Objektorienterad programmering Undervisning Lärare och ...

Objektorienterad programmering
Kursinfo
Kursinformation
Allmänt om programmering
Java - några inledande exampel
Föreläsning 1
Grundbegrepp: variabler, uttryck, satser, typer.
Lärare och kurslitteratur
Lärare
Kursansvarig, föreläsningar och övningar Björn von Sydow
Labbhandledning
Emil Djupfeldt, Pelle Evensen, Maria Öhrman, Björn von Sydow
Rekommenderad litteratur
Någon av
David J. Eck: Introduction to Programming using Java, 5th ed.
Kan laddas ner gratis från nätet.
Jan Skansholm: Java direkt.
Vanlig kursbok i kurser på Chalmers; säljs på Cremona.
Kevin Wayne, Robert Sedgewick: Introduction to Programming in
Java
Bästa boken; säljs av nätbokhandlar.
Kursinfo
Undervisning
Föreläsningar
Tisdagar 13–15 och fredagar 10–12.
Allmänna begrepp, exempel, demonstrationer.
Övningar
Torsdagar 13–15 läsvecka 1–8.
Problemlösning individuellt samt genomgångar.
Labbhandledning
Måndagar 13–15, onsdagar 13–15 och torsdagar 10–12.
Bokade arbetsplatser och handledare på plats.
Kursinfo
Examination
Laborationer
Sex obligatoriska programmeringsuppgifter. Görs i grupper om två
personer.
Deadlines enligt kursens webbplats.
Första labben ska lämnas in i morgon!
Tentamen
Skriftlig tentamen 12 mars på förmiddagen.
Kursbok får inte medföras till tentan.
Ett referensblad (två sidor) om Java medföljer tentatesen.

Kursinfo
Lärandemål, 1
Ur kursplanen: Efter kursen ska ni kunna
Kursinfo
förklara grundläggande begrepp inom imperativ och objektorienterad
programmering, speciellt som de realiseras i det programspråk som
används i kursen.
beskriva några standardalgoritmer, för till exempel sortering och
sökning, samt veta var dessa återfinns i språkets standardbibliotek.
definiera enkla subrutinbibliotek med utnyttjande av det använda
programspråkets datatyper och styrstrukturer.
definiera klasser som modellerar enkla fenomen i objektorienterad
anda, med inkapslade data som avläses och uppdateras via publika
metoder.
Labbar
Kursinfo
Lärandemål, 2
Ur kursplanen: Efter kursen ska ni kunna
Programmering
sätta er in i ett givet program, bestående av flera klasser, i syfte att
felsöka, komplettera eller förbättra programmets beteende enligt
givna anvisningar.
skriva enkla händelsestyrda program med grafiskt gränssnitt.
använda och söka i programbibliotek för några standardändamål,
som exempelvis grafiska gränssnitt och datastrukturer.
använda enkla verktyg för att skriva in, kompilera, exekvera och
dokumentera program.
identifiera situationer i er fortsatta utbildning där programmering kan
vara ett effektivt hjälpmedel i studierna.
identifiera ert behov av ytterligare kunskaper inom området
programmering och datavetenskap.
Programmering
Vad är ett program?
En uppsättning instruktioner som anpassar en dator för
att lösa en viss klass av problem.
Vad då för instruktioner?
Datorns inbyggda instruktioner är mycket enkla: addera
två tal, jämför två tal, flytta ett tal i minnet, . . .
Stora program består av miljontals sådana instruktioner.
Hur kan man skriva sådana program?
Skriv program i språk på högre abstraktionsnivå.
Utnyttja många lager av programbibliotek.

Programmering
Programspråk
Olika typer av språk
Imperativa: C, Ada, FORTRAN, . . .
Objektorienterade: C++, Java, C#, Python, . . .
Funktionella: Haskell, ML, F#, . . .
Domänspecifika: Matlab, VHDL, . . .
Varför Java?
Imperativt och objektorienterat.
Programmering
Gratis tillgång för olika typer av datorer.
Bra bibliotek, information på nätet.
Mycket använt.
Software Engineering
En del programutvecklingsprojekt tillhör de mest omfattande
ingenjörsprojekt som kan genomföras (tusentals programmerare under
många år).
Att leda och organisera sådana projekt innebär stora utmaningar, både
tekniskt och administrativt.
Vi kan inte alls beröra dessa svårigheter i den här kursen.
Programmering
Algoritmer och datastrukturer
Ofta är huvudsvårigheten att finna en bra
algoritm, som hittar lösningen på
tillräckligt kort tid (och utan att använda för
mycket resurser i övrigt.)
När man väl har en bra algoritm är det ofta
inte så svårt att formulera den i ett
programspråk.
För många vanliga problem finns
standardalgoritmer och tillhörande
datastrukturer. Vi hinner inte diskutera
dessa i denna kurs, men ska använda en
del biblioteksklasser med sådana
algoritmer och datastrukturer.
Exempel
Funktioner i matematiken
En funktion i matte
Vi kan definiera t ex f (x) = x 2 + 3.
Därefter kan vi använda funktionen med olika argument:
T ex har vi att f (7) = 52 (= 7 2 + 3)
och att f (−3) = 12 (= (−3) 2 + 3).
Definitions- och värdemängd
Vi måste också specificera definitionsmängden, dvs vilken mängd
argumenten tas från, och vilken mängd funktionsvärdena tillhör.
För f ovan kan dessa mängder till exempel vara heltalen.
Alternativ definitions- och värdemängd
Vi kan också betrakta f ovan som en funktion med de reella talen som
definitions- och värdemängd. Då kan vi också beräkna
f (0.6) = 3.36 (= 0.6 2 + 3).

Exempel
Samma funktion i Java
Med heltal som argument och resultat
I Java kan man definiera samma funktion:
public static int f(int x) {
return x*x + 3;
}
Försök för tillfället bortse från nyckelorden public, static och return
som förklaras senare.
Typen int förekommer på två ställen:
int x säger att argumentet x ska vara ett heltal.
int f . . . säger att resultatet blir ett heltal.
Uttrycket efter return är funktionens resultat (funktionsvärdet).
Exempel
Mer om Example1
Kommentarer
Viktigast: ni kan inte förstå allt fullständigt nu; ni måste se fler
exempel och förstå bättre efterhand.
Vi har definierat ett program (en klass), som innehåller definitionen
av f och en main-rutin.
Att köra programmet innebär att kommandona i main-rutinen utförs. I
detta fall finns bara ett enda kommando, en utskrift.
Det som skrivs ut är strängen f(1234)= följt av funktionsvärdet
f(1234) (så + betyder här inte addition).
Att funktionsvärdet (som blir 1522759) skrivs ut innebär att
programmet först måste beräkna detta genom att använda funktionen.
En fråga
Vad betyder argumentet till main-rutinen???
Exempel
Vårt första Java-program
Vad blir f (1234)?
Frågan kan besvaras med hjälp av programmet
public class Example1 {
public static int f(int x) {
return x*x + 3;
}
public static void main(String[] args) {
System.out.println("f(1234)=" + f(1234));
}
}
Det finns många saker att förstå här; vi påpekar bara några på nästa bild.
Exempel
Arbetsprocessen
Flera steg krävs innan vi kan få veta funktionsvärdet:
Programtexten skrivs in en texteditor. Man kan använda till exempel
gedit eller emacs.
Programmet sparas i en fil, som för vårt exempel måste heta
Example1.java.
Programmet kompileras (översätts) genom att man i ett
xterm-fönster skriver
> javac Example1.java
Om inga fel upptäcks, så skapas filen Example1.class.
Programmet kan nu köras genom
> java Example1
f(1234)=1522759
>

Exempel
En förbättring av Example1
Ett nytt problem att lösa
Om vi nu vill beräkna f (5678) så måste vi ändra programmet genom att
byta ut 1234 mot 5678 (på två ställen), kompilera om programmet och köra
det igen.
En bättre idé
Program som körs kan ges kommandoradsargument:
> java Example2 1234
> 1522759
> java Example2 5678
32239687
>
Hur skriver man Example2??
Exempel
Programmet Example2
public class Example2 {
public static int f(int x) {
return x*x + 3;
}
public static void main(String[] args) {
int n = Integer.parseInt(args[0]);
System.out.println(f(n));
}
}
Not
Vi lagrar resultatet av konverteringen i variabeln n.
Sedan använder vi n som argument till f i utskriftskommandot.
Exempel
Användning av kommandoradsargument
Goda nyheter
main-rutinen har direkt tillgång till kommandoradsargumenten: de heter
args[0], args[1] osv.
Dåliga nyheter
args[0] osv är en teckensträng, t ex "1234". Vi säger att args[0] har
typen String. Den kan inte ges som argument till f , som vill ha ett heltal
(av typen int).
Lösningen
Strängen "1234" konverteras till heltalet 1234 av funktionen
Integer.parseInt ur Javas bibliotek.
Programmet Example2 ges på nästa bild.
Exempel
En annan matematisk funktion
Vi definierar funktionen
Frågor
Vad blir S(3)?
n
S(n) = k 2
(= 1 2 + 2 2 + . . . + n 2 )
k=1
Vilken definitionsmängd har funktionen S?
Hur gör du för att räkna ut S(6) i huvudet?
S(6) = 1 2 + 2 2 + 3 2 + 4 2 + 5 2 + 6 2

Exempel
Vad blir S(1000)?
Svaret ges av följande Java-program
public class Example3 {
}
Exempel
public static int squareSum (int n) {
int sum = 0;
for (int k=1; k

Exempel
Finns det bättre sätt?
För välstuderade problem som detta exempel finns ibland andra metoder.
Man kan visa att
för alla positiva heltal n.
Detta ger direkt att
n(n + 1)(2n + 1)
squareSum(n) =
6
squareSum(100) =
1000 · 1001 · 2001
.
6
Att komma på bästa sättet att beräkna en funktion man behöver är i
allmänhet ett svårt problem.
Grunder
Tilldelningssatsen
Grundform
variable = expression;
Både variabeln i vänsterledet och uttrycket i högerledet har en typ som
kan bestämmas av kompilatorn.
I det enklaste fallet är dessa samma typ.
Exempel
sum = sum + k*k;
Här har bägge led typen int.
Effekt
Värdet av högerledet beräknas och lagras i variabeln i vänsterledet.
Exempel
Att räkna med reella tal
Vad blir 1 + 1/2 + 1/3 + . . . + 1/1000000?
Frågan kan besvaras med hjälp av funktionen
public static double hSum(int n) {
double sum = 0;
for (int k=1; k

Grunder
Typer
Två sorters typer
I Java finns två sorters typer:
Primitiva typer.
Referenstyper. Vi återkommer till dessa.
Primitiva typer
Åtta inbyggda primitiva typer finns i Java:
Fyra heltalstyper: byte, short, int och long.
Två flyttalstyper: float och double (för "reella tal").
Typen char (för tecken).
Typen boolean (för sanningsvärden).
Ofta använder vi int för heltal och double för flyttal.
Grunder
Uttryck (eng. expressions)
Förekomster
Uttryck förekommer bland annat som högerled i tilldelningssatser och som
argument i funktionsanrop.
Olika former
Form Exempel
Literal 37 -3.5 true ’C’
Variabel sum n maxVoltage
Operatoruttryck sum + 1.0/i n % 2 == 0
Funktionsanrop hSum(10000) Math.sin(x+y)
Typer
Varje uttryck i ett Javaprogram har en typ som kan bestämmas av
kompilatorn.
Vilka typer har ovanstående exempel?
Grunder
Värden av primitiva typer
Typ Värden
byte Heltal i intervallet [−128, 127] (8 bitar).
short Heltal i intervallet [−32768, 32767] (16 bitar).
int Heltal lagrade med 32 bitar (upp till ca ±2 · 10 9 ).
long Heltal lagrade med 64 bitar (upp till ca ±9 · 10 18 ).
float Flyttal lagrade med 32 bitar (ca 7 sign. siffror).
double Flyttal lagrade med 64 bitar (ca 16 sign. siffror).
Grunder
char Tecken, lagrade med 16 bitars Unicode.
boolean true och false
Operatorer
Operatorer på typen int
Aritmetiska operatorer (resultattyp int): +, -, *, /, %.
Jämförelseoperatorer (resultattyp bool): =, ==, !=.
Skiftoperatorer (resultattyp int): .
Operatorer på typen double
Aritmetiska operatorer (resultattyp double): +, -, *, /.
Jämförelseoperatorer (resultattyp bool): =, ==, !=.
Operatorer på typen bool
Logiska operatorer (resultattyp bool): &&, ||.
Unära operatorer
På numeriska typer: +, -. På bool: !.

Grunder
Typen String
Textsträngar som "Hello world!" har typen String.
Operatorn + kan ta två strängar som argument; den betyder då
konkatenering: "Hi" + " there" är samma sak som "Hi there".
Om den ena operanden till + har typ String så görs den andra om till
String och konkatenering används.
En viktig skillnad
String s = "10000";
int n = 10000;
De två variablerna s och n används på helt olika sätt.
Grunder
Härnäst
I morgon: Obligatorisk labb. Ni måste vara där och köra ert första
Java-program. Handledarna prickar av er när ni gjort vad ni ska.
På torsdag: Labbtid på morgonen för den som vill öva mer. Övning på
eftermiddagen där vi övar att skriva enkla funktioner och main-rutiner.
På fredag: föreläsning med nya begrepp. Försök förstå dagens
begrepp innan dess.
Om du har en egen dator: Ladda ner Ecks bok och läs i kapitel 2.
Bestäm dig för om du vill skaffa Jan Skansholms bok i stället.
Grunder
for-satsen
Syntax-beskrivning: for-statement
for(initialization; continuation-condition; update) {
statements
}
Typvillkor
Typen av continuation-condition måste vara boolean.
Effekt
for-satsen exekveras på följande sätt:
1 Exekvera initialization.
2 Beräkna värdet av continuation-condition.
Om värdet är false, avslutas for-satsen.
Om värdet är true, exekveras först statements, därefter update, och
därefter fortsätter man med 2).