Cours java : generalite sur la POO enjeux et pratique

Cours java : généralité sur la POO enjeux et pratique

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Qu’est-ce que la Programmation Orientée Objet (POO) ?

On classe souvent les langages de programmation en trois familles :

1. impératifs (comme les assembleurs, C, Perl, ...) ;
2. fonctionnels (comme lisp, scheme,...) ;
3. objets (comme C++, Java,...).

En fait, cette classification doit plus s’entendre comme des philosophies différentes dans l’approche de la programmation et les langages implémentent même souvent plusieurs de ces aspects. Ces trois philosophies sont complémentaires en fonction des situations.

1.2 Intérêt de la POO

Pour permettre à une entreprise de concevoir et développer un logiciel sur une durée de plusieurs années, il est nécessaire de structurer les différentes parties du logiciel de manière efficace. Pour cela, des règles précises de programmation sont établies, afin que les différents groupes de personnes intervenant sur un même logiciel puissent échanger leurs informations. En pratique, on a constatéque malgrél’instauration de règles, l’adaptation ou la réutilisation d’une partie programme nécessitait souvent une modification très importante d’une grande partie du code. La programmation orientée objet est donc apparue avec, pour objectifs principaux :

1. de concevoir l’organisation de grands projets informatiques autour d’entités précisément structurés, mêlant données et fonctions (les objets) facilitant la modélisation de concepts sophistiqués;
2. d’améliorer la sûretédes logiciels en proposant un mécanisme simple et flexible des données sen-sibles de chaque objet en ne les rendant accessibles que par le truchement de certaines fonctions associées à l’objet (encapsulation) afin que celles-ci ne soient pas accessibles à un programmeur inattentif ou malveillant.
3. de simplifier la réutilisation de code en permettant l’extensibilitédes objets existants (héritage) qui peuvent alors être manipulés avec les même fonctions (polymorphisme).

1.3 Vue informelle des concepts fondamentaux de la POO

1.3.1 Classes et méthodes

Une classe est une structure informatique regroupant les caractéristiques et les modes de fonctionnements d’une famille d’objets, appelés instances de la classe. Par exemple, une classe voiture aurait pour caractéristiques, (appelés champs en POO), ses dimensions, sa couleur, sa puissance, ...,

12 CHAPITRE 1. INTRODUCTION À LA PROGRAMMATION ORIENTÉE OBJET

pour modes de fonctionnement (appelés méthodes en POO et notées suivies de parenthèses) des actions telles que démarrer_moteur(), couper_moteur(), atteindre(v) oùv est la vitesse à laquelle on veut aller. La méthode atteindre(v) pourrait elle-même être décomposée en débrayer(), embrayer(), accélérer(), freiner(), change_rapport(i), oùi est le nouveau rapport choisi, etc. Chaque exemplaire sortant de l’usine serait alors une instance de la classe classe voiture et partagerait les même caractéristiques techniques.

1.3.2 Encapsulation

Si toutes les pièces électroniques et mécaniques servent au fonctionnement du véhicule, il n’est pas souhaitable, en général, que le conducteur puisse agir sur l’un d’entre-eux isolément car il risquerait de compromettre la sécuritéde son véhicule (et par conséquent celle des autres usagers) en changeant les choses à l’aveuglette (par exemple en augmentant la puissance sans penser que les contraintes mécaniques résultantes risqueraient de provoquer la rupture de telle ou telle pièce qui n’avait pas étéprévue pour cela).

Du point de vue du concepteur, l’action démarrer_moteur() peut être décomposée en des centaines de contrôles électromécaniques, puis en opérations de préchauffage des bougies, d’injection de carburant, d’allumage, de stabilisation du régime moteur au ralenti,... Ces opérations seront considérées comme privées pour le concepteur.

En revanche, du point de vue du conducteur, démarrer_moteur() consiste uniquement à mettre la cléde contact et la tourner et cette méthode sera considérée comme publique, autrement dit, utilisable par tout conducteur.

Le mécanisme de protection correspondant au fait que des champs et des méthodes privées ne soient accessibles par l’utilisateur d’une classe que par certaines méthodes publiques s’appelle l’encapsulation.

1.3.3 Héritage et polymorphisme

Toutes les voitures, bien qu’ayant des caractéristiques communes, se déclinent en plusieurs gammes: coupés, berlines, 4 × 4, cabriolets, etc, ayant chacune des caractéristiques communes. Par exemple, on imagine bien, dans la gamme des cabriolets, une méthode met_toît(b) oùb sera un booléen indiquant si l’on veut que le toit (capote, hard-top), soit mis en place ou pas. On pourrait alors définir les classes coupé, 4x4, cabriolet,... en tant que cas particulier de voiture, c’est-à-dire héritant de toutes les caractéristiques déjàdéfinies : toutes ont les champs dimensions, couleur, puissance,... et les méthodes démarrer_moteur(), couper_moteur()... Pour la classe cabriolet, héritière de voiture, il s’agirait donc juste de définir un nouveau champ toît, qui vaudrait vrai ou faux selon que le toit est mis ou pas et la méthode met_toît(b) évoquée plus haut.

Le fait que les instances des classes héritières soient puissent être vues comme des instances de la classe mère de manière transparente s’appelle le polymorphisme d’héritage. Ainsi, si la la classe voiture définit une méthode affiche_immatriculation(), on pourra l’utiliser telle quelle pour n’importe quel véhicule 4 × 4.

Fonctionnement général de Java

2.1 Historique

En ce qui concerne plus précisément Java :

V0.x Développement de Java par l’équipe de Patrick NAUGHToN et James GosLiNG, chez Sun Microsystems (1991) ;

V1.0 première version de Java (1995) ;

V1.02 gère la connectivité, les bases de données et les objets distribués (1996) ;

V1.1 gestionnaires d’événements, internationalisation, bibliothèque Beans (1997) ;

V1.2 améliorations et bibliothèque Swing(1998) ;

V1.3 améliorations (2000) ;

V1.5 améliorations (2004) : types énumérés, collections mieux gérées, arguments variables de méthodes

2.2 Avantages et inconvénients

Java est un langage qui présente beaucoup d’avantages :

1. propre : il préserve un typage assez fort des données en présence, les opérations arithmétiques sont très bien spécifiées;
2. interruptible : il dispose d’un gestionnaire d’exceptions améliorant la robustesse et la lisibilitédes programmes;
3. à ramasse-miette : la mémoire est gérée automatiquement par le langage;
4. sécurisé: de nombreux garde-fous (encapsulation, exceptions, gestionnaire de sécurité,...) contribuent à la robustesse des programmes, tant à la compilation qu’àl’exécution ;
5. multithread : des processus légers peuvent s’exécuter en parallèle, ce qui est particulièrement utile dans le cas de la programmation de serveurs ou de la parallélisation multiprocesseurs;
6. surchargeable : les fonctions peuvent avoir le même nom et des arguments de type différent, ce qui permet de rapprocher la conception abstraite de l’implémentation ;

 FONCTIONNEMENT GÉNÉRAL DE JAVA

1. lent : même lors de l’utilisation d’un compilateur natif;
2. absence d’héritage multiple : à la différence de C++, bien que cette carence soit compensée par un mécanisme d’interfaces ;
3. pas de généricité: à la différence de C++ (templates) et d’Objective Caml (classes pa-ramétrées, polymorphisme complet), on dispose toutefois de la pseudo-généricitédue à l’héritage.

2.3 Compilation et exécution des programmes Java 2.3.1 Machine Virtuelle Java

Les programmes Java ont étéconçus pour être exécutables sur n’importe quelle architecture. Cela passe par le respect de norme strictes concernant la représentation des données comme des types primitifs portables, décrits dans la Tab. 3.1, p. 22 mais, malgrécela, la façon d’interagir avec un ordinateur ou un autre reste susceptible de différer, du fait de la multiplicitédes processeurs et des systèmes d’exploitation. Le langage C, dans sa norme ISO C90 (ANSI), est portable sur un grand nombre d’architectures mais, afin que le destinataire puisse faire fonctionner le programme, il faut fournir :

1. soit le source du programme;
2. soit une version exécutable par architecture supportée.

Dans le premier cas, le destinataire doit préalablement compiler le programme pour sa machine, en gérant tous les problèmes de compatibilitédes bibliothèques standard (ou alors au prix d’une version alourdie si elle est compilée statiquement), ce qui peut prendre un certain temps et ne s’accomode pas des situations oùles auteurs du code ne souhaitent pas révéler leurs sources'. Dans le second cas, il faut se limiter à quelques architectures standard car le nombre de possibilités est gigantesque.

Dans toutes les situations, certains aspects restent difficilement portables car les mécanismes qui gèrent ces événéments sont très différents d’un système à l’autre. C’est, en particulier, le cas de la programmation graphique.

1au risque de contrarier les partisans de l’OpenSource...

2.3. COMPILATION ET EXÉCUTION DES PROGRAMMES JAVA 15

L’un des objectifs des concepteurs était de pouvoir proposer des petits programmes intégrés de manière transparente à des pages Web dynamiques, permettant à l’utilisateur d’interagir avec ces pages et ce, quelle que soit la plateforme sur laquelle le navigateur s’exécuterait. Ces programmes s’appellent les applets ; nous y reviendrons à la Section 12.5, p. 71.

2.3.2 Compilation

D’une manière générale, une compilation, en informatique, désigne la traduction d’un programme d’un langage dans un autre. On sous-entend souvent que le langage de destination de cette compilation est le langage machine de l’ordinateur sur lequel on va exécuter le programme. L’exécution d’un programme compiléconsiste alors uniquement à déverser les instructions directement dans le processeur pour qu’il les applique.

En l’absence de compilation ou si celle-ci n’a pas eu lieu vers le langage machine, mais vers un autre langage, un interprète convertira chaque instruction en langage machine, au moment de l’exécution.

Le programme javac compile un programme HelloWorld.java en HelloWorld.class qui est un fichier contenant ce qu’on appelle du code octet (bytecode). HelloWorld.class est constituéde code exécutable par une « machine virtuelle », en l’occurence, un programme appeléjava. En invoquant java HelloWorld, les instructions du fichier HelloWorld.class seront, une par une traduites à destination du processeur de l’ordinateur sur lequel s’exécute le programme.

2.3.3 Assembleur Java

Comme tout compilateur, javac utilise un langage intermédiaire : l’assembleur Java qui est l’équivalent, lisible par un être humain, du code-octet, lisible par la machine virtuelle Java. Le programme standard javap permet de désassembler un fichier HelloWorld.class, par exemple celui fabriquépar le source de la Section 2.4, p. 17, en invoquant : javap HelloWorld.class. Le résultat, au demeurant toujours assez éloignéd’un assembleur pour les processeurs classiques, est :

...

En deux mots, chaque thread dispose d’un exemplaire propre du registre PC, qui stocke l’adresse de l’instruction courante (indéfini si c’est une méthode native) dans une zone mémoire est réservée aux méthodes en cours d’exécution. Il peut lire et/ou écrire sur sa pile (stack). L’interruption StackOverFlowError est levée en cas de débordement d’une pile, tandis que l’interruption OutOfMemoryError signale que la taille des piles ne peut plus être augmentée. Le tas (heap) est partagépar tous les threads et est parcouru par le ramasse-miette qui détermine les objets non-référencés à éliminer.

2.4. HELLO WORLD 17

2.4 Hello World

Éditons un fichier HelloWorld.java contenant :

  HelloWorld.java

class HelloWorld{

public static void main(String[] args){ System.out.println("Hello World"); }

}

Évidemment, cela peut paraître un peu compliqué là où d’autres langages se contenteraient de print "Hello World" (cf. l’évolution du programmeur sur ∼pecquet/ jokes.html) mais cela nous permet de voir, avec un exemple simple, le différentes caractéristiques du langage Java.

Le mot class introduit la classe HelloWorld. Cette classe ne contient pas de champ mais une unique méthode appelée main. Le compilateur, invoquésur le fichier HelloWorld.class, cherchera, dans la classe HelloWorld une méthode main pour en faire la procédure principale.

Le mot public signifie que cette méthode peut être invoquée de partout (ici, depuis la machine

virtuelle Java). Le mot static signifie, quant à lui, que la méthode ne dépend pas d’une instance particulière de la classe mais est attachée à la classe elle-même.

La méthode main n’a qu’une instruction : elle invoque le méthode println du champ out de la classe System qui a pour effet l’impression sur la sortie standard de la chaîne passée en argument de println, c’est-à-dire Hello World, suivie d’un retour à la ligne (le « ln » de println sigifie lign : ligne).

On compilera avec la commande javac HelloWorld.java qui produit le fichier bytecode HelloWorld.class.

Ensuite, il faut lancer la machine virtuelle à laquelle on donnera en argument le nom de ce fichier en

bytecode afin qu’elle l’exécute. Cela se fait avec la commande java HelloWorld (attention, ne pas écrire java HelloWorld.class, sinon on obtient une erreur qui ressemble à ça :

java HelloWorld.java

java.lang.ClassNotFoundException: HelloWorld/java

at kaffe.lang.SystemClassLoader.findClass0(SystemClassLoader.java:native)

at kaffe.lang.SystemClassLoader.findClass(SystemClassLoader.java:150)

at java.lang.ClassLoader.loadClass(ClassLoader.java:149)

at java.lang.Class.forName(Class.java:74)

at java.lang.Class.forName(Class.java:43)

Caused by:

2.5 Environnement de travail

Pour développer en Java sous Unix, on dispose de différents outils :

1. un mode standard pour GNU emacs gérant la colorisation des mots-clés et l’indentation automatique, comme on le voit dans la Fig. 2.1, p. 18. Il est mis en marche automatiquement dès le chargement d’un fichier dont le nom se termine par .java.

...

Éléments simples de Java

3.1 Commentaires

Comme dans tout langage, les zones de commentaires sont cruciales pour permettre la compréhension du code. On distinguera trois types de commentaires en java :

// les commentaires de fin de ligne

/** Les commentaires que le logiciel javadoc pourra utiliser pour générer une documentation HTML

*/

3.2 Types primitifs

Les types primitifs de Java sont, en quelque sorte, les « composants atomiques » avec lesquels on construit des classes en Java. Ceux-ci sont définis dans la Table 3.1 .

Les types non-primitifs sont désignés implicitement par leur référence en mémoire. Il s’agit des instances de classes, dont les tableaux de type primitif, ou non, font partie ainsi que nous le verrons plus tard. La valeur null désigne une référence qui ne correspond à rien.

En ce qui concerne les float et les double, certains processeurs (Intel) réalisant leurs opérations flottantes sur 80 bits et tronquant finalement le résultat sur 64 bits peuvent donner des résultats différents des processeurs réalisant toutes leurs opérations sur 64 bits. Par défaut, la précision maximale des processeurs est utilisée pour ne pas pénaliser la vitesse d’exécution mais en spécifiant qu’une méthode est strictfp (strict floating point), tous les calculs sont tronqués à 64 bits pour en garantir la portabilité, au prix d’une perte de précision et d’un ralentissement. Préfixer le nom d’une classe par strictfp a pour effet de préfixer implicitement toutes les méthodes de cette classe par strictfp.

Le standard Unicode [6] permet de représenter 1114112 = 220 + 216 caractères par différents codages à longueur variable. Actuellement 96 000 caractères sont effectivement définis1. Dans la norme UTF-16 utilisée par Java (et pas totalement supportée d’ailleurs), les 256 premiers caractères sont codés sur un octet et sont les caractères ISO-8859-1 (ASCII 8 bit, Latin 1, utilisédans les pays occidentaux). Les caractère suivants codent le latin, le grec, le cyrillique, le copte, l’arménien, l’hébreu, les caractères arabes, puis des caractères chinois, japonais, coréens,...

'Dont environ 50 000 caractères chinois, quoique seuls 5000 soient usuels...

Quoiqu’il ne s’agisse plus de types primitifs, il est intéressant de savoir que Java dispose de bi-bliothèques de calcul en précision arbitraire: java.Math.BigInteger pour les entiers et java.Math.BigDecimal pour les nombres décimaux.

3.3 Opérateurs

On retrouve les opérateurs classiques des langages de programmation, essentiellement équivalent à ceux qu’on a en C, dans la Table 3.2

3.4 Affichage polymorphe

Java permet de donner à plusieurs méthodes le même nom, à condition que le type ou le nombre des arguments de ces méthodes soient différents. Ainsi, pour afficher une valeur x, on utilise la méthode System.out.println(x) qui est surchargée, comme le montre l’exemple suivant :

System.out.println(1); // int

System.out.println(2.5); // double System.out.println(’A’); // char

3.5 Portée des identificateurs

Un identificateur est connu dans une zone délimitée par des accolades. Les variables locales sont prioritaires sur les variables globales, ce qui est le cas le plus souvent car c’est assez logique. En effet, dans le monde entier, on connaît Henry DUNANT comme le fondateur de la Croix-Rouge. Cependant, si, dans un village, le garagiste est un homonyme et s’appelle aussi Henry DUNANT, tout le monde comprendra que « faire réparer sa voiture chez Henry DUNANT » ne signifie pas qu’on fait remorquer le véhicule jusqu’au siège du ComitéInternational de la Croix-Rouge à Genève...

class test{

public static void main(String args){ int x = 1;

System.out.println(x); // Affiche 1

{

double x = 2.5;