Introduction à la Programmation Orientée Objet avec JavaScript

Support de cours Java

Structures de données

Notions en Génie Logiciel et Programmation Orientée Objet

H. Mounier

Université Paris Sud

1

Notations

Les sigles suivants seront fréquemment utilisés

•    Tout code source java sera écrit dans une police particulière, type courier.

•    Une notion définie, expliquée ou précisée apparaîtra comme ceci.

•    Des termes jugés importants apparaîtront comme ceci.

•    Des termes jugés cruciaux apparaîtront comme ceci.

i

Table des matières

Table des matières                                                                                        ii

I       Entrée en matière         1

I.1       Qu’est-ce que Java, en trois lignes . . . . . . . . . . . . . . . . .         1

I.2       Exemples de “Hello World” en différents langages   . . . . . . . .          1

I.3       Un autre exemple . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .     4

II     Historique et propriétés de Java           7

II.1     Propriétés du langage; Technologies disponibles . . . . . . . . . 7

II.2     Manifeste en 11 points . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .   9

III      Paquetages de Java       15

III.1      Technologies et paquetages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .           15

III.2      Sources de documentation externes . . . . . . . . . . . . . . . .       23

IV      Bases procédurales de Java       25

IV.1      Variables et types de données            . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

IV.2      Opérateurs      . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .     30

IV.3      Contrôle de flux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .      34

V     Notions de génie logiciel           39

V.1     La légende des sept singes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

V.2     Buts du génie logiciel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .    41

V.3     Principes de génie logiciel      . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .         42

V.4     Stratégie de développement orientée objet  . . . . . . . . . . . .  47

VI      Notions de programmation orientée objet       49

VI.1      POO, Objets, Classes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .     49

VI.2      Type ou classe; objet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .    51

VI.3      Relations         . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .    56

ii

iii

VII    Bases orientées objet de Java   61

VII.1    Classes et objets Java . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .    61

VII.2    Héritage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .           68

VII.3    Surcharge, redéfinition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .   69

VII.4    Paquetages et interfaces        . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .       77

VIIIExceptions                                                                                                               83

                  VIII.1 Fonctionnement général du système d’exceptions . . . . . . . . .             83

IX      Classes utilitaires de base          91

IX.1      Classes Object, System, PrintStream . . . . . . . . . . . . . . .         91

IX.2      Méthode main() et classes d’emballage des types primitifs  . . .       94

IX.3      Scanner (.Scanner) . . . . . . . . . . . . . . . . . . .    95

IX.4      Classes java.applet.Applet et .String . . . . . . .          99

X     : Conteneurs et autres utilitaires         109

X.1     Classes de ; Classes et interfaces de comparaison . . . . 109

X.2     Classes et interfaces conteneurs        . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111

X.3     Conteneurs de type Map . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116

X.4     Conteneurs de type Collection et Listes . . . . . . . . . . . . . 125

Bibliographie                                                                                                               139

Index                                                                                                                           141

Préface

Ces notes de cours rassemblent des éléments de base du langage Java. Les chapitres I, II et III sont introductifs; les chapitres V et VI introduisent des concepts généraux essentiels en programmation, indépendamment de tout langage; enfin les chapitres IV, VII, VIII, IX et X fournissent de manière concrète les bases du

langage.

Après les trois premiers chapitres qui donnent des aperçus généraux sous divers angles, le chapitre IV expose les bases purement procédurales (c.à.d. non orientée objet) du langage. Au chapitre V des notions de génie logiciel génériques sont exposées. Le chapitre suivant contient des définitions précises de ce que sont une classe, un objet, ainsi que les relations (notamment l’héritage) qui les relient. La substance concrète de ce qui est décrit au chapitre VI fait l’objet du chapitre VII. Le mécanisme d’exceptions de Java est ensuite exposé au chapitre VIII.

Diverses classes utilitaires simples sont données au chapitre IX. Enfin, le chapitre X concerne les classes de Java implantant diverses structures de données (telles les tableaux dynamiques, les listes, les tables de hachage, les arbres) et algorithmes (tels le tri) associés.

v

I – Entrée en matière

Références bibliographiques

Java examples in a Nutshell, D. Flanagan, 2^ièmeédition [Flaa]

                       I.1           Qu’est-ce que Java, en trois lignes

Le début de l’ouvrage de référence, The Java Language Specification par J. Gosling, B. Joy et G. Steele [GJS96] résume fort bien l’esprit dans lequel le langage a été conçu ainsi que le but poursuivi : “Java is a general purpose, concurrent, class-based, object-oriented language. It is designed to be simple enough that many programmers can achieve fluency in the language. Java is related to C and C++ but is organized rather differently, with a number of aspects of C and C++ ommited and a few ideas from other languages included. Java is intended to be a production language, not a research language, and so, as C.A.R. Hoare suggested in his classic paper on language design, the design of Java has avoided including new and untested features.”

I.2      Exemples de “Hello World” en différents langages

2.1 Avec OSF/Motif widgets

#include <X11/Intrinsic.h>

#include <X11/StringDefs.h>

#include <Xm/Xm.h>

#include <Xm/Form.h>

#include <Xm/Label.h>

#include <Xm/PushB.h>

1

2                                                                                                    Support de cours Java

typedef struct APP_DATA { char *mtext; char      *etext;

} APP_DATA, *P_APP_DATA;

static XrmOptionDescRec options[] = { /* options de la ligne de commande */

{"-mtext", "*mtext", XrmoptionSepArg, NULL},

{"-etext", "*etext", XrmoptionSepArg, NULL}

};

static XtResource resources[] = {                                     /* ressources */

{"mtext", "Mtext", XtRString, sizeof(String),

XtOffset(P_APP_DATA, mtext), XtRString, "Maison pauvre, voie riche"},

{"etext", "Etext", XtRString, sizeof(String),

XtOffset(P_APP_DATA, etext), XtRString, "Quitter"}

};

static Arg args[10];                                                                 /* arguments passes aux widgets */

static void quit_action(Widget w, caddr_t client_data,

XmAnyCallbackStruct *call_data);

void main(int argc, char *argv[]) {

APP_DATA data;

Widget main_widget, form_widget, hello_message, exit_button;

main_widget = XtInitialize(argv[0], "Xmhello", options,

XtNumber(options), &argc, argv);

XtGetApplicationResourceds(main_widget, &data, resources,

XtNumber(resources), NULL, 0);

form_widget = XtCreateManagedWidget("Form", xmFormWidgetClass, main_widget, NULL, 0);

XtSetArg(args[0], XmNtopAttachment, XmATTACH_FORM);

XtSetArg(args[1], XmNleftAttachment, XmATTACH_FORM);

XtSetArg(args[2], XmNLabelString,

XmStringCreateLtoR(data.etext,

XmSTRING_DEFAUKT_CHARSET));

exit_button = XtCreateManagedWidget("Exit", xmPushButtonWidgetClass, form_widget,

(ArgList) args, 3);

XtAddCallback(exit_button, XmNactivateCallback, quit_action, NULL);

XtSetArg(args[0], XmNtopAttachment, XmATTACH_WIDGET);

XtSetArg(args[1], XmNtopWidget, exit_button);

                      I.2 – Exemples de “Hello World” en différents langages                                               3

XtSetArg(args[2], XmNleftAttachment, XmATTACH_FORM);

XtSetArg(args[3], XmNrightAttachment, XmATTACH_FORM);

XtSetArg(args[4], XmNbottomAttachment, XmATTACH_FORM);

XtSetArg(args[5], XmNLabelString,

XmStringCreateLtoR(data.mtext,

XmSTRING_DEFAUKT_CHARSET));

hello_message = XtCreateManagedWidget("Hello", xmLabelWidgetClass, form_widget,

(ArgList) args, 6);

XtRealizeWidget(main_widget);

XtMainLoop();

}

static void quit_action(Widget w, caddr_t client_data,

XmAnyCallbackStruct *call_data) {

XtCloseDisplay(XtDisplay(w)); exit(0);

}

•    Avantage : souple.

•    Désavantages : code long, ne fonctionne que sous XWindows (pas sur Macintosh ou Windows 98).

•    Remarque : code 3 fois plus long en Xlib.

2.2 Hello world en Tcl/Tk

•    Tcl : langage de commandes interprété, peu structuré. Tk : bibliothèque graphique.

•    Code d’une fenêtre simple

proc helloWorld { toplevel .helloworld

label .helloworld.label -text "La haine seule fait des choix" button .helloworld.button -text "Quitter" -command exit pack .helloworld.label .helloworld.button

}

•    Avantage : codage de mini applications simple.

•    Désavantage : Langage de mauvaise qualité (au sens du génie logiciel) et lent.

2.3 Hello world en Java

• Code d’une fenêtre simple en Java

4                                                                                                    Support de cours Java

import .* import .event.*

class HelloWorld extends CloseableFrame { public void paint(Graphics g) { this.setLayout(new FlowLayout(FlowLayout.CENTER, 15, 15)); button b = new Button("Quitter"); (b);

b.addActionListener(new ActionListener() { public void actionPerformed(ActionEvent a) {

(0); } });

g.drawString("Jour apres jour, c’est un bon jour", 75, 100); }

public static void main(String args[]) { Frame f = new HelloWorld(); f.show();

}

}

• Avantages :

–    Code très compact (3 fois plus court qu’en OSF/Motif, 6 fois plus court qu’en Xlib).

–    Langage de bonne qualité (en génie logiciel).

–    Nécessairement orienté-objet.

–    Fonctionne sans modifications sous UNIX, Windows 98/NT, MacOS.

I.3         Un autre exemple

3.1 Applet de gribouillage Java

import java.applet.*; import .*; import .event.*;

public class Scribble extends Applet {

int last_x; int last_y;

public void init() {

MouseListener ml = new MyMouseListener(this);

MouseMotionListener mml = new MyMouseMotionListener(this); this.addMouseListener(ml);

                      I.3 – Un autre exemple                                                                                                  5

this.addMouseMotionListener(mml);

} }

class MyMouseListener extends MouseAdapter {

private Scribble scribble; public MyMouseListener(Scribble s) { scribble = s; } public void mousePressed(MouseEvent e) {

scribble.last_x = e.getX(); scribble.last_y = e.getY();

} }

class MyMouseMotionListener extends MouseMotionAdapter {

private Scribble scribble; public MyMouseMotionListener(Scribble s) { scribble = s; } public void mouseDragged(MouseEvent e) { Graphics g = scribble.getGraphics(); int x = e.getX(), y = e.getY();

g.drawLine(scribble.last_x, scribble.last_y, x, y); scribble.last_x = x; scribble.last_y = y; }

}

II – Historique et propriétés de Java

Références bibliographiques

Understanding O-O Programming with Java,

T. Budd, [Bud98],

II.1       Propriétés du langage; Technologies disponibles

1.1 Oak

•    Originellement Oak, 1991, James Gosling, Sun Microsystems.

•    But de Oak : langage embarqué pour des appareils de communication (téléphone, télévision, ordinateurs, ).

•    2 caractéristiques cruciales de ce langage embarqué :

–    taille réduite (? codage compact).

–    fiabilité (? fonctionnement en mode dégradé, en réponse à des exceptions).

1.2 Propriétés embarquées

Plusieurs propriétés de java reflètent ceci :

•    Langage réduit et simple (notamment en ce qui concerne lesinstructions).

•    Peut être transformé en une représentation interne compacte.

•    ö Pointeurs et goto eliminés.

•    Traitement d’exceptions partie intégrante du langage; le programmeur est souvent FORCÉ de gérer les exceptions (c’est une bonne chose!).

7

1.3 Naissance de Java

•    Java hérite principalement sa syntaxe (procédurale) du C.

•    Langage généraliste, aussi versatile que C++.

•    Plusieurs simplifications notables par rapport au C++.

•    Très vaste bibliothèque de classes standard (plus de 3000 classes dans plus de 160 paquetages pour le JDK 1.5)

•    A partir de 1993, chez Sun, développement pour créer un langage adapté à Internet.

•    En 1995, annonce offcielle de Java (concu, entre autres, par James Gosling, Patick Naughton, Crhis Warth, Ed Frank, Mike Sheridan et Bill Joy).

•    Milieu 1996, sortie de Java 1.02, première version distribuée par JavaSoft (filiale de Sun).

•    Début 1997, sortie de Java 1.1. Beaucoup d’améliorations significatives. Première version à être jugée sérieuse du langage.

•    Été 2004, sortie de Java 1.5; diverses améliorations et ajouts intéressants.

1.4 Adaptation au web (I)

•    Pourquoi le caractère “embarqué” initial de java est-il bien adapté au Web (transfert de pages HTML et exécution de programmes distante via

Internet)?

•    Le schéma client/serveur classique est le suivant :[-2.5ex]

–    envoi de requête du client vers le serveur,

–    traitement de la requête par le serveur, – envoi de la réponse du serveur au client.

1.5 Adaptation au web (II)

Inconvénients de ce schéma :[-2.5ex]

•    temps de transmission souvent lents.

•    Les serveurs peuvent être chargés (beaucoup de clients à servir).

•    les clients sont, par contraste, assez fréquemment peu chargés.

1.6 Adaptation au web (III)

? Calculs coté client via des applets : plutôt que d’exécuter le programme et de transmettre la réponse, le serveur transmet le programme. Le programme s’exécute localement sur le client. Ainsi :

[-3ex]

•    le programme s’exécute sur une machine moins chargée,

•    le seul retard est le temps de transmission initial du programme. Lorsqu’il y a plusieurs requêtes, la 1^ere prend du temps, les suivantes ne souffrent pas du transfert via Internet.

1.7 Interpéteurs de bytecode

•    Client et serveur peuvent être sur 2 ordinateurs (processeurs) de types différents, avec des OS différents. ? Le source java doit être traduit en un bytecode indépendant de la plate forme logicielle et matérielle. Ce bytecode (code dont les instructions sont longues d’1 ou 2 octet) est un langage sur une machine imaginaire, une machine virtuelle. Ressemble à un assembleur générique.

•    Transformation du bytecode en code machine via : [-3ex] – des interpréteurs.

– des compilateurs “juste-à-temps” (JIT : Just In Time) de performances plus proches d’un exécutable C ou C++ classique.

•    Apparition de compilateurs natifs, c.à.d. transformant du code source Java en code machine natif pour tel ou tel processeur (jove; cygnus, au dessus de gcc, ).

1.8 Sécurité

•    Un programme s’exécutant sur un serveur ne peut faire beaucoup de dégâts sur la machine client. Un programme s’exécutant coté client peut, en théorie, avoir accès à beaucoup de ressources, d’où un danger.

•    ? gestionnaire de sécurité, sur le client, limitant les actions possibles du programme envoyé par le serveur. Par ex., interdiction d’accéder au système de fichiers ou de transmettre à d’autres que le client ou le processeur du serveur.

II.2          Manifeste en 11 points

2.1 “White paper description”

Java est un langage :

•    simple,

•    orienté objet,

•    réparti,

•    interprété (ou compilé),

•    robuste,

•    sûr,

•    indépendant de l’architecture,

•    portable,

•    efficace

•    multitâches ou multi-activités (multi-thread) et

•    dynamique.

2.2 Java est simple

•    ö Plus simple que C++ :

–    Nombreux mots clés éliminés.

–    Pas de pré-processeur.

–    Bibliothèque très étendue et directement intégrée au langage.

–    Pas de surcharge d’opérateurs, de fonctions indépendantes, de goto, de structures, d’unions ni de pointeurs.

–    Pas de fichiers d’en-tête.

–    Pas d’héritage multiple; à la place, notion d’interface, venant d’Objective C. Bien moins complexe.

•    ö Pas de pointeurs visibles au niveau du programmeur. Bien sûr, en interne, les pointeurs sont largement utilisés; mais ceci est caché pour l’utilisateur.

2.3 Java est orienté objet

Les langages C++ et Object Pascal ont construit des caractéristiques orientées objet au dessus d’un langage qui ne l’est pas.

En java, on est forcé de faire de l’orienté objet et des bénéfices comme l’encapsulation et la réutilisabilité sont faciles à obtenir.

2.4 Java est réparti

• Java a été construit avec Internet en tête. Riche bibiothèque pour – l’accès aux URL (Universal Resource Locators),

–    la programmation client/serveur via des sockets TCP et UDP, – l’exécution de méthodes distantes (RMI : Remote Method Invocation).

–    la conception d’applications réparties selon le modèle d’espaces (issus du langage Linda) avec JavaSpaces,

–    la gestion de serveurs Web via les Servlets,

–    la communication d’objets distants inter-langages avec des IDL (Interface Definition Language) CORBA (Common Request Broker Architecture),

–    l’administration de réseaux via SNMP (Simple Network Management Protocol) avec JMAPI.

2.5 Java est interprété (ou compilé)

•    Le source java est éventuellement transformé en un assembleur d’une machine imaginaire, une machine virtuelle. Cet assembleur, ou bytecode, peut être interprété. Désavantage : lenteur d’exécution.

•    ? Notion de compilateur “à la volée” ou “juste à temps”. La Traduction du bytecode au langage machine est effectuée juste avant l’exécution.

•    ? Performances avoisinant celles des langages compilés classiques. Puis, apparition de compilateurs natifs, avec des performances égales à celles du C.

2.6 Java est robuste

•    ö Gestion des erreurs matérielles et logicielles, via un mécanisme d’exceptions. Exemples : ouverture d’un fichier inexistant, division par zéro, création d’un point de communication réseau (socket) vers une @IP inexistante, Le programmeur est forcé de gérer diverses exceptions.

•    ö Gestion automatique de la mémoire; présence d’un ramasse-miettes (pas de possibilité de new sans delete).

•    Verification à l’exécution des compatibilités de type lors d’un cast.

2.7 Java est sûr

•    Écriture mémoire erronée : quasi-impossible en java, car pas de pointeurs.

•    ö Indices de tableau testés avant qu’ils soient référencés.

•    Test qu’une variable a été assignée avant d’être utilisée.

•    Bytecode également testé avant d’être exécuté :

– test de bon accès aux classes,

– tests de congestion et de famine de la pile des opérandes,

– test de conversion illégale de données, – test d’accès aux ressources : fichiers, –

2.8 Java est indépendant de l’architecture

•    Le bytecode est indépendant de la plate-forme.

•    ö Les bibliothèques sont intégrées de manière standard au langage, à l’encontre de C++.

2.9 Java est portable

•    Un même programme peut être compilé sur une machine et exécuté sur une autre, quel que soit le processeur ou l’OS.

•    La taille des types de données est toujours la même en java.

2.10 Java est efficace

•    Initialement, les interpréteurs rendaient l’exécution de programmes java lente (environ 20 fois plus lente que du C).

•    Les compilateurs à la volée (JIT) la rendent presque aussi rapide que des programmes compilés classiques.

•    Des compilateurs natifs, fournissent du code machine natif pour tel ou tel processeur; performances égales à celles du C (jove; cygnus, au dessus de gcc, ).

2.11 Java est multitâches

•    L’un des premiers langages à posséder en interne des tâches, ou activités (threads) d’exécution.

•    ö La coordination des activités est aisée (moniteurs de Hoare et événements).

2.12 Java est dynamique

•    Exécution coté client ? dynamisme plus aisé à mettre en œuvre que dans d’autres langages.

•    Chargement des classes en cours d’exécution, lorsque nécessaire, éventuellement à travers le réseau. Chargement dynamique des classes possible grâce à des informations de typage consultables en cours d’exécution.

La liste est donnée par thème, chaque élément étant suivi, entre parenthèses, du nom de la technologie Java correspondante. Son éventuelle disponibilité apparaît ensuite : au sein du JDK, paquetage optionnel ou extension en accès d’avant première.

2.13 Technologies Réseaux

1.    Flux de données réseau TCP et UDP par sockets (Socket, ; JDK).

2.    Appel de méthodes distantes (RMI ou Remote Method Invocation; JDK).

3.    Interopérabilité réseau inter-langage via CORBA (IDL ou Interface Definition Langage; JDK).

4.    Appel de méthodes distantes au dessus du protocole Internet d’interopérabilité réseau inter-langage (RMI-IIOP ou Remote Method Invocation over Internet Inter-Orb Protocol; paquetage optionnel).

5.    Fonctions de serveurs HTTP (Java Servlets; paquetage optionnel).

2.14 Technologies Réseaux (suite)

1.    Communication distribuée par espaces (JavaSpaces).

2.    Applications mutli-agent réseau (JDMK, Java Dynamic Management Kit).

3.    Administration distribuée (Java Management; paquetage en accès d’avant première).

4.    Gestion de courier (Java Mail; paquetage optionnel).

5.    Service de nommage et de répertoires (JNDI ou Java Naming Directory Interface; paquetage optionnel).

2.15 Technologies graphiques & sonores

1.    Gestion d’interfaces graphiques (AWT ou Abstract Window Toolkit et Swing, formant les JFC ou Java Foundation Classes; JDK).

2.    Composants réutilisables, éditables au sein d’un concepteur d’interfaces graphiques ou “GUI builder” (Java Beans; JDK).

3.    Dessin vectoriel 2D (Java2D; JDK).

4.    Traitement d’images de base (Java advanced imaging; paquetage optionnel).

5.    Synthèse d’images et VRML (Java3D; paquetage optionnel) 6. Gestion multimédia (JMF, Java Media Framework; extension standard).

7. Synthèse vocale (Java Sound).

2.17 Technologies de Sécurité

1.    Liste de contrôle d’accès ou “ACLs” (JDK)

2.    Authentification et autorisation (JAAS ou Java Authentication and Authorization Service; paquetage en accès d’avant première)

3.    Flux réseau sécurisé par des SSL ou Secure Socket Layer (JSSE ou Java Secure Socket Extension; paquetage en accès d’avant première)

4.    Cryptographie (JCE ou Java Cryptography Extension; extension standard)

2.18 Technologies de Gestion de données

1.    Structures de données de base (listes, arbres, tables de hachage) et tri (Collections; JDK)

2.    Accès à des bases de données par SQL (JDBC ou Java Database Connectivity; JDK)

III – Paquetages de Java

Références bibliographiques

Voir http

                        III.1          Technologies et paquetages

1.1 Aperçu des technologies disponibles

La liste est donnée par thème, chaque élément étant suivi, entre parenthèses, du nom de la technologie Java correspondante. Sa éventuelle disponibilité apparaît ensuite : au sein du JDK extension standard ou paquetage optionnel.

•    Réseaux :

1.    Flux de données réseau TCP et UDP par sockets (Socket, ; JDK)

2.    Appel de méthodes distantes (RMI ou Remote Method Invocation; JDK)

3.    Interopérabilité réseau inter-langage via CORBA (IDL ou Interface Definition Langage; JDK)

4.    Fonctions de serveurs HTTP (Java Servlets; extension standard)

5.    Communication distribuée par espaces (JavaSpaces)

6.    Applications mutli-agent réseau (JDMK, Java Dynamic Management Kit)

7.    Administration distribuée (JMX ou Java Management eXtension; extension standard)

8.    Gestion de courier (Java Mail; extension standard)

9.    Service de nommage et de répertoires (JNDI ou Java Naming Directory Interface; extension standard) • Graphique, images et sons :

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1.    Gestion d’interfaces graphiques (AWT ou Abstract Window Toolkit et Swing, formant les JFC ou Java Foundation Classes; JDK)

2.    Composants réutilisables, éditables au sein d’un concepteur d’interfaces graphiques ou “GUI builder” (Java Beans; JDK)

3.    Dessin vectoriel 2D (Java2D; JDK)

4.    Traitement d’iamges de base (Java advanced imaging; extension standard)

5.    Synthèse d’images et VRML (Java3D; extension standard)

6.    Gestion multimédia (JMF, Java Media Framework; extension standard

)

7.    Synthèse vocale (Java Sound)

•    Sécurité :

1.    Liste de contrôle d’accès ou “ACLs” (JDK)

2.    Authentification et autorisation (JAAS ou Java Authentication and Authorization Service)

3.    Flux réseau sécurisé par des SSL ou Secure Socket Layer (JSSE ou Java Secure Socket Extension; paquetage optionnel)

4.    Cryptographie (JCE ou Java Cryptography Extension; extension standard)

•    Gestion de données :

1.    Structures de données de base (listes, arbres, tables de hachage) et tri (Collections; JDK)

2.    Accès à des bases de données par SQL (JDBC ou Java Database Connectivity; JDK)

1.2 Paquetages du JDK 1.5

JDK : Java Development Kit, Versions de référence du langage, tel que produit par Sun.

.colorClasses pour les couleurs.

.datatransferInterfaces et classes pour le transferts de données entre applications.

“Drag and Drop” ou “glisser-placer” un élé-

ment graphique à l’aide d’un pointeur (en général la souris).

.eventInterfaces et classes de gestion des différents événements associés aux composants AWT.

.fontInterfaces et classes reliées aux polices de caractères.

.geomClasses Java 2D pour définir et réaliser des opérations sur des objets bi-dimensionnels.

.imClasses et interfaces du cadre de méthodes d’entrée (input method framework). Ce cadre permet à des composants de recevoir des entrées clavier en Japonais, Chinois ou Coréen (pour lesquelles il faut plusieurs touches pour un caractère).

.spiInterfaces permettant le déploiement d’en-

trées pour tout environnement d’exécution Java.

.imageClasses pour créer et modifier des images.

.image.renderableClasses et interfaces pour produire des images indépendantes du rendu (du périhérique d’affichage ou d’impression).

.printClasses et interfaces pour une API générale d’impression.

java.beansClasses reliées au développement de compo-

sants “beans” (composants réutilisables pouvant être édités graphiquement).

java.beans.beancontextClasses et interfaces reliés à un contexte de bean (conteneur qui définit un environnement d’exécution du ou des bean(s) qu’il contient).

java.ioEntrées/sorties systèmes au travers de flux de

données, de la sérialisation et le système de fichiers.

java.langClasses fondamentales du langage Java.

.annotation.

.instrumentClasses d’agents d’instrumentation de programmes tournant sur une JVM.

.managementGestion de la machine virtuelle et du système

d’exploitation hôte.

dates, des nombres et des messages d’une manière indépendante de la langue.

java.utilContient le cadre des collections, le modèle d’événements, des utilitaires de gestion du temps et de la date ainsi que d’autres utilitaires divers (un analyseur lexical, un générateur de nombres aléatoires et un tableau de bits).

.concurrentClasses de programmation concurrente.

.concurrent.atomicClasses de programmation sans verrou adaptées à la multiplicité des threads (“lock-free and thread-safe”).

.concurrent.locksClasses de verrou et d’attente (distinctes des synchronisation (synchronized) et moniteurs de Hoare (wait())).

.jarClasses pour lire et écrire dans des fichiers

JAR (Java ARchive), basé sur le standard de fichier ZIP avec un fichier optionnel de manifeste.

.loggingClasses de sauvegarde en ligne (“logging”).

.prefsClasses de sauvegarde et restauration des préférences utilisateur et système.

.regexpClasses de manipulation des expressions régulières.

.zipClasses pour lire et écrire dans des fichiers

JAR (Java ARchive), basé sur les standards de fichier ZIP et GZIP.

javax.accessibilityDéfinit un contrat entre des composants d’interface utilisateur et des technologies d’assitance (par exemple aux personnes handicapées).

javax.cryptoClasses de cryptographie.

javax.crypto.interfacesClasses d’interfaces pour les clés de Diffie-

Hellman.

javax.crypto.specClasses de spécification de clés et de para-

mètres d’algorithme.

javax.imageioClasses d’entrées/sorties d’images.

javax.imageio.eventClasses de gestion d’évenements synchrone durant la lecture et l’écriture d’images.

javax.imageio.metadataClasses de lecture et d’écriture de méta-

données d’images.

javax.imageio.plugins.bmpClasses de plugin BMP. javax.imageio.plugins.jpegClasses de plugin JPEG.

javax.imageio.spiClasses de interfaces pour les lecteurs, écri-

vains, transcodeurs et flux d’images.

                                                                              chargeable.                                                                        

.spiClasses d’interface pour implanter des modules d’autentification.

.x500Classes de gestion X500 (Principal and Pri-

vate Credentials).

javax.security.certClasses de certificats à clé publique. javax.security.saslClasses de gestion de SASL.

javax.sound.midiClasses et interfaces d’entrée/sortie, de séquençage et de synthèse de données MIDI.

.spiClasses de gestion d’implantation de périphériques MIDI.

javax.sound.sampledClasses d’acquisition, de traitement et de rejeu de données audio échantillonnées.

javax.sound.sampled.spiClasses de gestion d’implantation de périphé-

riques audio.

javax.sqlClasses d’accès de données coté serveur. .rowsetClasses de gestion de JDBC RowSet.

.rowset.serialClasses de sérialisation entre types SQL et types Java .

.rowset.spiClasses de gestion d’implantation de fournisseur de synchronisation.

javax.swingEnsemble de composants “légers” (entière-

ment Java) qui se comportent de manière quasi-identique sur toutes les plates-formes.

javax.swing.borderClasses et interfaces pour afficher des bodures autour d’un composant Swing.

javax.swing.colorchooserClasses et interfaces utilisées par le composant JColorChooser.

javax.swing.eventÉvénements créés par des composants Swing. javax.swing.filechooserClasses et interfaces utilisées par le composant JFileChooser.

javax.swing.plafUne interface et plusieurs classes abstraites utilisées par Swing pour fournir des possibilités de rendu adaptables (pluggable look-andfeel capabilities).

.basicObjets                                                d’interface      utilisateur            construits conformément au rendu standard (the Basic look-and-feel).

.metalObjets                                                                  d’interface      utilisateur      construits

conformément au rendu “métallique” (“metal” look-and-feel).

.multile rendu (look and feel) multiplexé permet à un utilisateur de combiner un rendu auxiliaire avec le rendu par défaut.

III.2 – Sources de documentation externes

                        III.2           Sources de documentation externes

2.1 Sites importants

•  Le site Sun http

•  Les API Java XX (par ex. 1.5) de Sun

http

•  L’almanach Java, une liste de mini exemples pour chaque classe du langage. Très utile http

•  Divers cours sur Java, en français http

2.2 Sites utiles

•    La documentation générale indiquée par Sun http

•    Les tutoriels http

•    Documentations ENST, dont le JDK et le Java Tutorial de Sun http

•    Compilateur GNU pour Java, GCJ (compilation en code machine) http

•    Plusieurs cours sur les réseaux de l’UREC http

•    Java-Linux http

•    Liens sur Java http

•    Cours en ligne sur Java http

•    Beaucoup de liens sur Java

•    Les RFC en HTML à l’université d’Ohio http

24                                                                                                  Support de cours Java

• Plus de 16000 liens sur les objets et composants http

IV – Bases procédurales de Java

Références bibliographiques

– The Java Language Specification, J. Gosling, B. Joy et G. Steele [GJS96], – Java in a Nutshell, D. Flanagan [Flab].

                        IV.1           Variables et types de données

1.1 Identificateurs

•    Identificateur : suite de

–    lettres

–    minuscules ou majuscules,

–    chiffres,

–    underscore (_) et dollar ($).

Un identificateur ne doit pas commencer par un chiffre. • Java distingue minuscules et majuscules (Valeur diffère de VALEUR).

•    Conventions

–    Toute méthode publique et variable d’instance commence par une minuscule. Tout changement de mot descriptif se fait via une majuscule.

Exs. : nextItem, getTimeOfDay.

–    Variables locales et privées : lettres minuscules avec des underscores.

Exs. : next_val, temp_val.

–    Variables dites final représentant des constantes : lettres majuscules avec underscores. Exs. : DAY_FRIDAY, GREEN.

–    Tout nom de classe ou d’interface commence par une majuscule. Tout changement de mot descriptif se fait via une majuscule. Exs. : StringTokenizer, FileInputStream.

25

1.2 Représentation littérale

•    Entiers :

– * les valeurs octales commencent avec un 0.

– Ainsi 09 génère une erreur : 9 en dehors de la gamme octale 0 à 7. – Ajouter un l ou L pour avoir un entier long.

•    Nombres à virgules : par défaut des double. Ajouter un f ou F pour avoir un float.

•    booléens : 2 valeurs possibles, true et false. *true (resp. false) n’est pas égal à 1 (resp. 0).

•    Chaînes de caractères : * doivent commencer et se terminer sur la même ligne

•    Caractères : unicode (sur 16 bits), manipulables comme des entiers, par ’a’, ’@’,

1.3 Variables

•    exemple (Pythagore) :

class Variables { public static void main(String args[]) { double a = 3; double b = 3; double c; c = (a*a + b*b);

.println("c = " + c);

}

}

IV.1 – Variables et types de données

•    Règles de visibilité usuelles pour une variable définie à l’intérieur d’un bloc entre {}.

•    Une variable ne peut avoir le même nom qu’une déclarée dans un bloc englobant :

class Scope { public static void main(String args[]) { int var = 3;

{

                                                                     int var = 2;                     // Erreur de compilation

}

}

}

1.4 Mots clés du langage

Attention a ne pas utiliser comme nom de variable un mot clé réservé, dont voici la liste :

continue implements return       volatile default import   short     while do                instanceof static

1.5 Nature des variables

On distingue 7 natures de variables :

•    les variables d’instance

•    les variables de classe

•    les variables de type tableau

•    les paramètres des méthodes

•    les param‘etres des constructeurs

•    les variables de type exception

•    les variables locales

1.6 Types primitifs

•    Dans certains langages 2+2 : appel de la méthode “plus” sur une instance d’objet représentant deux, passant une autre instance de deux

•    ? Pour des raisons de performance : types primitifs en java, strictement analogues aux types correspondants dans des langages non orientés objets.

•    Huit types primitifs :

–    Entiers : byte, short, int et long, tous signés.

–    Nombres à virgule flottante : float et double.

–    Caractères : char.

–    booléens : boolean, pour les valeurs logiques.

1.7 Types entiers et flottants

•    Toute assignation, explicite ou par passage de paramètres, fait l’objet d’une vérification de type.

•    Pas de coercition ou de conversion systématique. Une différence de type est une erreur de compilation, pas un avertissement (warning).

•    Types de données entiers :

–    byte : à n’utiliser que pour des manipulations de bits.

–    short : relativement peu utilisé car sur 16 bits.

–    int : dans toute expression avec des byte, short, int, tous sont promus à des int avant calcul.

1.8 Plages de variation

IV.1 – Variables et types de données

1.9 Transtypage (ou conversions, “cast”)

•    Conversions possibles en java. Conversion automatique seulement possible lorsque le compilateur sait que la variable destination est assez grande.

•    Si des bytes, short, int et long font partie d’une expression, tout le monde est promu à long. Si une expression contient un float et pas de double, tout le monde est promu à float. S’il y a un double, tout le monde est promu à double. Tout littéral à virgule est considéré comme double.

1.10 Caractères

•    Un caractère est codé par un entier allant de 0 à 65536 (selon le standard unicode).

•    On peut se servir des caractères comme entiers : int trois = 3; char un = ’1’;

char quatre = (char) (trois + un);

Dans quatre : ’4’. un a été promu à int dans l’expression, d’où la conversion en char avant l’assignation.

1.11 Booléens

•    Type renvoyé par tous les opérateurs de comparaison, comme (a < b).

•    Type requis par tous les opérateurs de contrôle de flux, comme if, while et do.

1.12 Tableaux

•    Création pouvant être faite en deux temps :

–    Déclaration de type, les [] désignant le type d’un tableau int tableau_entiers[];

–    Allocation mémoire, via new tableau_entiers = new int[5];

•    Pour les tableaux, la valeur spéciale null représente un tableau sans aucune valeur.

•    Initialisation

int tableau_initialise[] = { 12, 34, 786 };

•    Vérification par le compilateur de stockage ou de référence en dehors des bornes du tableau.

1.13 Tableaux multidimensionnels (I)

• Tableaux multidimensionnels crées comme double matrice[][] = new double[4][4];

Ce qui revient à double matrice[][] = new double[4][]; matrice[0] = new double[4]; matrice[1] = new double[4]; matrice[2] = new double[4]; matrice[3] = new double[4];

1.14 Tableaux multidimensionnels (II)

•    Initialisation par défaut de tous les éléments à zéro.

•    Des expressions sont permises dans les initialisations de tableaux double m[][] = {

{ 0*0, 1*0, 2*0 },

{ 0*1, 1*1, 2*1 },

{ 0*2, 1*2, 2*2 }

};

IV.2         Opérateurs

2.1 Opérateurs arithmétiques

•    Les opérateurs arithmétiques fonctionnent comme en C.

•    Une différence : le modulo agit également sur les nombres à virgule.

Exemple d’incrémentation

IV.2 – Opérateurs

class IncDec { public static void main(String args[]) { int a = 1; int b = 2; int c = ++b; int d = a++;

c++;

.println("a = " + a);

.println("b = " + b);

.println("c = " + c);

.println("d = " + d);

}

}

La sortie du programme est

Prompt > javac IncDec Prompt > java IncDec

a = 2 b = 3 c = 4 d = 1

2.2 Opérateurs entiers sur les bits

•    On peut manipuler les bits des types entiers long, int, short, char et byte à l’aide des opérateurs suivants

•    Visualisation de l’effet de >>>

int a = -1;

a = a >>> 24;

donne en forme binaire

                                 11111111111111111111111111111111                     -1

>>>24

                                 00000000000000000000000011111111                  255

2.3 Opérateurs relationnels

•    Tout type java, y compris les types primitifs et les références à des instances d’objets peuvent être comparés avec == et!=

•    Seuls les types numériques peuvent être comparés avec les opérateurs d’ordre. Les entiers, flottants et caractères peuvent être comparés avec les opérateurs d’ordre strict.

•    Chaque opérateur renvoie un type boolean.

2.4 Opérateurs booléens logiques

Les opérateurs suivants agissent uniquement sur des opérandes boolean

                                                  &            ET logique

                                                  &=          assignation avec ET

                                                  |            OU logique

                                                  |=          assignation avec OU

                                                    ^           OU exclusif logique

                                                  ^=          assignation avec OU exclusif

                                                   ||           OU avec court cricuit

IV.2 – Opérateurs

                                                                        ==         égal à

                                                                       &&           ET avec court circuit

                                                                         !=        différent de

                                                                         !            NON unitaire logique

? : if-then-else ternaire

•    les courts circuits (&& et ||) fonctionnent comme en C (la deuxième opérande est exécutée conditionnellement à la valeur booléenne de la première). Ansi le code suivant ne génère pas d’erreur à l’exécution.

if (denom!= 0 && num / denom > 10)

•    ô Les versions non court circuitées donnent lieu à évaluation des deux opérandes. Le code suivant génère une erreur if (denom!= 0 & num / denom > 10) .ArithmeticException : / by zero

•    ? Toujours utiliser les versions court circuitées (&& et ||), n’utilisant les versions mono-caractère que dans le cas d’opérations bit-à-bit.

•    L’opérateur if-then-else ternaire (? :) fonctionne comme en C. Par exemple ratio = (denom == 0? 0 : num / denom);

2.5 Priorité des opérateurs

IV.3          Contrôle de flux

3.1 Instruction if-else

•    Forme strictement analogue à celle du C if ( expression-booleenne ) expression1;

[ else expression2; ]

•    expressioni peut être une expression composée entourée de {}.

•    expression-booleenne est toute expression renvoyant un boolean.

•    * Il est de BONNE PRATIQUE d’entourer d’accolades une expression même si elle n’est pas composée. Ce qui permet, lorsque l’on veut rajouter une expression, de ne rien oublier, comme c’est le cas ci-après

3.2 Instruction if-else

int octetsDisponibles;

if (octetsDisponibles > 0) { CalculDonnees(); octetsDisponibles -= n;

} else attendreDautresDonnees(); octetsDisponibles = n;

où la dernière ligne devrait, d’après l’indentation, faire partie du bloc else.

3.3 Instruction break

•    Utilisation courante strictement analogue à celle du C : pour sortir d’un case à l’intérieur d’un switch.

•    Autre utilisation : sortie d’un bloc marqué. Marquage par étiquette : un identificateur suivi de ’ :’ placé devant le bloc class Break { public static void main(String args[]) { boolean t = true; a:        {

                                  b:                          {

                                  c:                                    {

.println("Avant le break"); if (t)

IV.3 – Contrôle de flux

break b;

.println("Jamais execute"); }

.println("Jamais execute");

}

.println("Apres b:");

}

}

} break suivi du nom de marquage du bloc permet une sortie du bloc marqué par cette étiquette. La sortie écran du code est

Avant le break Apres b:

• * On ne peut se brancher à une étiquette qui n’est pas définie devant un des blocs englobant, sinon break serait identique à goto.

3.4 Instruction switch (I)

•    Forme strictement analogue à celle du C switch ( expression ) { case valeur1 :

break;

case valeurN :

break;

default :

}

•    expression peut être tout type primitif (les valeuri doivent être du même type qu’expression)

•    * C’est une erreur répandue que d’oublier un break. Il est donc de BONNE PRATIQUE d’utiliser des commentaires du type // CONTINUER. Exemple d’équivalent de wc (word count, comptage du nombre de lignes, mots et caractères)

•    Exemple d’équivalent de wc (word count, comptage du nombre de lignes, mots et caractères)

                   "qui fait marcher le char.                                                       " +"\n"+

                         "On faconne l’argile pour en faire des vases,                    " +

                   "mais c’est du vide interne                                                    " +

                "que depend leur usage.                                                           " +"\n"+

"Une maison est percee de portes et de fenetres, " +

static int long = text.length();

public static void main(String args[]) {

booelan dansMot            = false; int       nbreCars         = 0, nbreMots  = 0, nbreLignes = 0;

for (int i = 0; i < long; i++) { char c = texte.charAt(i); nbreCars++; switch (c) { case ’\n’ : nbreLignes++; // CONTINUER case ’\t’ :     // CONTINUER

case ’ ’ : if (dansMot) {

nbreMots++; dansMot = false;

} break;

                                   default           : dansMot = true;

}

}

.println("\t" + nbreLignes + "\t" + nbreMots +

"\t" + nbreCars);

} // main()

} // class WordCount

IV.3 – Contrôle de flux

3.5 Instruction return

•    Même usage qu’en C.

•    * C’est une erreur de compilation que d’avoir du code inatteignable en java.

3.6 Instructions while/do-while/for

•    Mêmes usages et syntaxe qu’en C. while

[ initialisation; ] while ( terminaison ) { corps;

[ iteration; ]

}

•    do-while

[ initialisation; ] do {

corps;

[ iteration; ]

} while ( terminaison );

•    for for (initialisation; terminaison; iteration) corps;

3.7 Instruction continue

Comme pour break, possibilité d’avoir un nom d’étiquette comme argument.

Exemple de table de multiplication triangulaire.

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

englobante:                    for (int i = 0; i < 10; i++) { for (int j = 0; j < 10; j++) { if (j > i) {

.println(""); continue englobante;

}

.println(" " + (i * j));

}

}

}

}

V – Notions de génie logiciel

Références bibliographiques

–    Object-Oriented Analysis and Design with Applications, G. Booch [Boo94], – Design Patterns, E. Gamma, R. Helm, R. Johnson et J. Vlissides [GHJV95],

–    Data Structures, M.A. Weiss [Wei98]

V.1           La légende des sept singes

1.1 Le petit singe flexible

En tant que le développeur vous aurez toujours cinq singes sur votre dos chacun cherchant à retenir votre attention :

•    Le singe ponctuel aggripé à votre dos, les bras autour de votre cou, beuglant continuellement : “tu dois respecter les échéances!”

•    Le singe adéquat, sur votre tête, tambourine sur sa poitrine et crie : “tu doit implanter correctement les spécifications!”

•    Le singe robuste, sautant sur le dessus de votre moniteur, hurle : “robustesse, robustesse, robustesse!”

•    Le singe performant essaie de grimper le long de votre jambe en vociférant : “n’oublie pas les performances!”

•    Et de temps en temps, un petit singe, flexible, pointe timidement sont nez d’en-dessous le clavier. À ce moment là, les autres singes se taisent et ce calment. Le petit singe sort de sous le clavier, se met debout sur ses pattes, vous regarde droit dans les yeux et dit : “Tu dois rendre ton code facile lire et facile à modifier”. Sa phrase à peine terminée, les autres singes se remettent à hurler en sautant sur le petit singe, le forçant à se terrer à nouveau sur le clavier. Les quatre premiers singes reviennent alors à leurs activités initiales.

? Un bon développeur doit trouver un compromis pour rendre les 5 singes heureux.

39

? Deux autres singes font une apparition tapageuse de temps en temps :

•    Le singe réutilisable dont le slogan est : “Ton code doit être réutilisable!”

•    Le singe sécuritaire : “Ton Code doit être parfaitement sûr!”

1.2 Un vieux constat – l’histoire d’AdA

•    Le respect des essais des échéances est souvent une pression commerciale puissante au détriment de la qualité d’un logiciel.

•    L’insatisfaction des clients résultant de singes malheureux était déjà un constat fait au département de la défense américaine :

•    En 1968-1970 au DoD (“Departement of Defense”) : coûts matériels  coûts logiciels

•    De 1968 à 1973 : accroissement de 59 % des coûts informatiques et baisse très forte des coûts matériels (pour le logiciel, budget en 1970 : 3.10⁹ $, en 1990 30.10⁹ $)

•    ceci pour un produit fini en général insatisfaisant :

disponibles (temps de calcul, RAM)

ce qui rend les différents singes tous malheureux.

•    Coût de maintenance logicielle > coût du développement original. En 1975, un industriel dépense entre 40 et 75 % de son budget informatique pour la maintenance logicielle. En 1973, 450 langages généraux au DoD.

•    Notamment pour des logiciels embarqués,

–    De 1975 à 1977, évaluation de 2800 langages, aucun réellement approprié, bien que Pascal, ALGOL et PL/1 comportent des éléments intéressants.

–    En 1977 appels d’offes international, 17 réponses, 4 sélectionnées, dont une de CII Honeywell Bull.

–    En 1979 sélection finale de la proposition de CII; le langage, créé par Jean Ichbiah, prend pour nom Ada (Augusta Ada Byron, mathématicienne ayant travaillé avec Babbage sur ses machines différentielle et analytique)

–    En 83, manuel de référence Ada, approuvé comme norme ANSI, puis en

1987 adoptée par l’ISO

V.2 – Buts du génie logiciel

V.2           Buts du génie logiciel

2.1 Quatre buts généraux

Pour remédier à cet état de faits, on a cherché à identifier diverses qualités souhaitables d’un logiciel, de façon à contenter les sept singes.

Dans un article [RGI80], D.T. Ross, J.B. Goodenough et C.A. Irvine donnent 4 buts généraux :

•    modifiabilité

•    efficacité

•    fiabilité

•    intelligibilité

2.2 Modifiabilité

Deux raisons de vouloir modifier un logiciel :

– changement des spécifications (par exemple d’après une demande d’un client) – correction d’une erreur

Dans un logiciel modifiable, on peut introduire des changements sans complexification (ni perte de lisibilité)

2.3 Efficacité

•    Utilisation optimale des ressources en temps et en espace Pour des systèmes temps rééel : dont la ressource en temps est prédominante. Pour des systèmes embarqués, où il y a limitation de place (dans un satellite, une automobile) : ressource en espace prédominante

•    On se préoccupe souvent trop tôt de l’efficacité, se polarisant de ce fait sur la micro-efficacité au détriment de la macro-efficacité; dans [RGI80] : “Une bonne perspicacité reflétant une compréhension plus unifiée d’un problème a beaucoup plus impact sur l’efficacité n’importe quel tripotage de bits dans une structure déficiente”

2.4 Fiabilité

Peut-être critique (système de navigation d’un engin spatial) : “La fiabilité doit à la fois éviter les défauts de conception, d’étude et de construction, et permettre de récupérer les pannes et les défauts de performances” (cf. [RGI80]).

Pour toute panne, prévisible ou non, le logiciel doit entrer en mode dégradé en douceur, sans effet de bord dangereux (par exemple, une orbite dégradée)

2.5 Intelligibilité

• Sans doute le but le plus crucial pour bien gérer la complexité d’un système logiciel Pour qu’un système soit compréhensible, il doit être un modèle exact de notre vue du monde réel Pour améliorer la compréhensiblité :

–    Au bas niveau, lisibilité par un bon style de codage,

–    Au plus haut niveau, il être facile d’isoler les structures de données (objets) et les actions (opérations) correspondantes à celles du monde réel. Le langage choisi est important pour cela.

V.3 Principes de génie logiciel

3.1 Six principes de génie logiciel

De bons principes sont nécessaires pour réaliser les buts précédents (cf. [RGI80]), nommément :

•    abstraction

•    dissimulation d’informations

•    modularité

•    localisation

•    uniformité

•    intégralité

3.2 Abstraction et dissimulation d’information

• Abstraction : exemple de système de fichiers

(i)    fichiers d’enregistrements

(ii)     disques logiques (i-noeuds, blocs)

(iii)   carte contrôleur de disque

On veut extraire les propriétés essentielles en omettant les détails qui ne le sont pas

Au niveau  (i)       une structure (par exemple une adresse)

Au niveau  (ii)      une suite de blocs

Au niveau (iii)      une suite de secteurs physiques

Pour manipuler fichier on fera : Ouvrir, lire (écrire) un enregistrement, fermer. On ne s’occupe pas du niveau intérieur qui correspond à (ii) : Lecture, écriture de bloc, mise à jour d’i-noeud qui lui ne s’occupe pas du niveau (iii) : Déplacement de têtes de lecture, lecture ou écriture d’une suite de bits par tête magnétique.

Pour manipuler fichier on fera : Ouvrir, lire (écrire) un enregistrement, fermer. On ne s’occupe pas du niveau intérieur qui correspond à (ii) : Lecture,

V.3 – Principes de génie logiciel

écriture de bloc, mise à jour d’i-noeud qui lui ne s’occupe pas du niveau (iii) : Déplacement de têtes de lecture, lecture ou écriture d’une suite de bits par tête magnétique On a donc également une abstraction des opérations ou abstraction algorithmique.

•    On utilise la dissimulation d’information :

Abstraction extraire les détails essentiels d’un niveau Dissimulation rendre inaccessibles des détails qui ne doivent d’informations pas influencer d’autres parties du système

•    Exemple : on ne doit pas permettre à un utilisateur (niveau (i)) de pouvoir écrire directement sur un disque logique (niveau (ii)).

•    On empêche ainsi les modules de haut niveau de reposer directement sur des détails de bas niveau

•    autre exemple : une pile, codée en C supposons avoir un type pile dans pile.h

typedef struct __pile { int elements[TAILLE]; /* donnees, ici un tableau       */ int *dessus;  /* bas de la pile; ne varie pas */ int *dessous;      /* haut de la pile; variable            */

} *pile;

et avoir défini les opérations creer_pile(), empiler(), depiler() Entre ces deux parties de code :

int              i, elt_pile; pile ma_pile;

ma_pile = creer_pile(); /* remplissage de la pile */ for(i = 0; i < 100; i++)

elt_pile = depiler(ma_pile);

et

int elt_pile; pile ma_pile;

ma_pile = creer_pile(); /* remplissage de la pile */ elt_pile = (ma_pile->elements)[99];

la deuxième solution doit être rejetée. Si l’on change la structure de données utilisée pour une pile (par exemple une liste chaînée au lieu d’un tableau), la dernière partie de code est désastreuse.

•    L’abstraction aide à la maintenabilité et à l’intelligibilité en réduisant le nombre de détails à connaître à chaque niveau.

•    La dissimulation d’informations aide à la fiabilité (empêcher toute opération non autorisée).

3.3 Exemple de pile basique en C

Voici un exemple de pile avec un tableau

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h> #define TAILLE 200

typedef struct __pile { int elements[TAILLE]; /* donnees, ici un tableau    */ int *dessus;  /* bas de la pile; ne varie pas */ int *dessous;   /* haut de la pile; variable            */

} *pile;

pile creer_pile(); void empiler(pile ma_pile, int i); int depiler(pile ma_pile); void detruire_pile(pile ma_pile);

/** initialiser une pile **/ pile creer_pile()

{ pile nouvelle_pile = (pile) NULL;

nouvelle_pile = (pile)calloc(1, sizeof(struct __pile)); if (nouvelle_pile == (pile)NULL)

{ fprintf(stderr, "Creation de pile impossible\n"); perror("Message systeme : "); exit(1);

}

/* bas de la pile */

nouvelle_pile->dessous = &(nouvelle_pile->elements)[0];

/* au debut la pile est vide */

nouvelle_pile->dessus = &(nouvelle_pile->elements)[0];

V.3 – Principes de génie logiciel

return(nouvelle_pile);

}/* creer_pile() */

/** empiler une valeur **/ void empiler(pile ma_pile, int i) {

(ma_pile->dessus)++; if( ma_pile->dessus == ((ma_pile->dessous) + TAILLE) )

{ printf("Debordement de pile\n"); exit(1);

}

*(ma_pile->dessus) = i;

}/* empiler() */

/** depiler une valeur **/ int depiler(pile ma_pile)

{ if(ma_pile->dessus == ma_pile->dessous)

{ printf("Assechement de pile\n"); exit(1);

}

(ma_pile->dessus)--; return(*((ma_pile->dessus)+1));

}/* depiler() */

/** destruction d’une pile **/ void detruire_pile(pile ma_pile)

{

if (ma_pile == (pile)NULL)

{ fprintf(stderr, "Destruction de pile impossible\n"); return;

}

free((void *)ma_pile);

}/* detruire_pile() */

/** main() **/ void main(void)

{ int valeur_entree; pile une_pile;

une_pile = creer_pile(); do { printf("\t\tEntrez une valeur a empiler \n \

(-1 pour sortir, 0 pour depiler) : "); scanf("%d", &valeur_entree); if(valeur_entree != 0) empiler(une_pile, valeur_entree);

else printf("Valeur du dessus de pile : %d\n", depiler(une_pile));

} while(valeur_entree != -1); detruire_pile(une_pile);

}/* main() */

3.4 Uniformité, intégralité, validabilité

•    L’uniformité, style de codage uniforme, soutient directement l’intelligibilité.

•    Intégralité et validabilité soutiennent la fiabilité, l’efficacité et la modifiaAbstraction : extrait les détails essentiels bilité.

        Intégralité           garantit que les éléments importants sont présents

Abstraction et intégralité : modules nécessaires et suffisants Efficacité améliorée (on peut ajouter les modules de bas niveau indépendamment de ceux de niveau supérieur)

•    La validabilité implique un développement tel que le logiciel puisse être aisément testé, rendant le système aisément modifiable

•    Validabilité et intégralité sont des propriétés peu aisées à mettre en oeuvre.

Un fort typage aide à la validabilité

V.4 – Stratégie de développement orientée objet

V.4             Stratégie de développement orientée objet

4.1 Modularité et localisation

•    D’après Georges Miller, psychologue (1954) l’être humain ne peut gérer plus de 7 ± 2 entités à la fois au sein d’un même niveau.

•    Un objet du monde réel devient un objet informatique; abstraction et dissimulation d’informations sont la base de tout développement orienté objet

•    Les spécifications et leur passage en objets est un cycle en quasi-perpétuelle évolution. Il faut donc un schéma cyclique où l’on peut modifier seulement une partie sans toucher au reste. On opérera donc comme suit :

1.    Identifier les objets et leurs attributs. Les objets découlent des groupes nominaux utilisés pour les décrire (exemple : une pile)

2.    Identifier les opérations. Ce sont les verbes que l’on utilise pour décrire les actions possibles sur l’objet (exemple : creer_pile(), empiler(), depiler())

3.    Établir la visibilité. Par exemple un objet pourra avoir accès à toutes les actions d’une pile mais ne pourra pas voir les fonctions d’allocation dont la pile se sert

4.    Établir l’interface. Description de chaque opération avec ses arguments

5.    Implanter chaque objet.

VI – Notions de programmation orientée objet

Références bibliographiques

– Object-Oriented Analysis and Design with Applications, G. Booch, [Boo94], – Data Structures, M.A. Weiss, [Wei98].

VI.1            POO, Objets, Classes

1.1 Les 5 attributs d’un système complexe

Il existe 5 attributs communs à tous les systèmes “complexes” :

•    La complexité prend souvent la forme d’une hiérarchie dans laquelle un système complexe est composé de sous-systèmes reliés entre eux et ayant à leur tour leurs propres sous-systèmes, et ainsi de suite jusqu’à ce qu’on atteigne le niveau le plus bas des composants élémentaires.

•    Le choix des composants primaires d’un système est relativement arbitraire et dépend largement de l’observateur du système.

•    Les liaisons intra-composants sont généralement plus fortes que les liaisons inter-composants. Ceci a pour effet de séparer les dynamiques haute fréquence des composants (celles qui concernent la structure interne des composants) des dynamique basse fréquence (celles qui concernent l’interaction entre composants).

•    Les systèmes hiérarchiques sont habituellement composés d’un petit nombre de genres différents de sous-systèmes qui forment des combinaisons et des arrangements variés.

•    Un système complexe qui fonctionne a toujours évolué à partir d’un système simple qui a fonctionné Un système complexe conçu ex-nihilo ne fonctionne jamais et ne peut être rapiécé pour qu’il fonctionne. Il faut tout recommencer, à partir d’un système simple qui fonctionne.

49

1.2 Conception algorithmique

•    Comme le suggère Dijkstra : “la technique à appliquer pour maîtriser la complexité est connue depuis très longtemps : divide et impera (diviser pour régner)” [Dij79]. Lorsque l’on conçoit un logiciel complexe. il est impératif de le décomposer en parties de plus en plus petites, chacune d’elles pouvant être ensuite affinée indépendamment.

•    Dans la décomposition algorithmique, on réalise une analyse structurée descendante où chaque module du système est une étape majeure de quelque processus général.

1.3 Conception orientée objets

•    Dans une décomposition orientée objets, on partitionne le système selon les entités fondamentales du domaine du problème. Le monde est alors vu comme une série d’agents autonomes qui collaborent pour réaliser un certain comportement de plus haut niveau. De ce point de vue, un objet est une entité tangible, qui révèle un comportement bien défini. Les objets effectuent des opérations, que nous leur demandons en leur envoyant des messages.

•    Laquelle des deux décompositions est-elle la plus meilleure? Les deux sont importantes, la vue algorithmique souligne l’ordre des événements, alors que la vue orientée objets met l’accent sur les agents responsables d’une action et sur les sujets d’une opération. Mais on ne peut construire un système logiciel complexe des 2 manières, car elles sont orthogonales. On utilise l’une, avec l’autre en filigrane pour exprimer l’autre point de vue.

1.4 Terminologie

De manière plus précise

•    La programmation orientée objets est une méthode mise en oeuvre dans laquelle les programmes sont organisés comme des ensembles d’objets coopérants. Chacun représente une instance d’une certaine classe, toutes les classes étant des membres d’une hiérarchie de classes unifiée par des relations d’héritage.

•    On désigne donc par langage orienté objets un langage répondant aux conditions suivantes : Un langage orienté objets est tel que :

–    Il supporte des objets qui sont des abstractions de données avec une interface d’opérations nommées et un état interne caché,

–    les objets ont un type associé (la classe),

–    les types (les classes) peuvent hériter d’attributs venant de super-types (les super-classes).

•    La conception orientée objets est une méthode de conception incorporant le processus de décomposition orienté objets et une notation permettant de dépeindre à la fois les modèles logiques et physiques, aussi bien que statiques et dynamiques du système à concevoir.

•    L’analyse orientée objets est une méthode d’analyse qui examine les besoins d’après la perspective des classes et objets trouvés dans le vocabulaire du domaine du problème.

1.5 Notion d’objet, de classe

•    Nous avons précédemment parlé de manière informelle d’objet comme d’une entité tangible représentant quelque comportement bien défini.

Nous verrons qu’un objet a un état, un comportement et une identité; la structure et le comportement d’objets similaires sont définis dans leur classe commune.

Les termes instance et objet sont interchangeables.

•    Une classe est un squelette pour un ensemble d’objets qui partagent une structure commune et un comportement commun.

VI.2           Type ou classe; objet

2.1 Notion de type ou de classe

•    Un type (ou une classe) est constituée d’attributs (ou champs), de déclarations d’opérations (ou signatures de méthodes) et de descriptions extensives d’opérations (ou corps de méthodes)

•    Ce que l’on peut résumer par la formule suivante

TYPE? (Champs,sig_meth₁, corps_meth₁, ,sig_meth_n, corps_meth_n)

où sig_meth_i désigne la signature de méthode n^?i et corps_meth_i désigne le corps de méthode n^?i.

•    Un type est par essence une entité statique, par opposition à un objet, de nature dynamique. D’une certaine manière, le type est un squelette, l’objet son incarnation.

2.2 Notion d’attribut, ou de champ

•    Un attribut (ou champ) est une caractéristique d’un type

•    Dans une type Matrice, le nombre de lignes et le nombre de colonnes sont des attributs. Dans un type Point, les coordonnées sont des attributs

2.3 Exemple d’attributs

Matrice 2 × 2 en Java

class Matrice2x2 { double a11, a12, a21, a22;

}

Matrice n × m

class Matrice { int nombreLignes, nombreColonnes; double valeurs[];

}

2.4 Notion de déclaration d’opération (ou de méthode)

• La déclaration (ou signature) d’une opération (ou méthode) est constituée du nom de la méthode suivi de ses paramètres et précédé de son type de retour. Par exemple, l’opération d’addition de matrices peut se déclarer comme suit :

Matrice ajouterMatrice(Matrice m1, Matrice m2)

L’opération ajouterMatrices() renvoie l’objet m1 + m2 de type Matrice

2.5 Notion de description d’opération (ou de méthode)

• La description extensive d’une opération (ou corps de méthode) est la suite des opérations (primitives ou non) qu’elle réalise. Une opération primitive est une instruction du langage.

2.6 Exemple de description d’opération

Par exemple, l’opération ajouterMatrices() pourrait avoir comme corps simpliste (c.à.d. sans test d’aucune sorte) :

Matrice ajouterMatrice(Matrice m1, Matrice m2) {

Matrice somme = new Matrice(m1.nombreLignes,

m1.nombreColonnes);

for(int i = 0; i < m1.nombreLignes; i++)

for(int j = 0; j < m1.nombreColonnes; j++)

{

(somme.valeurs)[i][j] = (m1.valeurs)[i][j] +

(m2.valeurs)[i][j]; }

return somme;

}

2.7 Exemple de classe

Classe (type) décrivant un cercle

class Cercle {

// champs : rayon du cercle double r;

// Constructeur : initialisation des champs

Cercle(double nouvRayon) { r = nouvRayon;

}

// methode de calcul dŠune surface double calculeSurface() { return(3.1416*r*r);

}

}// Fin de class Cercle

2.8 Notion d’état d’un objet

•    L’état d’un objet englobe toutes les propriétés (habituellement statiques) de l’objet plus les valeurs courantes (généralement dynamiques) de chacune de ces propriétés.

•    Une propriété est une caractéristique naturelle ou discrminante, un trait, une qualité ou une particularité qui contribue à rendre un objet unique. Par exemple, dans un distributeur, un numéro de série est une propriété statique et la quantité de pièces qu’il contient est une valeur dynamique.

2.9 Notion de comportement d’un objet

•    Le comportement est la façon dont un objet agit et réagit, en termes de changement d’état et de transmission de messages.

•    Généralement, un message est simplement une opération qu’un objet effectue sur un autre, bien que le mécanisme utilisé soit quelque peu différent. Dans la suite, les termes opération et message sont interchangeables.

•    Dans la plupart des langages orientés objets et basés sur objets, les opérations que les clients peuvent effectuer sur un objet sont typiquement appelées des méthodes, qui font partie de la classe de l’objet.

•    La transmission de messages est une partie de l’équation qui définit le comportement d’un objet. L’état d’un objet influence aussi son comportement. Par exemple, dans le cas d’un distributeur de boissons, nous pouvons déclencher une action (appuyer sur un bouton) pour réaliser notre sélection.

–    Si nous n’avons pas introduit suffisamment d’argent, il ne se passera probablement rien.

–    Si nous avons mis assez d’argent, la machine l’encaissera et nous servira une boisson (modifiant ainsi son état).

Nous pouvons donc affiner la notion d’état :

•    L’état d’un objet représente les effets cumulés de son comportement.

•    La majorité des objets intéressants n’ont pas d’état entièrement statique. Ils contiennent des propriétés dont les valeurs sont lues et modifées en fonction des actions sur ceux-ci.

2.10 Comportement d’un objet : les opérations

•    Une opération désigne un service qu’une classe offre à ses clients. En pratique, nous avons constaté qu’un client effectuait typiquement 5 sortes d’opérations sur un objet. Les 3 les plus courantes sont les suivantes :

Modificateur  une opération qui altère l’état d’un objet

Sélecteur une opération qui accède à l’état d’un objet, mais qui n’altère pas celui-ci.

Itérateur une opération qui permet d’accéder à toutes les parties d’un objet dans un ordre bien défini.

•    Deux autres types d’opération sont courants :

Constructeur   une opération qui crée un objet et/ou initialise son état.

Destructeur Une opération qui libère l’état d’un objet et/ou détruit l’objet lui-même.

•    Avec des langages orientés objets, comme Java ou Smalltalk, les opérations peuvent seulement être déclarées comme méthodes (c.à.d. au sein d’une classe), le langage ne nous autorisant pas à déclarer des procédures ou des fonctions séparées de toute classe. Ce n’est pas le cas en C++ et en AdA, qui autorisent le programmeur à écrire des opérations en dehors de toute classe.

2.12 Comportement d’un objet : rôle et responsabilités

•    L’ensemble des méthodes associées à un objet constituent son protocole. Ce dernier définit la totalité des comportements autorisés pour l’objet. Il est utile de diviser ce protocole en groupes logiques de comportements.

•    Ces groupes désignent les rôles que l’objet peut jouer; un rôle s’apparente à un masque porté par l’objet et définit un contrat entre une abstraction et un client.

•    Les responsabilités d’un objet sont constituées d’une part de la connaissance que l’objet maintient et d’autre part des actions qu’il peut réaliser. En d’autres termes, L’état et le comportement d’un objet définissent l’ensemble des rôles qu’il peut jouer, lesquels définissent les responsabilités de l’abstraction.

•    La majorité des objets jouent plusieurs rôles au cours de leur existence, par exemple :

–    Un compte bancaire peut être créditeur ou débiteur, ce qui influe sur le comportement d’un retrait d’argent.

–    Durant une même journée, un individu peut jouer le rôle de mère, de médecin, de jardinier.

2.13 Comportement d’un objet : les objets en tant que machines

•    L’existence d’un état dans un objet signifie que l’ordre dans lequel les opérations sont invoquées est important. Chaque objet peut donc être vu comme une petite machine ou un automate à état finis équivalent.

•    Les objets peuvent être actifs ou passifs. Un objet actif contient sa propre tâche de contrôle, contrairement à un objet passif. Les objets actifs sont généralement autonomes, ce qui signifie qu’ils peuvent présenter un certain comportement sans qu’un autre objet agisse sur eux. Les objets passifs ne peuvent subir un changement d’état que lorsque l’on agit explicitement sur eux.

2.14 Notion d’identité d’un objet

•    L’identité est cette propriété d’un objet qui le distingue de tous les autres objets.

•    Deux objets peuvent être déclarés égaux en 2 sens différents. Ils peuvent être égaux au sens de leur références (les pointeurs internes qui référencent les données de l’objet en mémoire) ou au sens de leur contenu (égalité de leur état), bien qu’ils soient situés à des emplacements mémoire différents.

2.15 Nature d’un objet en Java

•    Un objet Java peut être décrit par la formule suivante :

OBJET? (état,op₁, ,op_n,ref)

où etat ensemble des variables d’instance op_i (pointeur sur) la méthode d’instance n^?i ref (pointeur sur) un emplacement mémoire contenant l’état et des références internes vers les opérations (pointeurs sur les méthodes)

•    Exemple d’objet, de type tasse à café. Des attributs d’une tasse à café pourront être :

–    sa couleur,

–    la quantité de café qu’elle contient,

–    sa position dans le café (la brasserie ou le bar)

“Tasse à café” est un type et “la tasse à café rouge qui contient actuellement 38 millilitres de café et qui se trouve sur la dernière table du fond” est un objet. “Rouge”, “38 millilitres” et “sur la dernière table du fond” constituent l’état de cet objet.

•    Un type, ou une classe sert de modèle à partir duquel on peut instancier (créer) des objets contenant des variables d’instance et des méthodes définies dans la classe.

VI.3 Relations

3.1 Séparation de l’interface et de l’implantation

•    Une idée clé est de séparer l’interface externe d’un objet de son implantation.

•    L’interface d’un objet est constituée des messages qu’il peut accepter d’autres objets. Autrement dit, c’est la déclaration des opérations associées à l’objet.

•    L’implantation d’un objet se traduit par la valeur de ses attributs et son comportement en réponse aux messages reçus.

•    Dans un monde orienté-objets, un objet expose son interface aux autres objets, mais garde son implantation privée. L’implantation doit donc être séparée de l’interface. De l’extérieur, le seul moyen pour interagir avec

VI.3 – Relations

un objet est de lui envoyer un message (d’exécuter l’une de ses opérations).

•    La séparation de l’interface et de l’implantation permet aux objets d’avoir la responsabilité de gérer leur propre état. Les autres objets ne peuvent manipuler cet état directement et doivent passer par des messages (ou opérations). L’objet qui reçoit un message peut décider de changer ou non son état. Par contre, il ne contrôle pas à quel instant il va recevoir des messages.

•    Un aspect fondamental de la programmation orientée objet est que chaque objet d’une classe particulière peut recevoir les mêmes messages. L’interface externe d’un objet ne dépend donc que de sa classe.

3.4 Relations entre classes

•    Il existe trois types fondamentaux de relations entre classes :

–    La généralisation/spécialisation, désignant une relation “est un”. Par exemple, une rose est une sorte de fleur : une rose est une sous-classe plus spécialisée de la classe plus générale de fleur.

–    L’ensemble/composant, dénotant une relation “partie de”. Par exemple, un pétale est une partie d’une fleur.

–    L’association, traduisant une dépendance sémantique entre des classes qui ne sont pas reliées autrement. Par exemple, une fleur et une bougie peuvent ensemble servir de décoration sur une table.

•    La plupart des langages orientés objets comprennent des cominaisons des relations suivantes entre classes :

–    Association.

–    Héritage.

–    Agrégation.

–    Utilisation.

–    Instanciation.

–    Méta-classe.

3.5 Relations d’association entre classes

•    Relations d’association. Une association dénote une dépendance sémantique. Par exemple, les objets de type Client et ceux de type Facture peuvent être associés dans le cas d’une commande d’un produit.

•    On associe souvent à ce type de relation une cardinalité. L’exemple précédent exhibe une cardinalité de 1 pour n, un client pouvant avoir plusieurs factures qui lui sont associées. On distingue les cardinalités :

–    1 pour 1,

–    1 pour n,

–    n pour n.

Une association 1 pour 1 est très étroite. Par exemple entre la classe Facture et la classe TransactionCarteBancaire.

3.6 Relations d’héritage entre classes

•    L’héritage est une relation entre les classes dont l’une partage la structure ou le comportement défini dans une (héritage simple) ou plusieurs (héritage multiple) autres classes. On nomme super-classe la classe de laquelle une autre classe hérite. On appelle une classe qui hérite d’une ou plusieurs classes une sous-classe.

•    Par exemple, prenons une classe Surface2DSymetrique. Considérons les classes

Pave2D et Disque héritant de Surface2DSymetrique.

•    L’héritage définit donc une hiérarchie de la forme “est un” entre classes. C’est le test de vérité de l’héritage.

•    Dans une relation d’héritage, les sous-classes héritent de la structure de leur super-classe. Par exemple, la classe Surface2DSymetrique peut avoir comme champs :

l’abscisse de son centre de symétrie  x l’ordonnée de son centre de symétrie y

                sa taille                                                       size

                sa couleur                                                  color

Et les classes Pave2D et Disque hériteront de ces champs. Une sous-classe peut définir d’autres champs qui viennent s’ajouter à ceux hérités des superclasses.

•    De plus, toujours dans une relation d’héritage, les sous-classes héritent du comportement de leur super-classe. Par exemple, la classe Surface2DSymetrique peut avoir comme opérations :

Et les classes Pave2D et Disque hériteront de ces champs. Une sous-classe peut définir d’autres opérations qui viennent s’ajouter à celles héritées des super-classes. En outre, une sous-classe peut redéfinir tout ou partie des opérations héritées des super-classes.

•    Le polymorphisme est un mécanisme par lequel un nom peut désigner des objets de nombreuses classes différentes, tant qu’elles sont reliées par une super-classe commune. Tout objet désigné par ce nom est alors capable de répondre de différentes maniàres à un ensemble commun d’opérations.

VI.3 – Relations

3.12 Relations d’aggrégation entre classes

•    L’aggrégation peut se faire par inclusion physique ou sémantique.

•    Dans le cas d’inclusion physique, il peut y avoir :

–    inclusion de valeur, auquel cas l’objet inclus ne peut exister sans l’instance de l’objet englobant,

–    inclusion de référence, le lien étant plus indirect; on peut alors créer et détruire indépendamment les instances de chaque classe.

•    On peut avoir une représentation d’aggrégation plus indirecte, seulement sémantique. Par exemple, on peut déclarer une classe Investisseur contenant une clé dans une base de données qui permette de retrouver les actions que possède l’investisseur.

•    Le test de relation d’aggrégation est le suivant : si (et seulement si) il existe une relation ensemble/composant entre deux objets, il doit y avoir une relation d’aggrégation entre leurs classes respectives.

3.13 Relations d’utilisation entre classes

Les relations d’utilisation entre classes sont similaires aux liens d’égal à égal entre les instances de ces classes. Une association indique un lien sémantique bidirectionnel; une relation d’utilisation est une des évolutions possibles d’une association. On y précise l’abstraction cliente et l’abstraction fournisseur de certains services.

3.14 Relations d’instanciation entre classes

On veut utiliser des instances de classes distinctes qui ne sont pas reliées par une super-classe commune, en effectuant des opérations de manière générique. Soit le langage comprend directement les types génériques (comme par exemple C++), soit on peut (par exemple en Java) créer des classes conteneurs généralisées et utiliser du code de vérification de type (en utilisant en java la réflexion) pour imposer que tous les éléments contenus soient tous de la même classe.

3.15 Relations de méta-classes

On traite ici une classe comme un objet qui peut être manipulé. On obtient donc la classe d’une classe ou méta-classe. Cette notion n’est pas explicite dans le langage Java, mais la technique de réflexion s’en rapproche.

VII – Bases orientées objet de Java

Références bibliographiques

– The Java Language Specification, J. Gosling, B. Joy et G. Steele [GJS96], – Java in a Nutshell, D. Flanagan [Flab].

VII.1            Classes et objets Java

1.1 Constitution d’une classe

•    Rappel des notions de classe et d’objet, en deux mots (voir chapitre VI,

p. 49) :

–    Classe : squelette; structure de données et code des méthodes; statique, sur disque

–    Objet : incarnation; état, comportement, identité; dynamique, en mémoire

•    Une classe définit généralement deux choses :

–    les structures de données associées aux objets de la classe; les variables désignant ses données sont appelés champs.

–    les services que peuvent rendre les objets de cette classe qui sont les méthodes définies dans la classe.

Une Classe java est déclarée par le mot clé class, placé devant l’identificateur de la classe (son nom).

1.2 Champs et méthodes

•    Un champ correspond à une déclaration de variable, le nom de la variable suivant la déclaration de son type :

class Point { int x; int y;

61

}

•    Une méthode est constituée de :

–    un nom constitué par un identificateur

–    des paramètres formels : ceux-ci sont séparés par des “,”. Lorsque la méthode n’a pas de paramètre, contrairement au langage C , il ne faut pas préciser void. Le nombre de paramètres est fixe : il n’est pas possible de définir des méthodes à arguments variables.

–    du type de retour est soit void (si la méthode ne retourne aucune valeur), soit un type primitif ou une référence vers un objet.

–    du corps de la méthode.

•    Exemple de classe décrivant un cercle

class Cercle {

// champs : rayon du cercle double r;

// methode de calcul dŠune surface double calculeSurface() { return(3.1416*r*r);

}

}// Fin de class Cercle

1.3 Déclaration de classe

•    Un fichier source java doit porter le même nom que celui de la classe publique qui y est définie. Syntaxe générique

class NomClasse { type variableInstance1; type variableInstanceN; type nomMethode1(liste-parametres) { corps-methode;

}

type nomMethodeN(liste-parametres) { corps-methode;

}

}

•    Exemple

class Chat {

String nom;  // nom du fauve int         age;       // en annees

float tauxRonronnement; // entre 0 et 1

void viellir() { age += 1;

}

int retournerAge() { return(age);

}

}

• öô Les déclaration et implantation d’une méthode sont dans le même fichier. Ceci donne parfois de gros fichier source (.java), mais il est plus facile (pour la maintenance) d’avoir les spécification, déclaration et implantation au même endroit.

1.4 Point d’entrée d’un programme (main())

Un programme Java est constitué d’une ou de plusieurs classes. Parmi toutes ces classes, il doit exister au moins une classe qui contient la méthode statique et publique main() qui est le point d’entrée de l’exécution du programme.

// Fichier public class Bonjour { public static void main(String args[]) { .println("Bonjour ! ") ;

}

Cette classe définit une classe Bonjour qui ne possède qu’une seule méthode. La méthode main() doit être déclarée static et public pour qu’elle puisse être invoquée par l’interpréteur Java. L’argument args est un tableau de String qui correspond aux arguments de la ligne de commande lors du lancement du programme. args[0] est le 1^er argument, args[1] est le 2^ième argument,

1.5 Compilation

• Avant de pouvoir exécuter ce programme, il faut tout d’abord le compiler, par exemple avec la commande javac (sous le JDK standard, c.à.d. l’environnement de base). javac

La commande javac traduit le code source en code intermédiaire (p-code) java. Ce code (une forme d’assembleur générique) est évidemment indépendant de la plate forme sur laquelle il a été compilé.

1.6 Exécution

Autant de fichiers que de classes qui ont été définies dans le fichier source sont produits. Les fichiers compilés ont l’extension .class. Enfin, pour exécuter ce programme, il faut utiliser l’interpréteur de code Java et lui fournir le nom de la classe publique que l’on veut utiliser comme point de départ de notre programme (celle contenant la méthode main( )), ans l’extension.

java Bonjour

1.7 Référence à un objet

•    En Java, on ne peut accéder aux objets qu’à travers une référence vers celui-ci. Déclaration d’une variable p avec pour type un nom de classe :

Point p; p : référence à un objet de la classe Point. Lorsque l’on déclare une classe comme type d’une variable, cette dernière a, par défaut, la valeur null. null est une référence à un Object (mère de toutes les classes Java), qui n’a pas de valeur (distinct de 0); par ex. dans

Point p; p a la valeur null.

•    En fait, référence à un objet : pointeur. Mais l’arithmétique sur les pointeurs est impossible en java. Seule chose permise : changer la valeur de la référence pour pouvoir “faire référence” à un autre objet. Plus précisément, une référence pointe sur une structure où se trouve des informations sur le type ainsi que l’adresse réelle des données de l’instance d’objet.

1.8 Opérateur new

•    new : création d’une instance d’objet d’une classe; retourne une référence à cette instance d’objet.

                  Point p = new Point();                     // ligne 1

Point p2 = p;      // ligne 2 p = null;             // ligne 3

Ligne 2 : tout changement à p2 affecte l’objet référencé par p. p2 = p : aucune copie de l’objet ou allocation mémoire.

Ligne 3 : décrochage de p de l’objet originel. p2 permet toujours d’y accéder.

•    Objet qui n’est plus référencé ? le ramasse-miettes (garbage collector) récupère automatiquement la mémoire associée.

1.9 Instance d’objet

•    Instance : copie individuelle de prototype de la classe, avec ses propres données : variables d’instance.

•    Une fois la classe déclarée, pour pouvoir utiliser un objet de cette classe, il faut définir une instance (d’objet) de cette classe. Or les objets ne sont accessibles qu’à travers des références . Donc une définition qui spécifie un objet comme “une variable ayant le type de la classe choisie ” ne fait que définir une référence vers un éventuel objet de cette classe.

Date d;

La variable d représente une référence vers un objet de type Date. En interne, cela réserve de la place pour le pointeur sous-jacent à la référence d. Mais cela ne réserve pas de place mémoire pour une variable de type Date.

•    Si l’on veut une instance d’objet effective, il faut la créer explicitement avec le mot clé new et le constructeur de la classe Date.

Date d; d = new Date();

1.10 Méthode d’instance

• On peut voir une méthode comme un message envoyé à une instance d’objet. Pour afficher la date contenue dans l’objet d, on lui envoie le message imprimer :

d.imprimer(); De telles méthodes sont appelées méthodes d’instance.

1.11 Variables d’instance

• Les Variables d’instance sont déclarées en dehors de toute méthode

class Point { int x, y;

}

1.12 Op. point (.) – Déclaration de méthode

•    Opérateur . : accéder à des variables d’instance et à des méthodes d’un(e instance d’un) objet.

•    Ex. de déclaration de méthode

class Point { int x, y; void init(int a, int b) { x = a;

y = b;

}

}

En C, méthode sans paramètre : nommethode(void). illégal en java. Les objets sont passés par référence (références d’instances à un objet passés par valeur). Les types primitifs sont passés par valeur. Les méthodes java sont donc similaires aux fonctions virtuelles du C++.

1.13 Instruction this

•    this : référence à l’instance d’objet courante.

•    * Il est permis à une variable locale de porter le même nom qu’une variable d’instance Exemple d’utilisation de this évitant cela

void init(int x, int y) { this.x = x; this.y = x;

}

1.14 Constructeurs

•   Même nom que celui de la classe. Pas de type de retour (pas même void). • Classe décrivant un cercle

class Cercle {

double r; // champs : rayon du cercle

// Constructeur : initialisation des champs

Cercle(double nouvRayon) { r = nouvRayon;

}

double calculeSurface() { return(3.1416*r*r); // methode de calcul }

}// Fin de class Cercle

•   Exemple animalier

class Chat {

String nom;  // nom du fauve int         age;       // en annees

float tauxRonronnement; // entre 0 et 1

public Chat(String sonNom, int            sonAge,

float sonTauxRonron) {

nom      = sonNom; age  = sonAge;

tauxRonronnement = sonTauxRonron;

}

}

• this peut-être également un appel à un constructeur

class Point { int x, y;

// constructeur exhaustif

Point(int x, int y) { this.x = x; // var d’instance Point.x this.y = y;

}

// Appel du constructeur exhaustif

Point() { this(-1, -1); // Point(int x, int y)

}

}

1.15 Exemple de constructeurs

• Exemple animalier

class Chat {

String nom;  // nom du fauve int         age;       // en annees

Color[] couleurPelage;            // ses differentes couleurs float tauxRonronnement; // entre 0 et 1

public Chat(String sonNom, int            sonAge,

float sonTauxRonron,

Color[] sesCouleurs) { nom      = sonNom; age  = sonAge;

tauxRonronnement = sonTauxRonron; couleurPelage     = sesCouleurs;

}

public Chat() { this(new String("minou"), 1, 0.5, {Color.black, Color.white});

}

}

• Technique de réutilisation : créer un constructeur exhaustif (doté de tous les paramètres), puis créer d’autres constructeurs appelant systématiqement le constructeur exhaustif.

VII.2 Héritage

2.1 Héritage

• Les descendants par héritage sont nommés des sous classes. Le parent direct est une super classe. Une sous classe est une version spécialisée d’une classe qui hérite de toutes les variables d’instance et méthodes.

Mot-clé extends

class Point3D extends Point { int z;

Point3D(int x, int y, int z) { this.x = x; this.y = y; this.z = z;

}

Point3D() {

Point3D(-1, -1, -1);

}

}

•    Syntaxe générique

class NomClasse { type variableInstance1; type variableInstanceN; type nomMethode1(liste-parametres) { corps-methode;

} type nomMethodeN(liste-parametres) { corps-methode;

}

}

•    Pas d’héritage multiple, pour des raisons de performances et de complexité (en maintenance). À la place, notion d’interface.

•    Il existe une classe au sommet de la hiérarchie, Object. Sans mot-clé extends, le compilateur met automatiquement extends Object.

•    De la même manière que l’on peut assigner à une variable int un byte, on peut déclarer une variable de type Object et y stocker une référence à une instance de toute sous classe d’Object.

VII.3            Surcharge, redéfinition

3.1 Instruction super

•    super réfère aux variables d’instance et aux constructeurs de la super classe.

class Point3D extends Point { int z;

Point3D(int x, int y, int z) { super(x, y); // Appel de Point(x,y).

this.z = z;

}

}

•    Cet appel au constructeur de la classe mère doit être la 1^ière ligne du constructeur.

•    super peut également se référer aux méthodes de la super classe : super.distance(x,

y) appelle la méthode distance() de la super classe de l’instance this.

•    Exemple animalier (voir l’excellent ouvrage “le mystère des chats peintres” de Heather Busch et Burton Silver, http )

class ChatPeintre extends Chat {

// Variables d’instances String  style;

                   int                         coteMoyenne; // cote moyenne d’une oeuvre

// Constructeurs

public ChatArtiste(String sonNom, int sonAge,

float sonTauxRonron,

Color[] sonPelage,

String sonStyle, int saCote) {

super(sonNom, sonAge, sonTauxRonron, sonPelage);

                              style                      = sonStyle;

coteMoyenne = saCote;

}

// Methodes public peindre() {

}

}

3.2 Un artiste en pleine action

source : http

3.3 Sous-typage, transtypage, instanceof

•    Le typage d’une variable lui permet de référencer tout sous type (classe parente); la méthode miauler() est définie dans Chat. La méthode peindre() n’est définie que dans ChatPeintre.

Chat gouttiere = new Chat("zephir", 1, 0.9);

ChatPeintre moustacheDeDali = new ChatPeintre("dali", // nom de l’artiste

                                                             2,                     // son age

                                                              0.1,                  // son taux rr

{Color.white, Color.black},

"aLaDali",// son style

20000); // sa cote moyenne

moustacheDeDali.peindre(); // valide gouttiere.peindre(); // illegal

•    instanceof permet de savoir si un objet est d’un type donné ou non.

// true

.print(gouttiere instanceof Chat);

// true

.print(moustacheDeDali instanceof Chat);

// false

.print(gouttiere instanceof ChatPeintre); moustacheDeDali = null;

// false

.print(moustacheDeDali instanceof ChatPeintre);

•    Transtypage (ou “cast” en anglais) permet de changer le type, lorsque cela est permis.

Chat ch = new Chat("zephir", 1, 0.9); ChatPeintre chP;

                chP = ch;                                              // Erreur de compilation

if (ch instanceof ChatPeintre)// Bonnes manieres chP = (ChatPeintre)ch;    // transtypage

3.4 Surcharge de méthode

•    Plusieurs méthodes peuvent porter le même nom : surcharge de méthode.

•    Différentiation sur la signature de type : le nombre et le type des paramètres. Deux méthodes d’une même classe de mêmes nom et signature de type est illégal.

•    Exemple de surcharge

class Point { int x, y;

Point(int x, int y) {

                this.x = x;                                  this.y = y;

} double distance(int x, int y) { int dx = this.x - x; int dy = this.y - y; return (dx*dx + dy*dy);

} double distance(Point p) { return distance(p.x, p.y);

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

Point p1 = new Point(0, 0);

Point p2 = new Point(30, 40);

.println("p1.distance(p2) = " + p1.distance(p2));

.println("p1.distance(60, 80) = " + p1.distance(60, 80)); }

• Exemple animalier

class Chat { . void vieillir() { age += 1;

}

void vieillir(int n) { // Surcharge de methode age += n;

}

3.5 Redéfinition de méthode

• Distance en perspective dans Point3D (distance 2D entre x/z et y/z) ? redéfinir distance(x, y) de Point2D. Ex. de surcharge de distance 3D et de redéfinition de distance 2D

class Point { int x, y;

Point(int x, int y) { this.x = x;

this.y = y;

} double distance(int x, int y) { int dx = this.x - x; int dy = this.y - y;

return (dx*dx + dy*dy);

}

double distance(Point p) {     // Surcharge return distance(p.x, p.y);

}

}// class Point

class Point3D extends Point { int z;

Point3D(int x, int y, int z) { super(x, y);               // Appel de Point(x,y) this.z = z;

} double distance (int x, int y, int z) {

int dx = this.x - x; int dy = this.y - y; int dz = this.z - z; return (dx*dx + dy*dy + dz*dz);

} double distance(Point3D other) { // Surcharge

return distance(other.x, other.y, other.z);

} double distance(int x, int y) { // Redefinition

double dx = (this.x / z) - x; double dy = (this.y / z) - y; return (dx*dx + dy*dy);

} }

class Point3DDist { public static void main(String args[]) {

Point3D p1 = new Point3D(30, 40, 10);

Point3D p2 = new Point3D(0, 0, 0);

Point p = new Point(4, 6);

.println("p1.distance(p2) = " +

p1.distance(p2));

.println("p1.distance(4, 6) = " + p1.distance(4, 6));

.println("p1.distance(p) = " + p1.distance(p));

}

}

L’affichage du programme est le suivant. Pourquoi?

Prompt > java Point3DDist p1.distance(p2) = 50.9902 p1.distance(4,6) = 2.23607 p1.distance(p) = 2.23607

•    ö Appel de distance sur un Point3D (p1) : exécution de distance(Point p) héritée de la super classe (méthode non redéfinie). Mais ensuite appel de distance(int x, int y) de Point3D, pas de Point.

•    Sélection de méthode selon le type de l’instance et non selon la classe dans laquelle la méthode courante s’exécute : répartition de méthode dynamique.

3.6 Répartition de méthode dynamique

class Parent { void appel() {

.println("Dans Parent.appel()");

} class Enfant extends Parent { void appel() {

.println("Dans Enfant.appel()");

}

class Repartition { public static void main(String args[]) { Parent moi = new Enfant(); moi.appel();

}

}

•    Lors de moi.appel()

–    Le compilateur vérifie que Parent a une méthode appel(),

–    l’environnement d’exécution remarque que la référence moi est en fait vers une instance d’Enfant? appel de Enfant.appel()

•    Il s’agit d’une forme de polymorphisme à l’exécution.

•    ö Cela permet à des bibliothèques existantes d’appeler des méthodes sur des instances de nouvelles classes sans recompilation.

3.7 Instruction final

•    Variable d’instance ou méthode non redéfinissable : final. Pour des variables, convention de majuscules final int FILE_QUIT = 1; Les sous classes ne peuvent redéfinir les méthodes final. Petites méthodes final peuvent être optimisées (appels “en ligne” par recopie du code).

•    * final pour les variables est similaire au const du C++. Il n’y a pas d’équivalent de final pour les méthodes en C++.

3.8 Méthode finalize()

•    Instance d’objet ayant une resource non java (descripteur de fichier) : moyen de la libérer.

•    Ajout d’une méthode finalize() à la classe. Appelée à chaque libération d’une instance d’objet de cette classe.

3.9 Instruction static

•    méthode static : utilisée en dehors de tout contexte d’instance.

•    Méthode static ne peut appeler directement que des méthodes static. Ne peut utiliser this ou super. Ne peut utiliser une variable d’instance.

•    ô Variables static : visibles de toute autre portion de code. Quasiment des variables globales. À utiliser avec parcimonie

•    Bloc static : exécuté une seule fois, au premier chargement de la classe. – Exemple

class Statique { static int a = 3; static int b; static void methode(int x) { .println("x = " + x +

", a = " + a +

", b = " + b);

} static {

.print("Initialisation" +

" du bloc statique");

b = a * 4;

} public static void main(String args[]) { methode(42);

}

}

L’affichage est

Prompt > java Statique Initialisation du bloc statique x = 42, a = 3, b = 12

Initialisation de a et b. Exécution du bloc static. Appel de main().

– Appel d’une variable ou méthode static par le nom de la classe

class ClasseStatique { static int a = 42; static int b = 99; static void appel() {

.println("a = " + a);

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

ClasseStatique.callme();

.println("b = " +

ClasseStatique.b);

}

}

– Exemple animalier

class Chat {

String  nom;     // nom int            age;       // annees

Color[] couleurPelage;  // couleurs float                tauxRonronnement; // de 0 a 1 static int ageSevrage = 1; // statique

boolean estAdoptable() { if (age > ageSevrage) { return true;

} else {

return false;

}

}

}

3.10 Instruction abstract

•    Partie spécification, partie implantation : classes abstraites .

•    Certaines méthodes, sans corps, doivent être redéfinies par les sous classes : méthodes abstraites. C’est la responsabilité de sous classe.

•    Toute classe contenant des méthodes abstraites (mot clé abstract) doit être déclarée abstraite. Les classes abstraites ne peuvent être instanciées par new. Pas de constructeurs ou de méthodes static. Une sous classe d’une classe statique soit implante toutes les méthodes abstraites, soit est elle-même abstraite. Exemple

abstract class ParentAbstrait { abstract void appel(); void moiaussi() {

.print("Dans ParentAbstrait.moiaussi()"); } }

class EnfantConcret extends ParentAbstrait { void appel() {

.print("Dans EnfantConcret.moiaussi()"); } }

class AbstractionMain { public static void main(String args[]) { ParentAbstrait etre = new EnfantConcret(); etre.appel(); etre.moiaussi();

}

}

VII.4            Paquetages et interfaces

4.1 Paquetages

•    À la fois un mécanisme de nommage et un mécanisme de restriction de visibilité.

•    Forme générale d’un source java

une unique declaration de paquetage (optionnel) declarations d’importations (optionnel)

une unique declaration de classe publique declarations de classes privees (optionnel)

•    Pas de déclaration de paquetage : les classes déclarées font partie du paquetage par défaut, sans nom. Une classe déclarée dans le paquetage monPaquetage ? le source doit être dans le répertoire monPaquetage (il y a distinction minuscule-majuscule).

Syntaxe générique : package pkg1[.pkg2[.pkg3]];

Par exemple package .image; doit être stocké dans java/awt/image

(sous UNIX), java\awt\image (sous Windows) ou java :awt :image (sous Macintosh).

La racine de toute hiérarchie de paquetage est une entrée de la variable d’environnement CLASSPATH.

ô Ayant une classe ClasseTest dans un paquetage test, il faut

–    soit se mettre dans le répertoire père de test et lancer java test.ClasseTest,

–    soit ajouter le répertoire test à la variable CLASSPATH :

CLASSPATH=.;c:\code\test;c:\java\classes – soit lancer :

java -dclasspath=.;c:\code\test;c:\java\classes ClasseTest

4.2 Instruction import

•    Entrer les noms complets de classes et méthodes fort long ? Tout ou partie d’un paquetage est amené en visibilité directe, avec import.

•    Syntaxe générique import pkg1[.pkg2].(nomclasse|*);. Exemple

import ; import .*;

Chargement de gros paquetages ? perte de performance en compilation. Pas d’effet à l’exécution.

•    Toutes les classes livrées dans la distribution java sont dans le paquetage java. Les Classes de base du langage se trouvent dans . Il y a une importation implicite de import .*

•    Deux classes de même nom dans 2 paquetages différents importés avec * : le compilateur ne dit rien jusqu’à l’utilisation d’une des classes, où c’est une erreur de compilation.

•    Utilisation de noms complets. Au lieu de

import .*; class MaDate extends Date { } on peut utiliser class MaDate extends

4.3 Protections d’accès

4 catégories de visibilité :

–    Sous classe dans le même paquetage.

–    Non sous classe dans le même paquetage.

–    Sous classe dans des paquetages différents.

–    Classes ni dans le même paquetage, ni sous classes.

Table des modificateurs de visibilité

•    Déclaré public : peut être vu de partout.

•    Déclaré private : ne peut être vu en dehors d’une classe.

•    Pas de modificateur : visible des sous classes et des autres classes du même paquetage. Situation par défaut.

•    Déclaré protected : peut être vu hors du paquetage, mais seulement des sous classes.

•    Déclaré private protected : ne peut être vu que des sous classes.

•    * protected pas la même signification qu’en C++. Plutôt similaire au friend du C++. Le protected du C++ est émulé par private protected en java.

Exemple animalier

class Chat {

// Les differents champs sont protected (et non private),

// de facon a etre visibles des sous-classes

protected String     nom;     // nom du fauve protected int    age;       // en annees

              protected Color[]                 couleurPelage;                 // ses couleurs

protected float  tauxRonronnement; // entre 0 et 1 protected static int ageSevrage = 1; // Champ statique

// Les constructeurs doivent etre vus de partout public Chat(String sonNom, int sonAge, float sonTauxRonron,

Color[] sesCouleurs) {

nom             = sonNom; age  = sonAge;

tauxRonronnement = sonTauxRonron; couleurPelage            = sesCouleurs;

}

public Chat() { this(new String("minou"), 1, 0.5,

{Color.black, Color.white});

}

// Accesseurs public int retournerAge() { return(age);      }

public String retournerNom() {

return(nom);             }

public Color[] retournerCouleurPelage() { return(couleurPelage);               }

public float retournerTauxRonron() { return(tauxRonronnement); }

// Autres methodes public void vieillir() { age += 1;

} public void vieillir(int n) { age += n;

}

public boolean estAdoptable() { if (age > ageSevrage) { return true;

} else {

return false;

}

}

// Methode privee private void emettreSon(String adire) {

// Emulation ultra pauvre du son

.println(" " + adire);

}

// Utilisation de la methode privee public void miauler(int nbMiaulements) { for(int i + 0; i < nbMiaulements; i++) { emettreSon("Miaou !");

}

}

}

4.4 Interfaces

•    Interfaces : comme des classes, mais sans variable d’instance et des méthodes déclarées sans corps.

•    Une classe peut implanter une nombre quelconque d’interfaces. Pour cela, la classe doit fournir l’implantation de toutes les méthodes de l’interface. La signature de type doit être respectée.

•    Les interfaces vivent dans une hiérarchie différente de celles des classes ? deux classes sans aucun lien hiérarchique peuvent implanter la même interface. Les interfaces sont aussi utiles que l’héritage multiple, mais donnent du code plus facile à maintenir. En effet, ne repose pas sur des données, juste sur des méthodes. • Syntaxe générique

interface nom { type-retour nom-methode1(liste-parametres); type nomvariable-finale = valeur;

}

•    Toutes les méthodes implantant une interface doivent être déclarées public.

•    Variables déclarées à l’intérieur d’une interface implicitement final.

4.5 Exemple d’interface

•   Syntaxe générique d’implantation d’interface

class nomclasse [extends superclasse]

[implements interface0

[,interface1 ]] {

corps-de-classe

}

•   Les crochets désignent des mots optionnels • Exemple

interface Callback { void callback(int parametre) {

}

class Client implements Callback { void callback(int p) {

.println("Callback de " + p); }

}

4.6 Interface & résolution dynamique de méthode

• ö On peut déclarer des variables références à des objets utilisant une interface comme type au lieu d’une classe. Toute instance d’une classe implantant cette interface peut être stockée dans cette variable. Si l’on veut appeler une méthode via une telle variable, l’implantation correcte sera appellée selon l’instance courante. Les classes peuvent donc être crées après le code qui les appelle. Cette technique de résolution dynamique de méthode est coûteuse en temps. • Aspect d’encapsulation class TestInterface { public static void main(String args[]) { Callback c = new Client(); c.callback(12);

}

}

c ne peut être utilisé que pour accéder à la méthode callback() et non à un autre aspect de Client.

VIII – Exceptions

Références bibliographiques

– The Java Language Specification, J. Gosling, B. Joy et G. Steele [GJS96]

VIII.1        Fonctionnement général du système d’exceptions

1.1 Génération et gestion d’exceptions

•    Exception : condition anormale survenant lors de l’exécution.

•    Lorsqu’une exception survient :

–    un objet représentant cette exception est créé;

–    cet objet est jeté (thrown) dans la méthode ayant provoqué l’erreur.

•    Cette méthode peut choisir : – de gérer l’exception elle-même, – de la passer sans la gérer.

De toutes façons l’exception est captée (caught) et traitée, en dernier recours par l’environnement d’exécution Java. • Les exceptions peuvent être générées – par l’environnement d’exécution Java, – manuellement par du code.

•    Les exceptions jetées (ou levées) par l’environnement d’exécution résultent de violations des règles du langage ou des contraintes de cet environnement d’exécution.

1.2 Les 5 mots clés

•    Il y a 5 mots clés d’instructions dédiées à la gestion des exceptions : try, catch, throw, throws et finally.

83

•    Des instructions où l’on veut surveiller la levée d’une exception sont mises dans un bloc précédé de l’instruction try.

•    Le code peut capter cette exception en utilisant catch et la gérer.

•    Les exceptions générées par le système sont automatiquement jetées par l’environnement d’exécution Java. Pour jeter une exception manuellement, utiliesr throw.

•    Toute exception qui est jetée hors d’une méthode doit être spécifiée comme telle avec throws.

•    Tout code qui doit absolument être exécuté avant qu’une méthode ne retourne est placé dans un bloc finally.

1.3 Schéma

Le schéma est donc

try {

// bloc de code a surveiller

} catch (EceptionType1 exceptObj) {

// gestionnaire d’exception pour ExceptionType1

} catch (EceptionType2 exceptObj) {

// gestionnaire d’exception pour ExceptionType2

}

finally {

// bloc de code a executer

// avant de sortir de la methode

}

1.4 Types d’exceptions

•    Une classe est au sommet de la hiérarchie des exceptions : Throwable

•    Deux sous-classes de Throwable :

–    Exception : conditions exceptionnelles que les programmes utilisateur devraient traiter.

–    Error : exceptions catastrophiques que normalement seul l’environnement d’exécution devrait gérer.

•    Une sous-classe d’Exception, RuntimeException, pour les exceptions de l’environnement d’exécution.

1.5 Exceptions non gérées

•    Considérons le code suivant où une division par zéro n’est pas gérée par la programme :

class ExcepDiv0 { public static void main(String args[]) { int d = 0; int a = 42 / d;

}

}

•    Lorsque l’environnement d’exécution essaie d’exécuter la division, il construit un nouvel objet exception afin d’arrêter le code et de gérer cette condition d’erreur.

•    Le flux de code est alors interrompu et la pile d’appels (des différentes méthodes invoquées) est inspectée en quête d’un gestionnaire d’exceptions.

•    N’ayant pas fourni de gestionnaire au sein du programme, le gestionnaire par défaut de l’environnement d’exécution se met en route.

•    Il affiche la valeur en String de l’exception et la trace de la pile d’appels :

/home/mounier> java ExcepDiv0 .ArithmeticException: / by zero at (:4)

1.6 Instructions try et catch

•    Un bloc try est destiné à être protégé, gardé contre toute exception susceptible de survenir.

•    Juste derièrre un bloc try, il faut mettre un bloc catch qui sert de gestionnaire d’exception. Le paramètre de l’instruction catch indique le type et le nom de l’instance de l’exception gérée.

class ExcepDiv0 { public static void main(String args[]) { try { int d = 0; int a = 42 / d;

} catch (ArithmeticException e) {

.println("Div par zero");

}

}

}

•    La portée d’un bloc catch est restreinte aux instructions du bloc try immédiatement précédent.

1.7 Instructions catch multiples

•    On peut gérer plusieurs exceptions à la suite l’une de l’autre.

•    Lorsqu’une exception survient, l’environnement d’exécution inspecte les instructions catch les unes après les autres, dans l’ordre où elles ont été écrites.

•    Il faut donc mettre les exceptions les plus spécifiques d’abord.

1.8 Instruction throw

•    Elle permet de générer une exception, via un appel de la forme trow

TrhowableInstance; Cette instance peut être crée par un new ou être une instance d’une exception déja existante.

•    Le flux d’exécution est alors stoppé et le bloc try immédiatement englobant est inspecté, afin de voir s’il possède une instruction catch correspondante à l’instance générée.

•    Si ce n’est pas le cas, le 2^ièmebloc try englobant est inspecté; et ainsi de suite.

•    Exemple

class ThrowDemo {

static void demoproc() {

try {

throw new NullPointerException("demo"); } catch (NullPointerException e2) { .print("attrapee ds demoproc()"); throw e2;

}

public static void main(String args[]) {

try {

demoproc();

} catch(NullPointerException e1) {

.print("attrapee ds main()");

}

}

}

1.9 Instruction throws

•    Si une méthode est susceptible de générer une exception qu’elle ne gère pas, elle doit le spécifier, de façon que ceux qui l’appellent puissent se prémunir contre l’exception.

•    L’instruction throws est utilisée pour spécifier la liste des exceptions qu’une méthode est susceptible de générer.

•    Pour la plupart des sous-classes d’Exception, le compilateur forcera à déclarer quels types d’exception peuvent être générées (sinon, le programme ne compile pas).

•    Cette règle ne s’applique pas à Error, RuntimeException ou à leurs sousclasses.

•    L’exemple suivant ne compilera pas :

class ThrowsDemo1 { static void proc() {

.println("dans proc()"); throw new IllegalAccessException("demo");

}

public static void main(String args[]) { proc();

}

}

Ce programme ne compilera pas :

–    parce que proc() doit déclarer qu’elle peut générer IllegalAccessException;

–    parce que main() doit avoir un bloc try/catch pour gérer l’exception en question.

• L’exemple correct est :

class ThrowsDemo1 { static void proc() throws IllegalAccessException { .println("dans proc()"); throw new IllegalAccessException("demo");

}

public static void main(String args[]) { try {

demoproc();

} catch(IllegalAccessException e) {

.println(e + "attrapee");

}

}

}

1.10 Instruction finally

•    Un bloc finally est toujours exécuté, qu’une exception ait été générée ou non. Il est exécuté avant l’instruction suivant le bloc try précédent.

•    Si le bloc try précédent contient un return, le bloc finally est exécuté avant que la méthode ne retourne.

•    Ceci peut être pratique pour fermer des fichiers ouverts et pour libérer diverses ressources.

•    Le bloc finally est optionnel.

1.11 Classe Throwable

•    Il est possible de générer ses propres exceptions en créant une sous classe d’Exception.

•    On peut alors utiliser ou redéfinir l’une des méthodes, héritée de Throwable :

–    Outre le constructeur sans argument, un constructeur Exception(String message) avec un message d’erreur disponible via getMessage().

–    la méthode String getMessage() qui renvoie le message fourni au constructeur précédent.

–    la méthode String toString(), qui fournit une chaîne formée du nom de la classe de l’objet courant, suivi d’un :, suivi du résultat de getMessage()

–    la méthode fillInStackTrace() qui enregistre dans l’objet courant des informations à propos de la pile d’appels en cours.

–    la méthode void printStackTrace(PrintStream stream) qui envoie sur le flux stream le résultat de toString(), suivi de la pile d’appels enregistrée par la méthode fillInStackTrace(). Si stream est absent, est utilisé. Une autre forme, void printStackTrace(PrintWriter stream) est disponible.

1.12 Conclusion

•    Le code suivant

FileInputStream fis; try { fis = new FileInputStream("");

} catch (FileNotFoundException e) { fis = new FileInputStream(""); }

•    est plus propre que

#include <sys/errno.h>

int fd; fd = open(""); if (fd == -1 && errno == EEXIST) fd = open("");

IX – Classes utilitaires de base

Références bibliographiques

–    Java et Internet – Concepts et programmation, G. Roussel, E. Duris, N.

Bedon et R. Forax [RDBF02],

–    Java in a Nutshell, D. Flanagan, [Flab],

–    The Java Language Specification, J. Gosling, B. Joy, G. Steele [GJS96]

IX.1               Classes Object, System, PrintStream

1.1 Méthodes de la classe Object

•    Racine de la hiérarchie des objets java.

•    Méthodes :

91

1.2 Méthodes toString(), hashCode()

•  toString() : Forme affichable de l’objet par .println(). La redéfinir est de bon ton.

•  hashCode() : code de hachage de l’objet; utilisé dans .hashMap.

•  Contrat de la méthode hashCode() : Pour 2 Object, c1 et c2, c1.equals(c2) impliquec1.hashCode() == c2.hashCode()

•  Donc, si l’on redéfinit equals(), on doit redéfinir également hashCode().

1.3 Méthode equals()

•    Par défaut, teste l’égalité des références. Il est de bon ton de la redéfinir en test d’égalité de contenu.

•    Erreur commune : surcharge au lieu de redéfinition; le paramètre doit être de type Object.

•    Exemple sur des classes de nombres complexes :

public class Complexe {

protected double partieReelle, partieImaginaire;

public Complexe(double r, double i) { partieReelle = r; partieImaginaire = i;

}

public boolean equals(Object obj) { if(!(obj instanceof Complexe)) { return false;

IX.1 – Classes Object, System, PrintStream

}

Complexe c = (Complexe)obj; return (partieReelle == c.partieReelle && partieImaginaire == c.partieImaginaire); }

}

•    Vérifier que la relation binaire induite est réflexive, symétrique et transitive. Vérifier également l’idempotence (plusieurs évaluations de x.equals(y) donne toujours le même résultat), et que null est “absorbant” : x.equals(null) est toujours false.

1.4 Champs et méthodes de la classe System

•    Méthodes et champs utilitaires java.

•    Champs :

–     static InputStream in entrée standard (par défaut le clavier)

–     static PrintStream out sortie standard (par défaut l’écran)

–     static PrintStream err sortie erreur standard (par défaut l’écran) Méthodes :

1.5 Méthodes de PrintStream

• Méthodes :

methode()                                                                         But

void close() Ferme le flux d’entrée/sortie void flush() Vide le tampon mémoire associé au flux

(force l’écriture)

void print( )                                                  Affiche l’argument sur la sortie standard.

Accepte des boolean, char, int, long, float, double, Object et String.

void println( ) Même effet que print(), mais rajoute un saut de ligne

void write(int b)                                                            Écriture binaire d’un octet sur le flux d’entrée/sortie

IX.2       Méthode main() et classes d’emballage des types primitifs

2.1 Méthode main() et ses arguments

•    Syntaxe public static void main(String args[])

•    public : la méthode peut être appelée de partout

•    static : pas besoin de créer d’objet pour l’appeler

•    void : elle ne renvoie rien

•    String args[] : args est un tableau de String • 1^ier argument args[0], 2^ième argument args[1],

•    Nombre d’arguments : args.length

•    Attention! Ne pas confondre

–    le champ length : nombre d’éléments d’un tableau

–    la méthode length() de la classe String : longueur de la chaîne de caractères

•    Exemple d’affichage des arguments de la ligne de commande ainsi que de leur longueur :

class TestMain {

public static void main(String args[]) { for(int i = 0; i < args.length; i++)

.println("arg no " + i+1 + " : " + arg[i] + " de longueur : " +

args[i].length()); }

}

•    Par un appel dans une fenêtre Dos (resp. une fenêtre terminal Unix/Linux) de la forme java TestMain toto 4 gabuzomeu 7.8 +&) affiche arg no 1 : toto de longueur : 4

IX.3 – Scanner (.Scanner)

arg no 2 : 4 de longueur : 1 arg no 3 : gabuzomeu de longueur : 9 arg no 4 : 7.8 de longueur : 3 arg no 4 : +&) de longueur : 3

2.2 Liste des classes d’emballage

•    Permettent de disposer de méthodes utilitaires de manipulation des types primitifs.

•    Héritent de la classe abstraite Number.

•    Les classes d’emballage des types primitifs sont : Boolean, Byte, Character,

Short, Integer, Long, Float et Double.

•    Méthode xxxValue(), où xxx est l’un des noms de type primitf correspondant; elle permet d’obtenir une variable du type primitif correspondant.

Integer un = new Integer(1); int i             = un.intValue();

•    Méthode parseXXX(String) où XXX est l’un des noms de classe précédent; elle permet d’obtenir un objet de type numérique ou booléen à partir d’une chaîne de caractères. Par ex. parseDouble("2.5"); renvoie un Double. L’inverse est réalisé par toString().

•    Les constantes MIN_VALUE et MAX_VALUE contiennent les valeurs minimale et maximale.

IX.3              Scanner (.Scanner)

3.1 Classe Scanner : aperçu

•    La classe Scanner permet entre autres l’entrée facile de types primitifs et de

String au clavier.

•    Il suffit de créer un objet Scanner avec en argument le flux à lire, puis d’appeler une méthode nextXXX() selon le type primitif XXX à lire

•    Exemple d’entrée d’un entier au clavier :

Scanner sc = new Scanner(); // Creation d’un Scanner sur

// le flux (le clavier)

                     int i = sc.nextInt();                                                           // prise d’un entier sur ce flux

// (au clavier)

3.2 Classe Scanner : constructeurs

Différents constructeurs sont disponibles

3.3 Classe Scanner : méthodes essentielles

•    Rappel : un flux d’entrée est composé de lexèmes, ou atomes syntaxiques, qui sont séparés par des délimiteurs.

•    Les méthodes boolean hasNextXXX() renvoient true si le prochain lexème correspond au type attendu. La chaîne XXX précédente est l’une des suivantes : BigDecimal, BigInteger, Boolean, Byte, Double, Float, Int, Long, Short, Line selon le type attendu, qui sera respectivement BigDecimal,

BigInteger, boolean, byte, double, float, int, long, short pour les 9 premières, et une nouvelle ligne pour la dernière. Ainsi, hasNextInt() renvoie true si le prochain lexème est un int.

IX.3 – Scanner (.Scanner)

•    Les méthodes YYY nextXXX() renvoient la valeur du prochain lexème selon le type correspondant à la chaîne XXX Ainsi, int nextInt() renvoie le prochain int, String nextLine() renvoie la prochaine ligne, int nextDouble() renvoie le prochain double, etc.

•    La méthode boolean hasNext() renvoie true s’il y a un prochain lexème.

•    La méthode String next() renvoie le prochain lexème disponible.

3.4 Classe Scanner : autres méthodes

Voici les autres méthodes de Scanner les plus importantes

3.5 Classe Scanner : Exemples

•    Exemple de lecture dans un fichier :

Scanner sc = new Scanner(new File("myNumbers")); while (sc.hasNextLong()) { long aLong = sc.nextLong();

}

•    Exemple de lecture à partir d’une chaîne de caractères, avec un délimiteur autre qu’un espace

String input = "1 fish 2 fish red fish blue fish";

Scanner s = new Scanner(input).useDelimiter("\\s*fish\\s*");

.println(s.nextInt());

.println(s.nextInt());

.println(s.next());

.println(s.next());

s.close();

La sortie produite par ce code est la suivante :

1 2 red blue

Il est possible de récupérer les quatres lexèmes d’un coup :

String input = "1 fish 2 fish red fish blue fish";

Scanner s = new Scanner(input);

s.findInLine("(\\d+) fish (\\d+) fish (\\w+) fish (\\w+)"); MatchResult result = s.match(); for (int i=1; i<=result.groupCount(); i++)

.println(result.group(i);

s.close();

3.6 Exemple d’un cercle

Exemple d’une classe Cercle avec utilisation d’un Scanner

import .Scanner;

/**

* Classe representant un cercle

**/ class Cercle {

// champs : rayon du cercle double r;

// Constructeur : initialisation des champs

Cercle(double nouvRayon) { r = nouvRayon;

}

// methode de calcul dŠune surface double calculeSurface() { return(3.1416*r*r);

}

}// fin de class Cercle

/**

*    Ce programme affiche la surface dŠun cercle dont

*    lŠutilisateur entre le rayon

**/ public class CercleMain {

// methode main() : point dŠentree du programme public static void main(String[] args) {

// pour les entrees de donnees au clavier

Scanner entreeClavier = new Scanner();

// capture dŠun double au clavier double rayon = entreeClavier.nextDouble(); // creation dŠun objet de type Cercle

Cercle monCercle = new Cercle(rayon);

// calcul de sa surface surface = monCercle.calculeSurface();

// affichage du resultat

.println("Voici la surface du cercle" +

"de rayon " + monCercle.r +

" : " + surface);

}

}// fin de class CercleMain

IX.4       Classes java.applet.Applet et .String

4.1 Notion d’applet

•    Applet : mini-application, dont le code est t?échargé à travers le réseau.

•    Est visualisée par un navigateur ou par un visualiseur d’applets (“applet viewer”).

•    Diverses restrictions de sécurité.

•    Une applet n’a pas de méthode main().

•    On étend la classe java.Applet, en redéfinissant diverses méthodes.

•    Une applet n’est pas sous le contrôle de l’activité (thread) d’exécution : elle répond lorsque le navigateur le lui demande.

•    Donc, pour des tâches longues, l’applet doit créer sa propre activité.

4.2 Méthodes à redéfinir

Méthodes de base d’Applet :

•    void init() Appelée lors du premier chargement de l’applet. Utilisée pour des initialisations, de préférence à un constructeur.

•    void destroy() Appelée lors du déchargement de l’applet. Utilisée pour libérer des ressources.

•    void start() Applelée lorsque l’applet devient visible. Souvent utilisée avec des animations et des activités (threads).

•    void stop() Applelée lorsque l’applet est masquée.

Une méthode héritée de Container : public void paint(Graphics g) que le navigateur appelle pour demander à l’applet sa mise a jour graphique.

Autres méthodes d’Applet :

•    String getAppletInfo() Pour obtenir des informations à propos de l’applet

•    String[][] getParameterInfo() Description des paramètres de l’applet.

•    AudioClip getAudioClip(URL url) Renvoie une référence à une instance d’objet de type AudioClip.

•    void play(URL url) joue l’AudioClip spécifié à l’adresse url.

•    Image getImage(URL url) Renvoie une référence à une instance d’objet de type Image.

4.3 Exemple : un disque coloré

Classe Disk : surface circulaire colorée import .*;

public Disk(int Xpos, int Ypos, int radius) { x = Xpos; y = Ypos;

size = radius;

color = ;                                                         // Initialement rouge

}

// methodes fixant des attributs (modificateurs) public void setXY(int newX, int newY) { x = newX; y = newY;} public void setSize(int newSize)             { size = newSize; } public void setColor(Color newColor)           { color = newColor;}

// methodes accedant aux attributs (accesseurs)

// Afficher le disque public void paint(Graphics g) {

g.setColor(color);

g.fillOval(x-(size/2), y-(size/2), size, size); }

}// public class Disk

Classe DiskField, qui affiche le disque précédent :

import java.applet.*; import .*; public class DiskField extends Applet {

int      x = 150, y = 50, size = 100; // position et diametre Disk theDisk = null;

// Initialisation de l’applet public void init() { theDisk = new Disk(x, y, size); }

// Dessiner le disque public void paint(Graphics g) {

// Demander au navigateur d’appeler la methode paint()

           //                 pour afficher le disque

theDisk.paint(g);

}

public void start() { ; } public void stop() { ; }

}// class DiskField

Pour afficher l’applet, on a besoin d’un fichier HTML qui la référence.

<APPLET code="DiskField.class" width=150 height=100>

</APPLET>

4.4 Construction de String

•    Dans : String pour les chaînes à immuables et StringBuffer pour celles qui sont modifiables.

•    String et StringBuffer sont déclarées final, de façon à réaliser certaines optimisations.

•    Le constructeur générique de String se déclare comme suit :

String String(char tabChars[], int indiceDeb, int nbChars); où indiceDeb débute à 0 pour le premier caractère de la chaîne.

•    Exemples :

char desChars[] = {’a’, ’b’, ’c’, ’d’, ’e’, ’f’ };

String s1 = new String(desChars); String s2 = new String(desChars, 2, 3);

s1 contient la chaîne "abcde" et s2 contient "cde". * Le contenu du tableau est copié lorsque l’on crée une chaîne à partir d’un tableau. Si l’on modifie le tableau après avoir créé la chaîne, le contenu de l’instance de String restera inchangé.

•    Constructeur de recopie public String(String original).

•    Il y a une syntaxe spéciale pour les chaînes qui permet une création-initialisation rapide :

String s = "abc";

.println(s.length());

.println("abcdef".length());

Les 2 dernières lignes vont afficher respectivement 3 et 6.

•    * Ne pas confondre la méthode length() avec la variable d’instance length de références à des tableaux.

4.5 Concaténation de chaînes

•    Java n’implante pas la surcharge d’opérateurs, cette technique donnant souvent lieu à des abus et rendant les gros programmes difficiles à lire.

•    Il y a une exception à cette règle : l’opérateur +, qui existe également pour les chaînes. Le + agit alors comme un opérateur de concaténation, de façon à augmenter la lisibilité.

•    Par exemple :

String s = "Impossible " + "d’eternuer " +

"les yeux ouverts.";

est nettement plus lisible que

String s = new StringBuffer("Impossible ")

.append("d’eternuer ")

.append("les yeux ouverts.")

.toString();

qui est exactement ce qui se passe lorsque le code est exécuté.

•    On ne peut insérer de caractères dans une String, ni changer ceux qui y sont déja. Il n’est pas possible non plus de faire de la concaténation. Les modifications sont alors réalisées sur une insantce de la classe soeur StringBuffer. Puis, il y a conversion en une String via la méthode toString().

•    La scission en 2 classes, dont une, String, est immuable, a été opérée afin d’avoir des performances plus grandes lors de manipulations (fréquentes) de

String.

•    * La priorité des opérateurs peut jouer des tours. Par exemple, la ligne suivante : String s = "quatre : " + 2 + 2; ne mettra pas "quatre : 4" dans s, mais "quatre : 22"; en effet, "quatre : " + 2 est évalué d’abord, et le résultat de ceci (une chaîne) est ensuite concaténé à 2. Il faut donc des parenthèses : String s = "quatre : " + (2 + 2);

4.6 Conversion de chaînes

•    StringBuffer utilise une version surchargée de append() pour tous les types possibles.

•    append() appelle en fait la méthode valueOf(). Pour des types primitifs, cette dernière renvoie une repésentation en chaîne.

•    Pour des objets, elle appelle la méthode toString() de l’objet.

•    toString() est une méthode de Object, donc tout objet en hérite.

C’est une BONNE PRATIQUE que de redéfinir toString() pour ses propres classes. Exemple

class Point { int x, y;

Point(int x, int y) { this.x = x; this.y = y;

} public String toString() { return "Point[" + x + "," + y + "]";

}

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

Point p = new Point(20, 20);

.println("p = " + p);

}

}

4.7 Extraction

•    charAt() permet d’extraire un caractère. Par ex. "abc".charAt(1) renvoie

’b’.

•    Pour extraire plus d’un caractère, utiliser getChars(). Prototype :

void getChars(int srcBegin, int srcEnd, char [] dst, int dstBegin);

où srcBegin et srcEnd sont les indices de début et de fin d’extraction dans la String appelante. dst est le tableau de caractères contenant les caractères extraits. dstBegin est l’indice à partir duquel les caractères extraits vont être copiés dans dst.

•    On peut ´galement convertir une String entière en tableau de caractères, à l’aide de la méthode toCharArray() : char [] toCharArray()

•    Enfin, on peut convertir une String en tableau de byte, l’octet de poids fort étant jeté. ceci est utile pour exporter une chaîne en environnement ASCII

(fichier texte de protocoles internet par ex.) : byte [] getBytes()

4.8 Comparaison

•    equals(String s) teste si la String appelante est formée des mêmes caractères que s.

•    equalsIngnoreCase() réalise la même chose sans faire de distinction minusculemajuscule.

•    regionMatches() compare une région de la String appelante à une région d’une autre. Son prototype est :

boolean regionMatches(int toffset, String other, int oofset, int eln);

où toffset est l’indice du début de comparaison de la chaîne appelante, other est l’autre String, oofset est l’indice de début de comparaison de l’autre chaîne et len est la longueur de compraraison. Il existe une autre forme de regionMatches() qui peut ignorer la distinction majuscule-minuscule : boolean regionMatches(int toffset, String other, int oofset, int eln);

4.9 Extraction/Comparaison

• startsWith() (resp. endsWith() teste si la chaîne appelante commence (resp. finit) par la chaîne fournie en paramètre. "Nabuchodonosor".endsWith("nosor") et "Nabuchodonosor".startsWith("Nabu") renvoient tous deux true. On peut également spécifier l’indice de début de comparaison. Par exemple l’expression "HoueiNeng".startsWith("Neng", 5) renvoie true.

4.10 Égalité

•    La méthode equals() et l’opérateur == réalisent 2 opérations distinctes.

•    equals() teste l’égalité caractère à caractère.

•    == teste l’égalité des références (des adresses mémoires, ou pointeurs) pour voir si elles se réfèrent à la même instance.

•    Exemple :

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

String s1 = "Bonjour";

String s2 = new String(s1);

.println("s1 + "equals()" + s2 " -> " + s1.equals(s2));

.println("s1 + "==" + s2 " -> " + (s1 == s2));

}

}

4.11 Relation d’ordre

•    compareTo() compare 2 String selon un ordre alphabétique.

•    int compareTo(String s) renvoie un résultat négatif si la chaîne appelante est inférieure à s (le paramètre), 0 si elles sont égales et un résultat positif sinon.

•    Moyen mnémotechnique : caller.compareTo(parameter) renvoie un entier du même signe que caller - parameter.

4.12 Recherche de sous-chaîne

•    Recherche de l’indice d’occurrence d’un caractère ou d’une sous-chaîne dans une chaîne.

•    2 méthodes : indexOf() et lastIndexOf() sous plusieurs formes. Renvoient -1 en cas d’échec.

•    int indexOf(int car); int lastindexOf(int car);

renvoient l’indice de la première (resp. la deernière) occurence (c.à.d. apparition) du caractère car.

•    int indexOf(String str); int lastindexOf(String str);

renvoient l’indice du premier caractère de la première (resp. la deernière) occurrence de la sous-chaîne str.

•    int indexOf(int car, int fromIndex); int lastindexOf(int car, int fromIndex);

renvoient l’indice de la première (resp. la dernière) occurrence du caractère car après (resp. avant) formIndex.

•    int indexOf(String str, int fromIndex); int lastindexOf(String str, int fromIndex);

renvoient l’indice du premier caractère de la première (resp. la dernière) occurrence de la sous-chaîne str après (resp. avant) formIndex.

4.13 Modifications sur une copie de String

•    Puisque les String sont immuables, pour modifier une chaîne, on peut soit utiliser un StringBuffer ou utiliser l’une des méthodes suivantes, qui fournissent une copie modifiée d’une String.

•    substring() extrait une String d’une autre. Par exemple :

"Bonjour a tous".substring(8) -> "a tous"

"Bonjour a tous".substring(6, 5) -> "r a t"

•    concat() créée un nouvel objet, la concaténatée de la chaîne appelante et du paramètre :

"Bonjour".concat(" a tous") -> "Bonjour a tous"

•    replace(char carSrc, char carDst) remplace toutes les occurrences de carSrc par carDst :

"Bonjour".replace(’o’, ’a’) -> "Bajaur"

•    toLowerCase() et toUpperCase() : conversion en majuscules (resp. minuscules)

"Grenouille".toUpperCase() -> "GRENOUILLE"

"BOEuf".toLowerCase()              -> "bouef"

•    trim() enlève les espaces avant et après :

"        J’ai besoin d’air                              ".trim() ->

"J’ai besoin d’air"

4.14 Autres méthodes de String

String[] split(String regex)                                          Découpe this selon les délimiteurs fournis en tant qu’expression régulière.

4.15 StringBuffer

•    C’est une chaîne modifiable et susceptible de croître et de décroître.

•    Elle peuvent être construites avec un constructeur :

–    sans paramètre; ce qui réserve de la place pour 16 caractères; – avec un paramètre int, spécifiant la taille initiale du tampon;

–    avec un paramètre String, spécifiant le contenu initial et réservant de la place pour 16 caractères supplémentaires.

•    La longueur s’obtient par length() et la taille (en nombre de caractères) de la zone mémoire allouée (nommée la capacité du tampon) par capacity().

•    On peut pré-allouer de la place mémoire pour le tampon après qu’un StringBuffer ait été créé via ensureCapacity().

•    setLength() fixe la taille du tampon mémoire. Si la chaîne était plus longue que la nouvelle taille, elle est tronquée. Si la nouvelle taille est plus longue, il y a remplissage par le caractère nul (unicode 0).

•    charAt() renvoie un caractère ùn indice donné; setCharAt() remplace un caractère à un indice donné; exemple :

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

StringBuffer sb = new StringBuffer("Bonjour");

.println("tampon avant : " + sb);

.println("charAt(1) avant : " + sb.charAt(1)); sb.setCharAt(1, ’a’); sb.setLength(2);

.println("tampon apres : " + sb);

.println("charAt(1) apres : " + sb.charAt(1)); } } qui affiche

tampon avant : Bonjour charAt(1) avant : o tampon apres : Ba charAt(1) apres : a

•    getChars() fonctionne de la même manière que son homologue de String.

Prototype identique :

void getChars(int srcBegin, int srcEnd, char [] dst, int dstBegin);

•    append() concatène le paramètre à la chaîne appelante. En général appelé via +.

•    insert() insère une sous-chaîne à ùn indice spécifié :

"L’envie d’etre roi".insert(8, "de tout sauf ") résulte en

"L’envie de tout sauf d’etre roi"

4.16 StringBuilder

• C’est une chaîne modifiable ayant les même fonctionnalités que StringBuffer mais sans synchronisation multi-threads. Il est conseillé de l’utiliser pour les applications mono-thread.

X – : Conteneurs et autres utilitaires

Références bibliographiques

–    A Course in Number Theory and Cryptography, N. Koblitz [Kob87]

–    Java in a Nutshell, D. Flanagan, [Flab],

–    The Java Language Specification, J. Gosling, B. Joy et G. Steele [GJS96], – Java et Internet – Concepts et programmation, G. Roussel, E. Duris, N.

Bedon et R. Forax [RDBF02],

–    Data Structures & Problem Solving Using Java, M.A. Weiss [Wei98],

–    Algorithms, R. Sedgewick [Seg91]

X.1       Classes de ; Classes et interfaces de comparaison

1.1 Classes et interfaces de

On trouve les groupes de classes suivants :

–    Comparaison sur des objets (interfaces Comparable et Comparator).

–    Structures de données conteneurs (listes chaînées, arbres, tables de hachage).

–    Expressions régulières (paquetage .regexp). – Classe Date, gestion de la date.

–    Classe EventObject

–    Classes Timer et TimerTask

–    Classe Observable, super classe des objets observables.

–    Classe Random, générateur de nombres pseudo-aléatoires.

–    Classe Stack, pile d’objets.

–    Classe StringTokenizer, lorsqu’instanciée avec un objet String, casse la chaîne en unités lexicales séparées par n’importe quel caractère.

109

–    Journalisation (paquetage .logging).

–    Stockage de paramètres (paquetage .prefs).

–    Classe BitSet, ensemble de bits arbitrairement grand.

–    Des classes de gestion de zone géographique, de gestion des fuseaux horaires, de gestion du calendrier.

–    Deux classes, dépréciées, qui sont encore présentes pour des raisons de compatibilité :

–    Classe Vector, tableau d’objets de grandeur variable.

–    Classe Properties, extension de Hashtable permettant de lire et d’écrire des paires clé/valeur dans un flot.

–    On trouve diverses interfaces :

–    10 interfaces associées aux conteneurs.

–    EventListener, interface marqueur pour tous les gestionnaires d’événements.

–    Comparator, pour les objets définissant une relation d’ordre (via compare(Object o1, Object o2) et equals(Object o)).

–    Observer, définit la méthode update() nécessaire pour qu’un objet “observe” des sous-classes de Observable.

1.2 Interface .Comparable

•    Deux e?éments sont comparables (implanter Comparable) si l’on peut leur appliquer public int compareTo(Object other)

•    Cette méthode renvoie la distance entre this et other, au sens de la relation d’ordre induite.

1.3 Interface .Comparator

•    Objets comparateurs : spécialisés dans la définition de relations d’ordre.

•    Deux méthodes à implanter :

–    int compare(Object o1, Object o2), offrant le même service que compareTo() de .Comparable

–    boolean equals(Object o) testant l’égalité de contenu.

•    Les méthodes de comparaison doivent en général être compatibles avec le test dégalité.

X.2            Classes et interfaces conteneurs

2.1 Cadre de collections

Un cadre logiciel de collections est formé de

•    Interfaces, ou types de données abstraits.

•    Implantations, classes concrètes (structures de données réutilisables).

•    Algorithmes, méthodes utilitaires comme tri ou recherche, polymorphes

(fonctionnalités réutilisable).

2.2 Catégories de conteneurs

•    Deux grandes catégories :

– Type (interface) Collection, ou groupe d’objets.

– Type (interface) Map, table d’association de couples clé-valeur.

•    Dans Collection, deux sous-catégories :

– Type Set, ne pouvant contenir 2 fois le même élément. – Type List, éléments indicés par des entiers positifs.

•    Dans Map, l’objet clé permet d’accéder à l’objet valeur.

•    Dans Map, couple clé-valeur : entrée, de type Map.entry.

2.3 Types de conteneurs

Différents types de conteneurs, selon l’interface et la structure de donnée.

2.4 Transitions entre conteneurs

•    Dans Map :

–    values() renvoie une Collection des valeurs de la table

–    keySet() renvoie un Set des clés de la table

–    entrySet() renvoie un Map.entry des entrées (paires clés/valeur) de la table

–    Ce sont des vues de la table.

–    Une modification d’une vue est faite sur la table et vice versa.

•    Dans Collection :

–    toArray() renvoie un tableau contenant tous les objets de la collection. – Ce n’est pas une vue qui est renvoyée.

•    Dans la classe utilitaire Arrays :

–    toArray() renvoie un tableau contenant tous les objets de la collection.

–    Ce n’est pas une vue qui est renvoyée.

2.5 Interface Collection

Résumé des méthodes :

•    boolean add(Object o) ajoute l’élément spécifié à la collection. renvoie true si la collection a été modifiée par l’opération (un Set ne peut contenir 2 fois le même élément).

•    boolean addAll(Collection c) ajoute les éléments de c à la collection.

•    void clear() vide la collection.

•    boolean contains(Object o) teste si la collection contient o

•    boolean containsAll(Collection c) teste si la collection contient la collection c

•    boolean equals(Object o) teste l’égalité de contenu de la collection avec o.

•    int hashCode() renvoie le code de hachage de la collection.

•    boolean isEmpty() teste si la collection est vide.

•    Iterator iterator() renvoie un itérateur sur les éléments de la collection.

•    boolean remove(Object o) enlève une instance de o de la collection.

•    boolean removeAll(Collection c) enlève de la collection tous les éléments de c.

•    boolean retainAll(Collection c) enlève de la collection tous les éléments qui ne sont pas dans c (ne retient que ceux qui sont dans c).

•    int size() renvoie le nombre d’éléments de la collection.

•    Object[] toArray() renvoie un tableau contenant tous les éléments de la collection.

•    Object[] toArray(Object[] a) renvoie un tableau contenant tous les éléments de la collection qui, à l’exécution, sont du type de a.

2.6 Interface Map

Résumé des méthodes :

•    void clear() vide la collection.

•    boolean containsKey(Object key) teste si la table contient une entrée avec la clé spécifiée.

•    boolean containsValue(Object value) teste si la table contient une entrée avec la valeur spécifiée.

•    Set entrySet() renvoie une vue ensembliste de la table.

•    boolean equals(Object o) teste l’égalité de contenu de la table avec o.

•    Object get(Object key) renvoie la valeur de la table correspondant à la clé key.

•    int hashCode() renvoie le code de hachage de la table.

•    boolean isEmpty() teste si la table est vide.

•    Set keySet() renvoie une valeur ensembliste des clés de la table.

•    Object put(Object key, Object value) associe la valeur value à la clé key dans la table. Si une valeur était déja associée, la nouvelle remplace l’ancienne et une référence vers la nouvelle est renvoyée, sinon null est renvoyé. • void putAll(Map t) copie toutes les entrées de t dans la table.

•    Object remove(Object key) enlève l’entrée associée à key de la table. Renvoie une référence sur la valeur retirée ou null si elle n’est pas présente.

•    int size() renvoie le nombre d’entrées (paires clé-valeur) de la table.

•    Collection values() renvoie une vue de type Collection des valeurs de la table.

2.7 Classe Arrays

•    Classe de manipulation de tableaux.

•    Méthode static List asList(Object[] a) renvoie une vue de type List de a.

•    Sinon, 4 groupes de méthodes principales (en tout 54 méthodes) :

–    Dans ce qui suit, Type désigne soit un type primitif, soit Object. Voir la documentation Java des API pour les signatures précises des méthodes.

–    static int binarySearch(Type[] a, Type key) effectuant une recherche de key dans a.

–    static int equals(Type[] a, Type[] b) teste l’égalité élt. à élt. de a et b.

–    static int fill(Type[] a, Type val) affecte tous les éléments de a à val.

–    static int sort(Type[] a) trie a selon un alogrithme quicksort modifié.

2.8 Conteneurs immuables

•    Toutes les méthodes de modification de Collection et Map sont documentées comme optionnelles.

•    On doit les redéfinir, mais le code peut juste lever une UnsupportedException.

•    Si toutes ces méthodes lèvent une telle exception, le conteneur est dit immuable.

•    Dans la classe Collections (et non dans l’interface Collection), constantes (public static final) représentant des collections vides : EMPTY_MAP, de type Map, EMPTY_SET de type Set et EMPTY_LIST de type List.

•    Singletons immuables :

–    static Set singleton(Object o), singleton de type Set,

–    static List singletonList(Object o), singleton de type List,

–    static Map singletonMap(Object key, Object value), singleton de type

Map.

•    Vues immuables d’un conteneur :

–    static Collection unmodifiableCollection(Collection c),

–    static ListunmodifiableList(List list),

–    static MapunmodifiableMap(Map m),

–    static SetunmodifiableSet(Set s), • Vues immuables triées d’un conteneur :

–    static SortedMapunmodifiableSortedMap(SortedMap m), – static SortedSetunmodifiableSortedSet(SortedSet s)

2.9 Concurrence et synchronisation

•    Aux exceptions de Vector et Hashtable près (existant depuis la version 1.0 du langage et conservées pour des raisons de compatibilité), les implantations de Map et de Collection sont non synchronisées.

•    La classe Collections contient des méthodes renvoyant des vues synchronisées :

–    static Collection synchronizedCollection(Collection c),

–    static List synchronizedList(List list),

–    static Map synchronizedMap(Map m),

–    static Set synchronizedSet(Set s). – Et, pour les collections triées :

–    static SortedMap synchronizedSortedMap(SortedMap m), – static SortedSet synchronizedSortedSet(SortedSet s).

2.10 Itération de conteneurs

•    Par le biais de l’interface Iterator.

•    Elle définit des méthodes par lesquelles ont peut énumérer (un à la fois) des éléments d’une collection.

•    Elle spécifie 3 méthodes :

–    boolean hasNext() renvoie true s’il y a encore des éléments dans la collection,

–    Object next() renvoie une référence sur l’instance suivante de la collection,

–    remove() enlève l’élément renvoyé dernièrement par l’itérateur.

•    Ces itérateurs sont à échec rapide (“fail-fast”)

Collection col = new ArrayList(); for (int i = 0; i < 10; i++) (new Integer(i));

Iterator i1 = col.iterator();

.println(());// Affiche 0 Iterator i2 = col.iterator();

.println(());// Affiche 0

                     i1.remove();                                                   // modification via i1

// leve une ConcurrentModificationException .println(());

•    Le code suivant, par contre, s’exécute normalement

Collection col = new ArrayList(); for (int i = 0; i < 10; i++) (new Integer(i));

Iterator i1 = col.iterator();

la même instance de l’itérateur, déjà créé, doit être utilisée ensuite. • Un exemple typique d’itération est la boucle for suivante

static void filter(Collection c) {

for (Iterator i = c.iterator(); i.hasNext();) if (!cond(i.next()))

i.remove();

}

Noter que ce code est polymorphe (il fonctionne pour toute instance de Collection)

2.11 Squelettes d’implantation

•    Des classes abstraites squelettes facilitent l’implantation.

•    Les opérations (méthodes) de modification ne font rien sauf générer une exception de type UnsupportedOperationException.

•    Par ex., pour créer une classe immuable de type Collection, il suffit d’hériter de AbstractCollection et d’implanter Iterator iterator() et int size()

•    Pour définir des conteneurs modifiables, il faut implanter boolean add(Object

o) et la méthode boolean remove(Object o) de l’itérateur renvoyé par Iterator iterator().

•    De la même manière, on dispose des classes AbstractMap, AbstractSet, AbstractList et AbstractSequentialList.

X.3 Conteneurs de type Map

3.1 Conteneurs de type Map

•    Map est une interface qui représente un mécanisme de stockage clé/valeur.

•    Une clé est un nom que l’on utilise pour accéder à une valeur.

•    Il s’agit d’une représentation abstraite d’un tableau associatif.

•    Les couples (clé, valeur) sont des instances de classes implantant l’interface Map.entry.

3.2 Conteneurs de type Map

•    La hiérarchie des classes est la suivante (? : hérite de, 99K : implante) :

LinkedHashMap ? HashMap ? AbstractMap 99K hhMapii

WeakHashTable ? AbstractMap

WeakHashTable ? AbstractMap

TreeMap 99K hhSortedMapii ? hhMapii

•    les classes WeakHaskTable, HashMap, LinkedHashMap etIdentityHashMap utilisent des tables de hachage.

•    TreeMap utilise des arbres rouges-noirs.

3.3 Classe HashMap

•    HashMap est la plus utilisée des Map en pratique.

•    Table de hachage : une représentation d’une clé est utilisée pour déterminer une valeur autant que possible unique, nommée code de hachage (voir ce qui suit pour une brève description du hachage).

•    Le code hachage est alors utilisé comme indice auquel les données associées à la clé sont stockées.

3.4 Classe HashMap

•    Pour utiliser une table de hachage :

–    On fournit un objet utilisé comme clé et des données que l’on souhaite voir liées à cette clé.

–    La clé est hachée.

–    Le code de hachage résultant est utilisé comme indice auquel les données sont stockées dans la table.

•    Les valeurs de codes de hachage sont cachées (encapsulées).

•    Une table de hachage ne peut stocker que des clés qui redéfinissent les méthodes hashCode() et equals() de Object.

3.5 Classe HashMap

•    La méthode hashCode() doit calculer le code de hachage de l’objet et le renvoyer.

•    equals() compare 2 objets.

•    Beaucoup de classes courantes de Java implantent la méthode hashCode().

C’est le cas de String, souvent utilisée comme clé.

3.6 Classe HashMap

• Les constructeurs de HashMap sont :

–    HashMap(), constructeur par défaut, construit une table de hachage vide.

–    HashMap(int capaciteInitiale), construit une table de hachage de taille initiale capaciteInitiale.

–    HashMap(int capaciteInitiale, float tauxCharge), construit une table de hachage de taille initiale capaciteInitiale et de taux de remplissage tauxCharge; ce taux, nécessairement compris entre 0.0 et 1.0, détermine à quel pourcentage de remplissage la table sera re-hachée en une plus grande.

Si tauxCharge n’est pas spécifié, 0.75 est utilisé.

3.7 Classe HashMap

•    Si l’on veut utiliser ses propres classes comme clé de hachage, il faut redéfinir hashCode() et equals() de Object.

•    La valeur (int) renvoyée par hashCode() est ensuite automatiquement réduite par une opération modulo la taille de la table de hachage.

•    Il faut s’assurer que la fonction de hachage utilisée répartit aussi uniformément que possible les valeurs renvoyées entre 0 et capaciteInitiale, la taille initiale de la table.

3.8 Classe HashMap

•    Méthodes de HashMap :

•    Une fonction de hachage est une fonction f : x ? h aisément calculable, qui transforme une très longue entrée x en une sortie h nettement plus courte, (typiquement de 10⁶ bits à 200 bits) et qui a la propriété suivante :

•    (Phach) : Il n’est pas “calculatoirement faisable” de trouver deux entrées différentes x et x⁰ telles que f(x) = f(x⁰).

•    L’expression “l’opération O n’est pas calculatoirement faisable” signifie simplement tous les algorithmes actuellement connus pour réaliser O sont de complexité exponentielle.

3.10 Hachage : autentification

Application à l’autentification de messages :

•    Supposons que Alice veuille envoyer un message à Bob, en signant son message.

•    Les données qu’Alice veut transmettre sont constituées d’un message en clair suivi de ses prénom et nom, en clair, à la fin du message. Nommons x cet ensemble de données.

•    Alice transmet alors x, en clair, suivi de h = f(x) où f est une fonction de hachage.

•    À la réception, Bob applique la fonction de hachage f au texte en clair x et le compare à h.

•    Ainsi, Bob peut vérifier non seulement que le message provient bien d’Alice (que sa signature n’a pas été falsifiée), mais également que son message, en clair, n’a pas été altéré.

•    Par supposition, aucun pirate n’aurait été capable de modifier x sans changer la valeur de h = f(x).

3.11 Hachage : recherche

•    Application à la recherche. Supposons avoir une clé de recherche relativement longue (un entier ou une chaîne de caractères).

•    La sortie de la table de hachage sera un indice d’une table dans laquelle sont rangées les valeurs associées aux différentes clés.

•    Prenons le cas où la clé est une chaîne de caractères x et où la fonction de hachage f choisie la transforme en h = f(x) un indice entre 1 et p (il y a p indices différents dans la table de hachage).

3.12 Hachage : recherche

•    La propriété (Phach) assure que les sorties de f sont quasi-unfiromément distribuées, en un sens probabiliste, dans [1,p].

•    Prenons comme exemple de fonction de hachage simple la fonction modulo un nombre premier.

•    Prenons alors pour p un nombre premier (par exemple 101) et considérons la clé suivante : VERYLONGKEY

3.13 Hachage : recherche

•    On décompose la clé selon la base de son alphabet (ici, il y a 32 signes dans l’alphabet considéré) :

22.32¹⁰ +5.32⁹ +18.32⁸ +25.32⁷ +12.32⁶ +15.32⁵ +14.32⁴ +7.32³ +11.32² +5.32+25

•    La fonction de hachage considérée ne prend pas directement ce nombre pour en faire l’opération modulo 101, sa repésentation machine étant lourde à manier; il s’écrit en effet en binaire par

1011000101100101100101100011110111000111010110010111001

•    Il est bien plus efficace de se servir de la représentation d’un polynôme par l’algorithme de Hörner, où VERYLONGKEY s’écrit, en base 32, de la façon suivante :

(((((((((22.32+5)32+18)32+25)32+12)32+15)32+14)32+7)32+11)32+5)32+25

3.14 Hachage : recherche

• L’algorithme de calcul de la fonction de hachage est alors

public final int hache(String cle, int tailleTable)

{ int valHach = 0;

h = cle.charAt(0); for(int i = 1; i < cle.length(); i++)

valHach = ((valHach*32)+cle.charAt(i)) % tailleTable;

return valHach;

} où cle est une String dans lequel on a stocké la clé.

3.15 Hachage : recherche

•    Pour p == 101 et cle[] valant "VERYLONGKEY", cette fonction de hachage fournit 97.

•    * Le calcul d’un indice à partir d’une clé est rapide, mais rien ne garantit que 2 clés distinctes donneront des indices distincts.

•    On nomme collision d’indice le fait que 2 clés distinctes donnent le même indice.

•    Il faut alors une stratégie de résolution de collision.

3.16 Hachage : recherche

•    Une stratégie simple et efficace est le chaînage séparé. À chaque fois qu’il y a une collision pour l’indice i, les clés sont rangées dans une liste chaînée n^? i, associée à la case d’indice i de la table. Les différents éléments de la liste chaînée peuvent être rangés en ordre alphabétique croissant des clés, pour un accès plus rapide.

•    Cette stratégie est bien adaptée au cas où l’on ne connaît pas, a priori, le nombre d’enregistrements (de paires clés/valeurs) à traiter, ce qui est le cas de la classe HashMap de Java.

3.17 Hachage : recherche

•    En Java, un code de hachage est généré (via la méthode hashCode() définie dans la classe Object. Elle renvoie alors en général une conversion de l’adresse de l’objet en int, bien que ceci ne soit pas une obligation d’implantation du langage.

•    La méthode hashCode() est redéfinie par les types suivants : BitSet, Boolean,

Character, Date, Double, File, Float, Integer, Long, Object et String,

3.18 Hachage : recherche

• Pour String, le code est obtenu de l’une des 2 manières suivantes, selon sa longueur. Soit n la longueur de la suite de caractères et c_i le caractère d’indice i.

– Si n 6 15, le code de hachage est calculé par

en utilisant l’arithmétique des int

3.19 Hachage : recherche

– Si n > 15, le code de hachage est calculé par

m

X     ic_i.k.39

i=0

en utilisant l’arithmétique des int, où  et , ne prenant

(dans la décomposition) que 8 ou 9 caractères de la chaîne.

Pour les implantations des autres types, voir [GJS96].

3.20 Itération d’une HashMap

• L’opération d’itération sur une HashMap est possible (via values()), mais présente 2 inconvénients :

–    (1) L’ordre d’itération est indéterminé.

–    (2) La complexité de l’itération est linéaire en la capacité de la table.

–    Pour un conteneur adapté à l’itération, c’est une fonction linéaire de la taille du conteneur.

3.21 Classe LinkedHashMap

•    Pour corriger les insuffisances en itération de HashMap, le conteneur contient une table de hachage ainsi qu’une liste doublement chaînée de ses éléments.

•    L’itération est ainsi de complexité linéaire en la taille de la table.

•    L’ordre d’itération est celui d’insertion des clés.

•    Il existe un constructeur supplémentaire par rapport à HashMap, public LinkedHashMap(int initialCapacity, float loadFactor, boolean accessOrder) dont le dernier paramètre spécifie le type d’ordre d’accés. Si accessOrder est

égal à false, l’ordre d’accès est celui des clés (valeur par défaut prise dans les autres constructeurs); s’il est égal à true, l’ordre d’itération est l’ordre d’accès des entrées du plus ancien au plus récent.

•    La méthode protégée removeEldestEntry(Map.Entry eldest) renvoie un booléen représentant une condition impliquant la destruction de l’élélement transmis en paramètre.

import .*; public class CacheMap extends LinkedHashMap {

int maxSize;

// Construit un cache de taille maxSize de taille initiale // vide avec une capacite de 16 et un facteur de charge de 75% public CacheMap(int maxSize) { super(16, 0.75f, true); // true pour choisir l’ordre d’acces this.maxSize = maxSize;

}

// Determine si "le plus ancien elt" doit etre jete protected boolean removeEldestEntry(Map.Entry eldest) { return (size() > maxSize);

}

public static void main(String args[]) {

ChacheMap map = new CacheMap(3); // cache de taille 3 ("1", "un"); ("1"); ("2", "deux"); ("3", "trois"); ("4", "quatre"); Set entrySet = map.entrySet(); // Iteration sur le conteneur

for (Iterator it = entrySet.iterator(); it.hasNext(); )

.println(() + " "); }

•    Les clés ne sont pas comparées avec equals() mais par égalité des références

(==).

•    on utilise System.identityHashCode() qui utilise les références et non hashCode().

•    On donne au constructeur la taille maximale de la table (et non la capacité et le facteur de charge). La taille est augmentée si besoin est.

•    Utilisée en sérialisation, où l’environnement d’exécution associe un identificateur à chaque référence. Lorsqu’on rencontre une référence déjà prise en compte, on utilise son identificateur pour la représenter.

3.22 Classe WeakHashMap

•    Se comporte comme HashMap, mais les clés sont des références faibles.

•    Les clés qui ne sont référencées que par la table sont susceptibles d’être détruites par le ramasse-miettes pour libérer de la mémoire.

3.23 Interface SortedMap

•    Implantation de Map dans laquelle les entrées peuvent être ordonnées suivant les clés.

•    Il faut fournir 2 constructeurs suplémentaires :

–    l’un avec un paramètre de type SortedMap, réalisant une copie de la table fournie, avec le même ordre.

–    l’autre avec un paramètre de type Comprarator fixant l’ordre.

3.24 Interface SortedMap

• Méthodes supplémentaires de SortedMap

–    Comparator comparator() renvoie le comparateur associé à la table triée, ou null s’il utilise l’ordre naturel des clés.

–    Object firstKey() renvoie la plus petite clé de la table triée.

–    SortedMap headMap(Object toKey) renvoie une vue de la partie de la table triée dont les clés sont strictement plus petites que toKey.

3.25 Interface SortedMap

–    Object lastKey() renvoie la plus grande clé de la table triée.

–    SortedMap subMap(Object fromKey, Object toKey) renvoie une vue de la partie de la table triée dont les clés sont comprises strictement entre fromKey et toKey.

–    SortedMap tailMap(Object fromKey) renvoie une vue de la partie de la table triée dont les clés sont strictement plus grandes que fromKey.

3.26 Classe TreeMap

•    Implante l’interface SortedMap.

•    structure de données sous-jacente : arbres rouges-noirs.

•    Les clés sont constamment ordonnées en ordre croissant, selon l’ordre naturel des clés, ou selon un objet de comparaison fourni à la création, selon le constructeur utilisé.

•    Temps d’accès en insertion, recherche, suppression (containsKey(), get( ), put( ) et remove( )) en O(logn) où n est la taille du conteneur.

X.4               Conteneurs de type Collection et Listes

4.1 Conteneurs de type Collection

Conventions :

–    indentation : héritage,

–    «interface»,

–    [[classe abstraite]]

<<Collection>>

<<List>>

[[AbstractCollection]] (implements Collection) [[AbstractList]] (implements List) [[AbstractSequentialList]]

LinkedList (implements List)

ArrayList (implements List, RandomAccess)

[[AbstractSet]] (implements Set)

HashSet (implements Set)

LinkedHashSet (implements Set)

TreeSet (implements SortedSet)

4.2 Interface List

–    Interface pour les classes de type listes et ensemble.

–    void add(int index, Object element) insère element à la position spécifiée dans la liste.

–    boolean addAll(Collection c) ajoute tous les élts. de c à la fin de la liste.

–    boolean addAll(int index, Collection c) ajoute tous les élts. de c à la position spécifiée dans la liste.

–    void clear() vide la liste.

–    boolean containsAll(Collection c) teste si la liste contient tous les élts. de c.

–    Object get(int index) renvoie l’élt. situé à la position spécifiée dans la liste.

–    int hashCode() renvoie le code de hachage de cette liste.

–    int indexOf(Object o) renvoie l’indice de la 1ère occurrence de o dans la liste.

–    boolean isEmpty() test si la liste est vide.

–    int lastIndexOf(Object o) renvoie l’indice de la dernière occurrence de o dans la liste.

–    ListIterator listIterator() renvoie un listIterator des élts. de cette liste. Returns a list iterator of the elements in this list (in proper sequence).

–    ListIterator listIterator(int index) renvoie un listIterator des élts.

de cette liste à partir de index.

–    Object remove(int index) enlève l’élt. spécifié de la liste.

–    boolean removeAll(Collection c) enlève de la liste tous les élts. de c.

–    boolean retainAll(Collection c) ne garde dans la liste que les élts. de c.

–    Object set(int index, Object element) remplace l’élt. de la liste à la position index par element.

–    int size() renvoie le nombre d’élts. de la liste.

–    List subList(int fromIndex, int toIndex) renvoie une vue de la portion de liste comprise entre fromIndex inclus et toIndex, exclus.

–    Object[] toArray() renvoie un tableau des élts. de la liste.

–    Object[] toArray(Object[] a) renvoie un tableau des élts. de la liste. Le type du tableau renvoyé est le type de a à l’exécution.

4.3 Itération des listes

– Itérateur spécialisé des listes : interface ListIterator; Méthodes supplémentaires par rapport à Iterator.

4.4 Ensembles

–    Sous-type de Collection ne pouvant contenir 2 élts. identiques.

–    Ensembles implantent Set, ensembles ordonnés implantent SortedSet.

–    Mêmes méthodes que Collection, sémantique modifiée : pas 2 élts identiques au sens d’equals().

–    Classe abstraite AbstractSet admet 3 sous-classes concrètes : HashSet, LinkedHashSet, TreeSet.

4.5 Classe HashSet

–    Contient une table de hachage.

–    Pas de gestion de relation d’ordre sur les éléments.

–    iterator() renvoie les éléments dans un ordre quelconque.

–    Opérations d’ajout, retrait et recherche prennent un temps constant.

–    Constructeur avec capacité at taux de charge.

4.6 Classe LinkedHashSet

–    Hérite de HashSet.

–    Contient une LinkedHashMap pour stocker les e?éments.

–    Permet de maintenir un ordre entre les e?éments.

–    Cet ordre est nécessairement celui d’insertion dans l’ensemble.

4.7 Classe TreeSet

–     Contient un TreeMap (arbre rouge-noir) pour stocker les éléments.

–     Implante l’interface SortedSet.

–     Les clés sont constamment ordonnées en ordre croissant.

–     Temps d’accès en insertion, recherche, suppression (containsKey(), get( ), put( ) et remove( )) en O(logn) où n est la taille du conteneur. – Méthodes supplémentaires de l’interface SortedSet :

4.8 Suites

–    Suites à accès direct (dans n’importe quel ordre) : implantent RandomAccess.

–    Suites à accès séquentiel (pour accéder à i+1, accéder à i d’abord) : héritent de AbstractSequentialList.

–    Suites à accès direct : ArrayList.

–    Suites à accès séquentiel : LinkedList.

4.9 Suites à accès direct

–    Un telle suite possède une capacité initiale.

–    S’il ne reste plus de place, il faut augmenter la taille de la liste, opération en O(n).

–    L’insertion a donc une complexité au pire de O(n).

–    En augmentant la taille astucieusement, on assure que la complexité de i insertions est en O(i).

–    Le calcul de la taille, l’accès à un élément et l’affectation à une position donnée a une complexité en O(1) – La suppression est en O(n).

4.10 Classe ArrayList

•    ArrayList est, grossièrement parlant, un tableau à longueur variable de références à des objets.

•    ArrayList n’est pas synchronisée par défaut. Si l’on désire avoir un tableau à longueur variable synchronisé, utiliser

static Collection synchronizedCollection(Collection c) de la classe Collections.

•    On dispose de 3 constructeurs :

– ArrayList() créé une liste de taille initiale 10 références.

– ArrayList(int size) créé une liste de taille initiale size références.

– ArrayList(Collection c) créé une liste avec les élts de c. La capacité initiale de la liste est de 110% celle de c. Les différentes méthodes sont :

methode()                                                   But

void add(int index, Object element) L’objet spécifié par element est ajouté à l’endroit spécifié de la liste.

4.11 Classe ArrayList

Exemple :

import .ArrayList; import .Iterator; class DemoArrayList { public static void main(String args[]) {

// Taille initiale de 3

ArrayList l = new ArrayList(3);

.println("Taille initiale : " + l.size());

l.add(new Integer(1));

l.add(new Integer(2));

l.add(new Integer(3));

l.add(new Integer(4));

l.add(new Double(18.23));

l.add(new Integer(5));

.println("1er element : " +

(Integer)l.get(0)); .println("Dernier element : " +

(Integer)l.get(l.size()-1));

if (l.contains(new Integer(3)))

.println("l contient l’entier 3");

// Listons les elements de la liste

ListIterator it = l.listIterator();

.println("\n Elements dans la liste : "); while (it.hasNext())

.print(() + " ");

.println();

}

}

La sortie écran du programme est :

Taille initiale : 3

1er element : 1 Dernier element : 5 l contient l’entier 3

Elements dans la liste : 1 2 3 4 18.23 5

4.12 Suites à accès séquentiel

–     Classe LinkedList, de structure sous-jacente une liste doublement chaînée.

–     Ajout/suppression en début de liste en temps constant (O(1)).

–     Insertion/suppression d’un élt. juste après un élt. donné (par ex. par un itérateur) en temps constant. – Accès à l’élt. i en O(i).

4.13 Classe LinkedList

Méthodes supplémentaires de LinkedList

4.14 Classe Stack

•    Stack implante une pile (file LIFO, Last In/First Out) standard.

•    Stack est une sous classe de Vector. Elle hérite donc de toutes les méthodes de Vector, et en définit cetraines qui lui sont propres.

•    ?Stack n’est pas une pile au sens puriste du terme

•    Il est toutefois utile d’avoir accès aux méthodes de Vector.

•    Un seul constructeur, sans arguments, qui créé une pile vide.

4.15 Classe Stack

•    Méthodes propres de Stack :

int search(Object element) Cherche element dans la pile. S’il est trouvé, son offset par rapport au dessus de la pile est renvoyé. Sinon, -1 est renvoyé.

•    Une EmptyStackException est jetée si l’on appelle pop() lorsque la pile est vide.

4.16 ((Interface Enumeration))

•    Elle définit des méthodes par lesquelles ont peut énumérer (un à la fois) des éléments d’un Vector ou d’une Hashtable.

•    L’utilisation de cette interface est dépréciée. Il est recommandé d’utiliser Iterator à la place.

•    Elle spécifie 2 méthodes :

– boolean hasMoreElements()

– Object nextElement() la 1^ièredoit renvoyer true tant qu’il y a encore des éléments dans la collection, et la 2^ièmerenvoie une référence sur l’instance suivante de la collection.

4.17 ((Classe Vector))

•    Vector est, grossièrement parlant, un tableau à longueur variable de références à des objets.

•    L’utilisation de cette classe est dépréciée. Il est recommandé d’utiliser

ArrayList à la place.

•    La classe ArrayList n’est pas synchronisée par défaut. Si l’on désire avoir un tableau à longueur variable synchronisé, utiliser la méthode static Collection synchronizedCollection(Collection c) de la classe Collections.

4.18 ((Classe Dictionary))

•    Dictionary est une classe abstraite qui représente un mécanisme de stockage clé/valeur.

•    L’utilisation de cette classe est dépréciée. Il est recommandé d’utiliser la classe AbstractMap à la place.

4.19 Classe Hashtable

•    Hashtable est une implantation concrète de Dictionary, qui peut être utilisée pour stocké des Objects référencés par d’autres Objects.

•    L’utilisation de cette classe est dépréciée. Il est recommandé d’utiliser HashMap à la place.

4.20 ((Classe Properties))

•    Une liste de propriétés est une sous-classe de Hashtable (classe dépréciée ) où la clé est une String.

•    Pratique lorsque l’on veut une micro base de données.

•    Utilisé par d’autres classes Java (par ex. type renvoyé par System.getProperties() qui donne les variables d’environnement).

•    Un champ est défini protected Properties defaults; qui contient une liste de propriétés par défaut.

•    Constructeurs :

–    Properties(), créé un objet sans liste par défaut.

–    Properties(Properties defaultProp), créé un objet avec defaultProp comme liste par défaut.

Dans les 2 cas, la liste des propriétés est vide.

•    Liste des méthodes propres de Properties

•    Dans la lecture par load() :

–    Les lignes commençant par un # ou un! sont traitées comme des commentaires (elles ne sont pas lues).

–    Les séparateurs clé-valeur sont : =, : ou un espace.

–    Chaque paire clé-valeur doit tenir sur une ligne, sauf si l’on place un \ en fin de ligne, auquel cas l’entrée peut se poursuivre à la ligne suivante. – Tous les caractères blancs en début de ligne sont éliminés.

•    Dans l’écriture par save() :

–    Aucun élément de la table par défaut n’est écrit.

–    Si l’argulent description n’est pas nul, il est écrit, précédé en début de ligne par un #. Il sert donc de commentaire identificateur.

–    Ensuite, un commentaire est toujours écrit, constitué d’un #, suivi de la date et de l’heure et d’un passage à la ligne.

–    Puis, chaque paire de la table est écrite, une par ligne. La clé est d’abord écrite, suivi d’un =, suivi de la valeur.

Exemple d’utilisation de la liste par défaut :

import .Dictionary; import .Hashtable; import .Properties; import .Enumeration;

class PropDemoDef {

public static void main(String args[]) { Properties defList = new Properties(); ("Florida", "Tallahassee"); ("Wisconsin", "Madison");

Properties capitals = new Properties(defList);

Enumeration states; String str;

("Illinois", "Springfield"); ("Missouri", "Jefferson City"); ("Washington", "Olympia"); ("California", "Sacramento"); ("Indiana", "Indianapolis");

// Montrer tous les etats et capitales de la table.

states = (); while(states.hasMoreElements()) {

str = (String) states.nextElement();

.println("The capital of " + str + " is " +

capitals.getProperty(str)

+ ".");

}

.println();

// La Floride va etre trouvee dans la liste par defaut.

str = capitals.getProperty("Florida");

.println("The capital of Florida is "

+ str + ".");

}

}

Exemple d’une base de données simpliste de numéros de téléphone.

import .*; import .*;

class Phonebook {

public static void main(String args[])

throws IOException {

// Base de donnees : name et number

Properties ht = new Properties(); String       name, number;

// Autres variables

BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader());

            String                           finName;

FileInputStream fin = null;

           boolean                           changed = false;

if (args.length > 1) finName = new String(args[1]);

else finName = new String("");

// Essai d’ouverture de try {

fin = new FileInputStream(finName);

} catch(FileNotFoundException e) {

// ignore missing file

}

// Si le fichier des nos de telephone existe, // charger les nos. existants. try {

if(fin != null) { (fin); fin.close();

}

} catch(IOException e) {

.println("Erreur de lecture de " + finName);

}

// L’utilisateur entre les nouveaux noms et numeros. do {

.println("Entrez un nouveau nom " +

"(’quit’ pour sortir) : ");

name = br.readLine(); if(name.equals("quit")) continue;

.println("Entrez le numero : "); number = br.readLine();

(name, number); changed = true;

} while(!name.equals("quit"));

// Si l’agenda telephoneique a change, le sauvegarder. if(changed) {

FileOutputStream fout = new FileOutputStream(finName); (fout, "Agenda telephonique"); fout.close();

}

// Charger des numeros en donnant un nom.

do {

.println("Entrez le nom a trouver " +

"(’quit’ pour sortir) : ");

name = br.readLine(); if(name.equals("quit")) continue; number = (String) (name); .println(number);

} while(!name.equals("quit"));

}

}

4.21 Exemples : formes d’itération

// For a set or list

for(Iterator it=collection.iterator(); it.hasNext(); ) { Object element = (); }

// For keys of a map

for(Iterator it=map.keySet().iterator(); it.hasNext(); ) { Object key = (); }

// For values of a map

for(Iterator it=map.values().iterator(); it.hasNext(); ) { Object value = (); }

// For both the keys and values of a map

for(Iterator it=map.entrySet().iterator(); it.hasNext(); ) {

Map.Entry entry = (Map.Entry)();

Object key = entry.getKey();

Object value = entry.getValue(); }

4.22 Exemple : utilisation d’une pile

LinkedList stack = new LinkedList();

// Push on top of stack stack.addFirst(object);

// Pop off top of stack

Object o = stack.getFirst();

// If the queue is to be used by multiple threads,

// the queue must be wrapped with code to synchronize the methods stack = (LinkedList)Collections.synchronizedList(stack);

4.23 Exemple : création d’une table de hachage

// Create a hash table

Map map = new HashMap();             // hash table map = new TreeMap();       // sorted map

// Add key/value pairs to the map ("a", new Integer(1)); ("b", new Integer(2)); ("c", new Integer(3));

// Get number of entries in map int size = ();            // 2

// Adding an entry whose key exists in the map causes

// the new value to replace the old value

Object oldValue = ("a", new Integer(9)); // 1

// Remove an entry from the map and // return the value of the removed entry oldValue = map.remove("c"); // 3

4.24 Exemple : itération de la table de hachage

// Iterate over the keys in the map Iterator it = map.keySet().iterator(); while (it.hasNext()) {

// Get key

Object key = ();

}

// Iterate over the values in the map it = map.values().iterator(); while (it.hasNext()) {

// Get value

Object value = ();

}

Bibliographie

139

un sujet ultra-classique.

Index

Conteneurs abstraits, 115

Champ d’une classe java, 61

Conteneurs immuables, 113

Classes

Conteneurs synchronisés, 114

.AbstractCollection, 115

Itération de conteneur, 114

141

Interface, 81                                                      Séquences d’échappement, 26

Interfaces        static, 75 .Collection, 112         super, 69 .Comparable, 110      switch, 35

.Comparator, 110

.Iterator, 114         ^Tableaux,29 , 125 ^this,66 , 112        Types primitifs, 28

.RandomAccess, 127

, 126

.SortedMap, 123

.SortedSet, 126

Méthode

Méthode abstraite, 77 Méthode java, 62 main, 63

Redéfinition de méthode, 72

Répartition de méthode dynamique,

74

Surcharge de méthode, 71

Modificateurs modificateurs de visibilité, 79

Mots clés, 27

new, 64

Objet

Instance d’objet Java, 65

Référence à un objet, 64

Variable d’instance d’objet Java,

65

Opérateurs

Opérateurs arithmétiques, 30

Opérateurs booléens logiques, 32

Opérateurs entiers sur les bits, 31

Opérateurs relationnels, 32

Priorité des opérateurs, 33 Paquetage, 77

return, 37

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