jsou popsány na dalších řádkách
|
||
- např.:
|
||
```java
|
||
/**
|
||
* Ukazka deklarace metod - vypocet vzdalenosti dvou bodu v rovine
|
||
* @author Tomas Potuzak
|
||
* @version 1.0 (2018-08-13)
|
||
*/
|
||
```
|
||
- Tělo metody
|
||
- Obsahuje výkonné příkazy uzavřené do složených závorek
|
||
- V Javě se otevírací závorka píše na řádku hlavičky metody
|
||
- Metoda je jednoznačně určena třídou, ve které je deklarována, svým názvem, počtem, typem a pořadím svých parametrů a návratovou hodnotou
|
||
- Přesto se ve vysvětlujícím textu (nikoliv ve zdrojovém kódu) běžně používá pouze název metody se závorkami (např. ``` naDruhou ```()), pokud nehrozí záměna za jinou metodu
|
||
- Každá metoda musí být deklarována přímo uvnitř třídy
|
||
- Není možné deklarovat metodu mimo třídu
|
||
- Není možné deklarovat metodu uvnitř jiné metody
|
||
- Metody se typicky deklarují po deklaraci proměnných (např. deklarace ```Scanner```u) kvůli přehlednosti
|
||
- Mohou být ale deklarovány kdekoliv uvnitř třídy
|
||
- Pořadí deklarace metod **je** (v Javě) **irelevantní**, každá metoda je platná (je viditelná) v celé třídě => metoda může být deklarována až za místem, kde již byla volána
|
||
|
||
### Volání (použití) metody
|
||
- Volání metody znamená, že se provede kód umístěný v těle metody na místě programu, kde metodu voláme (použijeme)
|
||
- Pokud chceme metodu použít (tj. chceme, aby provedla svou činnost (výpočet) na určitém místě), použijeme její jméno a do závorek napíšeme hodnoty skutečných parametrů, které nahradí formální parametry v hlavičce metody
|
||
- Pokud použijeme metodu ve stejné třídě, jako ve které je deklarována (tj. voláme ji z jiné metody téže třídy), voláme ji pouze jejím jménem a hodnotami parametrů
|
||
- ``` metoda(parametry); ```
|
||
- Pokud použijeme metodu vně třídy, ve které je deklarována, musíme před název metody přidat název třídy, ve které je deklarována (tečková notace)
|
||
- ``` Třída.metoda(parametry); ```
|
||
- Toto platí pouze pro metody označené klíčovým slovem ```static```
|
||
|
||
### Lokální proměnné
|
||
- Jsou definovány **UVNITŘ** metod
|
||
|
||
#### Viditelnost lokálních proměnných
|
||
- Jsou viditelné (tj. mohu je používat pro čtení a zápis) **pouze uvnitř metody**
|
||
- Jsou viditelné od místa (řádky), kde byly deklarovány
|
||
- Jsou viditelné do konce bloku, ve kterém byly deklarovány
|
||
- Rozdíl oproti proměnným definovaným UVNITŘ třídy, ale VNĚ metod (proměnné třídy), které jsou viditelné v rámci třídy i před místem deklarace (podobně jako metody)
|
||
- Pokud jsou deklarovány přímo v těle metody (tj. ne uvnitř vnořeného bloku), jejich viditelnost končí s tělem metody
|
||
- Pokud jsou definovány uvnitř vnořeného bloku (např. v příkazu if nebo v cyklu), jejich platnost končí koncem bloku
|
||
- Zastíní proměnnou třídy (a instance) pokud se jmenuje stejně
|
||
- Je možné deklarovat lokální proměnnou, která se jmenuje stejně jako proměnná třídy
|
||
- Společný název (identifikátor) pak odkazuje na **LOKÁLNÍ** proměnnou, ne na proměnnou třídy
|
||
- Potenciální zdroj problémů => je potřeba dát pozor, o jakou proměnnou se jedná (lokální/třídy/instance)
|
||
- IDE nástroje většinou druh proměnné odlišují barvou či řezem písma pro větší přehlednost
|
||
- Lokální proměnné ve vnořených blocích
|
||
- Všechny lokální proměnné deklarované před vnořeným blokem jsou platné (viditelné) i v tomto bloku => nelze definovat novou lokální proměnnou se stejným názvem
|
||
|
||
#### Inicializace lokálních proměnných
|
||
- Lokální proměnné nejsou implicitně inicializovány na ```0, 0.0, false``` nebo ```null```
|
||
- Na rozdíl od proměnných třídy (a proměnných instance)
|
||
- Je vhodné je inicializovat ručně (explicitně)
|
||
- Např. ``` int i = 0; ```
|
||
|
||
### Návratová hodnota metody a příkaz return
|
||
- Existují **dva typy metod**:
|
||
- Metody **s návratovou hodnotnou** (**funkce**)
|
||
- Metody **bez návratové hodnoty** (**procedury**)
|
||
|
||
#### Metody s návratovou hodnotou (funkce)
|
||
- Metoda může vracet návratovou hodnotu, která může být libovolného typu (základní datový typ, třída, pole, ...)
|
||
- Pokud metoda vrací návratovou hodnotu, jedná se o funkci
|
||
- Typ je specifikován těsně před názvem metody
|
||
- Pro určení návratové hodnoty uvnitř těla metody se používá příkaz (klíčové slovo) ```return```, za který se uvede výraz s odpovídajícím typem výsledné hodnoty
|
||
- ```return výraz;```
|
||
- Výraz může být libovolně komplikovaný nebo se může jednat o samotnou proměnnou (nebo výjimečně i pojmenovanou/nepojmenovanou konstantu)
|
||
- Volání metody s návratovou hodnotou
|
||
- Výsledkem volání metody je její návratová hodnota, ale může mít i další efekty
|
||
- Např. může ovlivnit hodnoty proměnných třídy (nebo mnohem častěji proměnných instance)
|
||
- Pokud je primárním výsledkem volání metody (funkce) její návratová hodnota, je většinou volána jako součást výrazu
|
||
- Pokud primárním výsledkem volání metody (funkce) je jiná činnost, kterou provádí, a návratová hodnota je (někdy) vedlejší, lze jí volat jako příkaz (tj. ne jako součást výrazu)
|
||
- Vrácená hodnota se zahodí (nikam se nepřiřadí a nepoužije se)
|
||
|
||
#### Metody bez návratové hodnoty (procedura)
|
||
- Metoda nevrací žádnou návratovou hodnotu, pouze provede nějakou činnost => pak se jedná o proceduru
|
||
- Při deklaraci metody se místo návratového typu uvede klíčové slovo void
|
||
- Např. ```public void vypisNahodnaCisla()```
|
||
- Volání metody bez návratové hodnoty
|
||
- Metoda se volá pouze jako příkaz, nemůže být součástí výrazu jako metoda s návratovou hodnotou
|
||
|
||
#### Použití příkazu return
|
||
- Příkaz return okamžitě ukončí metodu, bez ohledu na to, kde se v metodě nachází
|
||
- Příkazů return může být v jedné metodě více (např. v každé větvi příkazu ```if```)
|
||
- Pokud metoda vrací návratovou hodnotu (jedná se o funkci), nesmí existovat větev, ve které by příkaz return nebyl (došlo by k chybě překladu)
|
||
- Za ním už se nesmí nacházet žádný příkaz, protože se nikdy nemůže provést (dojde k chybě překladu)
|
||
- Např. pokud je použit v příkazu ```switch```, nemůžou být jednotlivé větve ukončeny příkazem ```break;```, protože tento příkaz je nedosažitelný
|
||
- Příkaz ```return``` se může použít k předčasnému ukončení metody (např. proto, že parametr nemá platnou hodnotu)
|
||
- Příkaz return se může použít i k předčasnému ukončení metody bez návratové hodnoty (procedury)
|
||
- Pak se použije samotný ```return;```
|
||
|
||
### Parametry metody
|
||
- Metoda může mít „neomezené“ množství parametrů
|
||
- Prakticky jich bývá pouze několik (žádný až cca 3 až 5)
|
||
- Více parametrů typicky svědčí o špatné dekompozici problému
|
||
- Parametry jsou popsány v závorce za názvem metody stejně jako deklarace proměnné typem a názvem
|
||
- Parametry mohou být libovolného typu
|
||
- Pokud má metoda více parametrů, jsou odděleny čárkou
|
||
- U každé proměnné musí být explicitně uveden datový typ, i když je více parametrů stejného datového typu za sebou
|
||
- Např. ```double static secti(double a, double b)```
|
||
|
||
#### Formální a skutečné parametry metody
|
||
- Parametry definované v hlavičce metody (při deklaraci metody) se nazývají **formální parametry**
|
||
- Při volání metody jsou v závorce uvedeny **skutečné parametry metody**
|
||
- Musejí odpovídat počtem a datovým typem (ve správném pořadí)
|
||
- Může se jednat o proměnné, pojmenované/nepojmenované konstanty a výrazy (datový typ výsledku výrazu musí odpovídat datovému typu formálního parametru)
|
||
- Ve formálních parametrech (proměnných) jsou do metody předány hodnoty skutečných parametrů metody
|
||
- Tyto hodnoty typicky ovlivňují chování metody
|
||
- Formální parametry mají v těle metody všechny vlastnosti lokálních proměnných, typicky se ale jejich hodnoty jen čtou
|
||
- Je možné do nich přiřadit hodnotu, tím se ale ztratí hodnota předaná do metody => do formálních parametrů nové hodnoty v těle metody nepřiřazovat
|
||
|
||
#### Mechanizmus předání parametrů do metody
|
||
- Parametry jsou předávány vždy **hodnotou**
|
||
- Platí pro základní datové typy i reference
|
||
- Hodnoty skutečných parametrů jsou překopírovány a vloženy do odpovídajících formálních parametrů, přes které jsou hodnoty dostupné v těle metody
|
||
- Změnit hodnotu formálních parametrů v těle metody je možné, ale změna se nijak neprojeví vně metody
|
||
- Kromě toho se přepíše hodnota předaná do metody
|
||
|
||
### Předávání řízení při volání metod
|
||
- Pokud je program rozdělen na metody, neběží lineárně od první řádky po poslední
|
||
- Při každém volání metody se „skočí“ na začátek těla metody a začne se provádět její kód
|
||
- Tzv. „předávání řízení“
|
||
- Při dosažení konce těla metody se skočí zpátky na místo, odkud byla metoda volána, a pokračuje se dalším příkazem
|
||
- Volání metody jako parametru jiné metody
|
||
- Pokud metoda vrací návratovou hodnotu a tato hodnota je použita jako parametr volání další metody, je možné si ji uložit do pomocné proměnné a tu pak použít jako parametr další metody
|
||
- Tento zápis je přehlednější
|
||
- Je však také možné volat metodu přímo ve volání další metody
|
||
- Tento zápis je úspornější, ale méně přehledný
|
||
- Oba zápisy se běžně používají
|
||
|
||
### Přetěžování metod (overloading)
|
||
- V jedné třídě může být deklarováno více metod se stejným jménem
|
||
- Metody se pak nazývají přetížené (overloaded)
|
||
|
||
#### Důvody k přetěžování metod
|
||
- Přetížené metody obvykle dělají podobnou činnost, ale mírně se liší
|
||
- Protože je možné metody přetížit, není nutné vymýšlet podobné názvy podobných metod, můžeme rovnou použít stejný název
|
||
- Dělají stejnou činnost pro různý datový typ
|
||
- Např. metoda ```Math.abs()``` je přetížena 4x pro typ
|
||
```int, long, float a double```
|
||
- Dělají stejnou činnost, ale s upřesněním
|
||
- Typicky přibudou další parametry
|
||
|
||
#### Požadavky na přetížené metody
|
||
- Přetížené metody MUSÍ mít různé hlavičky
|
||
- Musí se lišit počtem a/nebo typem a/nebo pořadím typů parametrů
|
||
- Nestačí, aby se lišily jen návratovou hodnotou
|
||
- Nestačí, aby se lišily jen názvem formálních parametrů
|
||
- Názvy formálních parametrů nejsou podstatné – používají se v těle metody, ale při jejím volání je důležitý pouze jejich typ
|
||
- Při volání překladač vybere podle skutečných parametrů metodu, která přesně odpovídá počtem, typem a pořadím parametrů
|
||
|
||
## Konstanty a magická čísla
|
||
- Doposud jsme běžně používaly číselné nebo znakové (textové) konstanty přímo ve zdrojovém kódu
|
||
- Tzv. literály
|
||
- Ve většině případů se taková použití označují jako „magická čísla“ a jsou nevhodná
|
||
|
||
### Magická čísla
|
||
- Magická se nezývají proto, že není jasné, odkud se vzaly
|
||
- „Najednou je v programu číslo 2.58. Proč?“
|
||
- Nemusí se jednat o čísla, může se jednat i o znakové a textové, případně jiné nepojmenované konstanty
|
||
- Velmi znesnadňují úpravu kódu
|
||
- I u relativně jednoduchých programů
|
||
- Pokud budu program chtít upravit, budu muset magické číslo přepsat na víceromístech
|
||
|
||
### Pojmenované konstanty místo magických čísel
|
||
- Snahou by mělo být důsledně se zbavit magických čísel pomocí pojmenovaných (též symbolických) konstant
|
||
- Konstanty mohou být lokální (deklarované uvnitř metody), ale naprostá většina je deklarována jako konstanta třídy (tj. uvnitř třídy, ale mimo metody)
|
||
- Konstanta je odlišena od proměnné klíčovým slovem ```final```
|
||
- **Názvy konstant** jsou psány **velkými písmeny**, **oddělovač** slov ve víceslovných názvech je **podtržítko**
|
||
|
||
### Povolené nepojmenované konstanty
|
||
- Stejně jako u každého pravidla i u magických čísel existují výjimky, v tomto případě číselné
|
||
- Je odůvodnitelné použít malá celá čísla (např. -1, 0, 1, 2), pokud však nemají speciální význam
|
||
- Např. test sudosti/lichosti čísel
|
||
- ```if (cislo % 2 == 0)```
|
||
|
||
## Třídy a instance (objekty)
|
||
- Objektové programování
|
||
- Program je dekomponován na objekty (abstrakce objektů z reálného světa), které udržují data a metody, které s daty pracují, pohromadě
|
||
|
||
### Třída, instance, reference
|
||
- Strukturovaný datový typ
|
||
- Na rozdíl od základních datových typů, které obsahují pouze jednu hodnotu a nejde je dále členit, třída může obsahovat data ve formě proměnných (atributů) obecně různého typu
|
||
- Kromě dat obsahuje metody, které obecně provádějí operace nad těmito daty
|
||
- Třída je šablonou pro tvorbu instancí (objektů)
|
||
- Název třídy začíná velkým počátečním písmenem, každé další slovo víceslovného názvu začíná velkým písmenem
|
||
- U dokumentačního komentáře třídy se uvádí alespoň jedna řádka popisující účel třídy, dále autor třídy a případně verze (s datem poslední úpravy)
|
||
|
||
### Instance (objekt)
|
||
- Je vytvořena podle konkrétní třídy a nese v sobě konkrétní hodnoty atributů (proměnných)
|
||
- Od jedné třídy může být vytvořeno více instancí, přičemž každá může mít (a typicky má) jinak nastavené atributy
|
||
- Aby bylo možné s atributy a metodami definovanými ve třídě pracovat, je NUTNÉ vytvořit její instanci (neplatí při použití klíčového slova ```static```)
|
||
- Tím se vytvoří místo v paměti pro tuto instanci, do kterého se mimo jiné uloží hodnoty jednotlivých atributů
|
||
- Rozdíl oproti základním datovým typům, kdy se místo v paměti vytvořilo v okamžiku deklarace proměnné (tj. v okamžiku provedení řádky ```int i;``` se vytvořilo místo v paměti o velikosti 4 byty pro uložení celého čísla)
|
||
- Reference
|
||
- Abychom mohli pracovat s instancí a jejími atributy a metodami, potřebujeme na ní referenci
|
||
- Reference (referenční proměnná) ukazuje na místo v paměti, kde je uložena konkrétní instance
|
||
|
||
#### Deklarace referenční proměnné a vytvoření instance
|
||
- Referenční proměnná se deklaruje stejně jako proměnná základního datového typu, tj. názevTypu názevProměnné;
|
||
- ```názevTypu``` je název třídy,
|
||
- ```názevProměnné``` je název referenční proměnné
|
||
- Pouhou deklarací referenční proměnné ale instance třídy nevznikne
|
||
- Po deklaraci (bez inicializace) je referenční proměnná „prázdná“ – není vytvořeno místo v paměti pro instanci a sama referenční proměnná tedy na nic neukazuje
|
||
- POZOR! – Pokud se jedná o lokální proměnnou (tj., proměnnou deklarovanou uvnitř metody), je vhodné inicializovat referenční proměnnou hodnotou null
|
||
- Hodnota ```null``` (klíčové slovo) explicitně říká, že reference neodkazuje (zatím) na žádnou instanci
|
||
- Pokud tuto inicializaci neprovedete, hodnota lokální referenční proměnné není definována a při pokusu o její čtení dojde k chybě (už při překladu programu)
|
||
- Vytvoření instance
|
||
- Instance se vytvoří pomocí operátoru new (klíčové slovo) a přiřadí se do připravené referenční proměnné
|
||
- ```referenčníProměnná = new Třída();```
|
||
- Referenční proměnná musí být stejného typu jako vytvářená instance (tj. ```Třída```)
|
||
- Nebo typu předka třídy nebo rozhraní implementovaného třídou (viz předměty KIV/PPA2 a KIV/OOP)
|
||
|
||
#### Přístup k atributům a metodám instance
|
||
- K jednotlivým atributům (proměnným) a metodám instance přistupujeme přes referenční proměnnou, která na instanci ukazuje
|
||
- Používá se tečková notace
|
||
- ```referenčníProměnná.proměnnáInstance```
|
||
- Do proměnných (pokud jsou viditelné) lze zapisovat hodnoty a lze je i číst
|
||
- ```referenčníProměnná.metodaInstance()```
|
||
- Metody lze volat (pokud jsou viditelné)
|
||
|
||
#### Práce s referenčními proměnnými a instancemi
|
||
- Do referenčních proměnných lze přiřazovat nové instance i jiné referenční proměnné
|
||
- Na jednu instanci může ukazovat více referenčních proměnných
|
||
- Pokud už nějakou instanci nebudeme používat, můžeme do referenční proměnné explicitně přiřadit hodnotu ```null```
|
||
- Např. ```pocatek = null;```
|
||
- Tím ztratíme referenci na instanci a Garbage Collector ji časem smaže a uvolní tím paměť, kterou instance zabírá
|
||
- V Javě neexistuje příkaz pro explicitní smazání instance (a tím pádem „ruční“ uvolnění paměti)
|
||
- POZOR! – Pokud má referenční proměnná hodnotu ```null``` (tj. neukazuje na žádnou instanci) nelze přes tuto proměnnou přistupovat k atributům a metodám instance (protože tam žádná instance není)
|
||
- Pokus o přístup vede k chybě ```NullPointerException``` za běhu programu (nikoliv při překladu)
|
||
- Pokud se může stát (v závislosti na předchozím kódu), že referenční proměnná může být ```null```, nebo může ukazovat na instanci, je vhodné před přístupem k proměnným a metodám instance otestovat, zda je referenční proměnná různá od ```null``` – např. ```if (pocatek != null)```
|
||
|
||
### Atributy (proměnné) instance
|
||
- Protože třídy jsou abstrakce objektů z reálného světa, atributy typicky odpovídají vlastnostem těchto objektů
|
||
- Jako atributy jsou reprezentovány pouze ty vlastnosti, které jsou důležité z hlediska výpočtu (funkce programu)
|
||
- Každá instance může mít (a typicky má) v atributech uloženy jiné hodnoty
|
||
- Atributy (proměnné) instance jsou deklarované uvnitř třídy ale MIMO metody
|
||
- V deklaraci NEMAJÍ uvedeno klíčové slovo ```static```
|
||
- Naprostá většina proměnných v dosavadních programech byla definována uvnitř metod (hlavně ```main()```) a jednalo se tedy o lokální proměnné
|
||
- Pokud byly dosud proměnné deklarované vně metod, jednalo se o statické proměnné třídy (s klíčovým slovem ```static``` – např. používané deklarace ```Scanner```u pro čtení z klávesnice)
|
||
- Dokumentační komentáře jsou typicky jednořádkové a stručně popisují účel proměnné
|
||
- Atributy se typicky deklarují na začátku třídy (před všemi metodami)
|
||
- Kvůli přehlednosti
|
||
- Atribut má viditelnost (je použitelný) přes celou třídu (i před místem deklarace), podobně jako metody
|
||
- Atributy (proměnné) instance mohou být libovolného datového typu (primitivní datový typ, třídy nebo pole) - Není žádné omezení
|
||
- Implicitní inicializace atributů (proměnných) instance
|
||
- U lokálních proměnných (deklarovaných uvnitř metod) bylo doporučeno provést inicializaci hned při deklaraci (např. ```int i = 0;```), aby se nestalo, že se pokusíme číst z proměnné její hodnotu, která ale nebyla nastavená
|
||
- U atributů (proměnných) instance to není nutné, protože jsou automaticky (implicitně) inicializovány na ```0, 0.0, false``` nebo ```null```, v závislosti na datovém typu
|
||
- Doplnit explicitní inicializaci je možné, ale není to nutné ani vhodné
|
||
|
||
#### Konstanty instance
|
||
- Ve třídě je možné definovat i konstanty instance
|
||
- Stejně jako pro lokální konstanty a statické konstanty třídy je nutné přidat klíčové slovo ```final```
|
||
- ```final datovýTyp JMÉNO_KONSTANTY = hodnota; ```
|
||
- V deklaraci chybí klíčové slovo ```static```
|
||
- Např. ```final int MAXIMALNI_SIRKA = 1280;```
|
||
- Hodnota konstanty instance nemusí být, stejně jako lokální konstanty, nastavena při deklaraci, ale může být **nastavena později** – u **konstanty instance** to však lze provést **pouze v konstruktoru**
|
||
- Vždy však lze **hodnota konstanty nastavit pouze jednou**
|
||
- Mnohem častěji se využívají statické konstanty třídy
|
||
|
||
### Metody instance
|
||
- Metody instance představují **operace nad atributy instance**
|
||
- Platí pro ně téměř stejná pravidla, jako pro statické metody třídy
|
||
|
||
#### Deklarace metody instance
|
||
- Deklarace se liší od dosud probraných statických metod třídy pouze chybějícím klíčovým slovem ```static``` v hlavičce metody
|
||
- ```přístupovéPrávo návratováHodnota název(parametry)```
|
||
- Např. ```public double urciVzdalenost(Bod2D b)```
|
||
|
||
#### Volání metod instance
|
||
- Pokud voláme metodu instance ve stejné třídě, v jaké je deklarována (tj. voláme ji z jiné metody téže třídy), voláme ji pouze jejím jménem a hodnotami parametrů
|
||
- ``metoda(parametry)``
|
||
- Stejné jako u statických metod třídy
|
||
- Např. ```int mocnina = naDruhou(x);```
|
||
- Pokud použijeme metodu vně třídy, ve které je deklarována, musíme před název metody přidat název referenční proměnné ukazující na instanci, nad níž chceme metodu zavolat
|
||
- ```referenčníProměnná.metoda(parametry);```
|
||
- Na rozdíl od statické metody třídy, kdy se používá název třídy
|
||
|
||
### Metody a atributy instance a třídy
|
||
- Z předchozích kapitol vyplývá, že existují dva druhy metod a dva druhy atributů
|
||
- Metody a atributy (proměnné) instance
|
||
- (Statické) metody a atributy (proměnné) třídy
|
||
|
||
#### Porovnání vlastností metod a atributů instance a třídy
|
||
- Metody a atributy (proměnné) **instance** (bez ```static```)
|
||
- Každá instance má vlastní hodnoty atributů (proměnných)
|
||
- K proměnným instance se přistupuje přes konkrétní referenční proměnnou ukazující na konkrétní instanci
|
||
- Metody instance se vně své třídy (kde jsou deklarovány) volají nad konkrétní referenční proměnnou ukazující na konkrétní instanci
|
||
- Metody instance mohou uvnitř své třídy volat jiné metody instance i metody třídy a přistupovat k proměnným instance i třídy
|
||
- Při správném objektovém návrhu je to naprostá většina atributů a metod
|
||
- Metody a atributy (proměnné) **třídy** (se ```static```)
|
||
- Každá proměnná třídy má jen jedno paměťové místo a může tak mít jen jednu hodnotu, bez ohledu na to, kolik instancí třídy existuje
|
||
- Paměťové místo pro proměnnou třídy existuje, i když žádná instance ještě neexistuje
|
||
- K proměnným třídy se vně jejich třídy přistupuje přes název třídy
|
||
- Metody třídy se vně své třídy volají nad názvem třídy
|
||
- Metody třídy mohou uvnitř své třídy volat pouze metody třídy a přistupovat pouze k proměnným třídy (metody a proměnné instance deklarované v téže třídě, tj. bez ```static```, jsou pro ně nepřístupné)
|
||
- Při správném objektovém návrhu jich není mnoho
|
||
- Výjimkou jsou konstanty třídy, které jsou podstatně častější než konstanty instance
|
||
|
||
#### Použití metod a atributů (proměnných) instance
|
||
- Atributy instance obsahují data konkrétní instance třídy
|
||
- Metody instance provádějí operace nad těmito konkrétními daty
|
||
- Díky tomu, že metody instance mají přístup k atributům instance přímo, tato data se nemusí předávat (a nepředávají) jako parametry metod
|
||
- Metody instance jsou poměrně často bez parametrů, protože většinou pracují s proměnnými instance, ke kterým mají přímý přístup (aniž by musely být předávány jako parametry metody)
|
||
- Pokud v programu od třídy vytvářím instanci či instance, většina atributů a metod bude instance, nikoliv třídy
|
||
- Výjimku tvoří konstanty instance, které se v programech používají minimálně
|
||
|
||
#### Použití metod a proměnných třídy
|
||
- Použití konstant třídy
|
||
- Konstanty v dané třídě jsou ve většině případů stejné pro všechny instance => **není vhodné používat konstanty instance**
|
||
- **Konstanta třídy** zabírá **pouze jedno paměťové místo** (na rozdíl od konstanty instance, kde je zabráno tolik paměťových míst, kolik je instancí)
|
||
- Pro získání hodnoty konstanty třídy se nevytváří instance, přistupuje se k ní přes název třídy (např. ```Math.PI```)
|
||
- Uvnitř třídy není název třídy nutný
|
||
- Konstanty mají obvykle přístupové právo ```public```
|
||
- Konstantě třídy lze přiřadit hodnota pouze přímo v deklaraci, není možné ji inicializovat později
|
||
- Použití statické konstanty třídy je vidět např. na Obr. 13.2
|
||
|
||
- Použití proměnných třídy
|
||
- Málo časté
|
||
- Hodí se, pokud potřebujeme, aby byla proměnná jen jedna pro všechny instance
|
||
- Např. doporučené použití třídy ```Scanner``` pro čtení ze standardního vstupu
|
||
- ```public static Scanner sc;```
|
||
- Aby ```Scanner``` fungoval správně na standardní vstup, je potřeba mít jen jeden v celém programu. Tento požadavek splňuje právě statická proměnná ```sc```, přes kterou pak lze provádět čtení kdekoliv v programu
|
||
- Do proměnné ```sc``` se přiřadí instance hned na začátku metody ```main()``` a tato instance se pak používá pro veškeré čtení
|
||
|
||
- Použití metod třídy
|
||
- Vstupní bod programu – metoda ```main()``` – je metoda třídy (statická)
|
||
- To vychází z toho, že na začátku programu není k dispozici instance žádné třídy, a tedy nemůže být spuštěná metoda instance
|
||
- Pokud potřebuji pomocnou metodu, kterou volám v metodě ```main()```, musí to být rovněž metoda třídy (statická)
|
||
- Zde stojí za zvážení, jestli není lepší v metodě ```main()``` vytvořit instanci a nad ní pak volat libovolné metody instance
|
||
|
||
- Metody, u kterých se nevyplatí vytvářet instanci
|
||
- Je mnoho metod, které realizují nějaký výpočet, ke kterému nepotřebují instanční proměnné ani jiné vlastnosti instance (např. matematické výpočty – metody třídy ```Math```)
|
||
- U takových metod je vhodné, aby byly metody třídy (statické), protože se nemusí vytvářet instance a volají se přímo nad názvem třídy
|
||
- Více takových metod může být deklarováno v tzv. utility třídě
|
||
- Volání je pak možné z jakékoliv metody (třídy či instance)
|
||
|
||
#### Mechanizmus předání referenčních parametrů metod |