Pensez Java 2e Éd.

Le but de ce livre est de vous apprendre à penser comme un informaticien.Cette façon de penser combine certaines des meilleures caractéristiques des mathématiques, de l’ingénierie et des sciences naturelles.Comme les mathématiciens, les informaticiens utilisent des langages formels pour désigner des idées, en particulier des calculs.Comme les ingénieurs, ils conçoivent des choses, assemblent des composants dans des systèmes et évaluent les compromis entre les alternatives.Et comme les scientifiques, ils observent le comportement de systèmes complexes, formulent des hypothèses et testent des prédictions.

Une compétence importante pour un informaticien est le problème solving.It implique la capacité de formuler des problèmes, de penser de manière créative à des solutions et d’exprimer des solutions clairement et accurately.As il s’avère que le processus d’apprentissage de la programmation informatique est une excellente occasion de développer des compétences en résolution de problèmes.D’un côté, vous apprendrez à écrire des programmes Java, une compétence utile en soi.Mais à un autre niveau, vous utiliserez la programmation comme un moyen de end.As nous allons de l’avant, cette fin deviendra plus claire.

1.1 Qu’est-ce qu’un Ordinateur?

Lorsque les gens entendent le mot ordinateur, ils pensent souvent à un ordinateur de bureau ou à un ordinateur portable.Sans surprise, la recherche de “ordinateur” sur Google Images (https://images.google.com/) affiche les lignes et les lignes de ces types de machines.Cependant, dans un sens plus général, un ordinateur peut être tout type d’appareil qui stocke et traite des données.

Dictionary.com définit un ordinateur comme “un dispositif électronique programmable conçu pour accepter des données, effectuer des opérations mathématiques et logiques prescrites à grande vitesse et afficher les résultats de ces opérations.Les ordinateurs centraux, les ordinateurs de bureau et portables, les tablettes et les smartphones font partie des différents types d’ordinateurs.”

Chaque type d’ordinateur a sa propre conception unique, mais en interne, ils partagent tous le même type de matériel.Les deux composants matériels les plus importants sont les processeurs (ou PROCESSEURS) qui effectuent des calculs simples et la mémoire (ou RAM) qui stocke temporairement des informations.La figure 1.1 montre à quoi ressemblent ces composants.

Figure 1.1: Exemple de matériel de processeur et de mémoire.

Les utilisateurs voient et interagissent généralement avec les écrans tactiles, les claviers et les moniteurs, mais ce sont les processeurs et la mémoire qui effectuent le calcul réel.De nos jours, il est assez standard, même pour un smartphone, d’avoir au moins huit processeurs et quatre gigaoctets (quatre milliards de cellules) de mémoire.

1.2 Qu’Est-Ce Que La Programmation ?

Un programme est une séquence d’instructions qui spécifie comment effectuer un calcul sur du matériel informatique.Le calcul peut être quelque chose de mathématique, comme résoudre un système d’équations ou trouver les racines d’un polynôme.Il peut également s’agir d’un calcul symbolique, comme rechercher et remplacer du texte dans un document ou (curieusement) compiler un programme.

Les détails sont différents dans différentes langues, mais quelques instructions de base apparaissent dans à peu près toutes les langues:

entrée: Obtenez des données à partir du clavier, d’un fichier, d’un capteur ou d’un autre appareil. sortie : Affiche les données à l’écran ou envoie les données à un fichier ou à un autre appareil. mathématiques: Effectuez des opérations mathématiques de base comme l’addition et la division. décision: Vérifiez certaines conditions et exécutez le code approprié. répétition: Effectuez une action à plusieurs reprises, généralement avec une certaine variation.

Croyez-le ou non, c’est à peu près tout ce qu’il y a à faire.Chaque programme que vous avez utilisé, aussi compliqué soit-il, est composé de petites instructions qui ressemblent beaucoup à these.So vous pouvez considérer la programmation comme le processus de décomposition d’une tâche importante et complexe en sous-tâches de plus en plus petites.Le processus se poursuit jusqu’à ce que les sous-tâches soient suffisamment simples pour être réalisées avec les circuits électroniques fournis par le matériel.

1.3 Le programme Hello World

Traditionnellement, le premier programme que vous écrivez lors de l’apprentissage d’un nouveau langage de programmation s’appelle le programme “Hello World”.Tout ce qu’il fait est de sortir les mots Bonjour, Monde! à la screen.In Java, cela ressemble à ceci:

Lorsque ce programme s’exécute, il affiche ce qui suit:

Bonjour, Monde!

Notez que la sortie n’inclut pas les guillemets.

Les programmes Java sont constitués de définitions de classes et de méthodes, et les méthodes sont constituées d’instructions.Une instruction est une ligne de code qui effectue une action de base.Dans le programme Hello World, cette ligne est une instruction d’impression qui affiche un message à l’utilisateur:

Système.hors.println (“Bonjour, monde!”);

System.out.println affiche les résultats à l’écran ; le nom println signifie “ligne d’impression”.De manière confuse, imprimer peut signifier à la fois “afficher à l’écran” et “envoyer à l’imprimante”.Dans ce livre, nous allons essayer de dire “afficher” lorsque nous entendons la sortie à l’écran.Comme la plupart des instructions, l’instruction print se termine par un point-virgule (;).

Java est “sensible à la casse”, ce qui signifie que les majuscules et les minuscules ne sont pas les mêmes.Dans le programme Hello World, System doit commencer par une lettre majuscule; system et SYSTEM ne fonctionneront pas.

Une méthode est une séquence nommée d’instructions.Ce programme définit une méthode nommée main:

principal vide statique public (arguments de chaîne)

Le nom et le format de main sont spéciaux: lorsque le programme s’exécute, il commence à la première instruction de main et se termine à la fin de la dernière instruction.Plus tard, vous verrez des programmes qui définissent plus d’une méthode.

Ce programme définit une classe nommée Hello.Pour l’instant, une classe est un ensemble de méthodes; nous en dirons plus à ce sujet plus tard.Vous pouvez donner à une classe le nom de votre choix, mais il est conventionnel de commencer par une majuscule.Le nom de la classe doit correspondre au nom du fichier dans lequel elle se trouve, donc cette classe doit être dans un fichier nommé Hello.Java.

Java utilise des accolades ({ et }) pour regrouper des éléments together.In Bonjour.java, les accolades les plus externes contiennent la définition de la classe et les accolades internes contiennent la définition de la méthode.

La ligne qui commence par deux barres obliques (//) est un commentaire, qui est un peu de texte anglais qui explique le code.Lorsque Java voit //, il ignore tout de là jusqu’à la fin de la ligne.Les commentaires n’ont aucun effet sur l’exécution du programme, mais ils permettent aux autres programmeurs (et à votre futur moi) de comprendre plus facilement ce que vous vouliez faire.

1.4 Compilation de programmes Java

Le langage de programmation que vous apprendrez dans ce livre est Java, qui est un langage de haut niveau.D’autres langages de haut niveau dont vous avez peut-être entendu parler incluent Python, C et C++, PHP, Ruby et JavaScript.

Avant de pouvoir s’exécuter, les programmes dans des langages de haut niveau doivent être traduits dans un langage de bas niveau, également appelé “langage machine”.Cette traduction prend un certain temps, ce qui est un petit inconvénient des langues de haut niveau.Mais les langues de haut niveau présentent deux avantages majeurs:

• Il est beaucoup plus facile de programmer dans un langage de haut niveau.Les programmes prennent moins de temps à écrire, ils sont plus courts et plus faciles à lire, et ils sont plus susceptibles d’être corrects.
• Les langages de haut niveau sont portables, ce qui signifie qu’ils peuvent fonctionner sur différents types d’ordinateurs avec peu ou pas de modifications.Les programmes de bas niveau ne peuvent fonctionner que sur un seul type d’ordinateur.

Deux types de programmes traduisent des langues de haut niveau en langues de bas niveau : les interprètes et compilers.An l’interpréteur lit un programme de haut niveau et l’exécute, ce qui signifie qu’il fait ce que le programme says.It traite le programme un peu à la fois, en lisant alternativement des lignes et en effectuant des calculs.La figure 1.2 montre la structure d’un interprète.

Figure 1.2 : Comment les langages interprétés sont exécutés.

En revanche, un compilateur lit l’ensemble du programme et le traduit complètement avant que le programme ne commence à s’exécuter.Le programme de haut niveau s’appelle le code source.Le programme traduit est appelé code objet ou exécutable.Une fois qu’un programme est compilé, vous pouvez l’exécuter à plusieurs reprises sans autre traduction de la source code.As en conséquence, les programmes compilés s’exécutent souvent plus rapidement que les programmes interprétés.

Notez que le code objet, en tant que langage de bas niveau, n’est pas portable.Vous ne pouvez pas exécuter un exécutable compilé pour un ordinateur portable Windows sur un téléphone Android, car example.To exécutez un programme sur différents types de machines, il doit être compilé plusieurs fois times.It il peut être difficile d’écrire du code source qui se compile et s’exécute correctement sur différents types de machines.

Pour résoudre ce problème, Java est à la fois compilé et interprété.Au lieu de traduire le code source directement dans un exécutable, le compilateur Java génère du code pour une machine virtuelle.Cette machine “imaginaire” possède les fonctionnalités communes aux ordinateurs de bureau, ordinateurs portables, tablettes, téléphones, etc.Son langage, appelé code d’octets Java, ressemble à du code objet et est facile et rapide à interpréter.

Par conséquent, il est possible de compiler un programme Java sur une machine, de transférer le code d’octets sur une autre machine et d’exécuter le code d’octets sur cette autre machine.La figure 1.3 montre les étapes du processus de développement.Le compilateur Java est un programme nommé javac.It traduit.fichiers java dans.fichiers de classe qui stockent le code d’octet résultant.L’interpréteur Java est un autre programme, nommé java, qui est l’abréviation de “Machine virtuelle Java” (JVM).

Figure 1.3: Le processus de compilation et d’exécution d’un programme Java.

Le programmeur écrit le code source dans le fichier Hello.java et utilise javac pour le compiler.S’il n’y a pas d’erreur, le compilateur enregistre le code d’octets dans le fichier Hello.class.To exécutez le programme, le programmeur utilise java pour interpréter le code d’octets.Le résultat du programme est alors affiché à l’écran.

Bien que cela puisse sembler compliqué, ces étapes sont automatisées pour vous dans la plupart des environnements de développement.Habituellement, il vous suffit d’appuyer sur un bouton ou de taper une seule commande pour compiler et interpréter votre programme.D’un autre côté, il est important de savoir quelles étapes se passent en arrière-plan, donc si quelque chose ne va pas, vous pouvez comprendre de quoi il s’agit.

1.5 Affichage de deux Messages

Vous pouvez mettre autant d’instructions que vous le souhaitez dans la méthode main.Par exemple, pour afficher plus d’une ligne de sortie :

Comme le montre également cet exemple, vous pouvez mettre des commentaires à la fin d’une ligne ainsi que sur des lignes toutes seules.

Les phrases qui apparaissent entre guillemets sont appelées chaînes, car elles contiennent une séquence de caractères enchaînés en mémoire.Les caractères peuvent être des lettres, des chiffres, des signes de ponctuation, des symboles, des espaces, des onglets, etc.

System.out.println ajoute un caractère spécial, appelé une nouvelle ligne, qui se déplace au début de la ligne suivante.Si vous ne voulez pas de nouvelle ligne à la fin, vous pouvez utiliser print au lieu de println:

Dans cet exemple, la première instruction n’ajoute pas de nouvelle ligne, donc la sortie apparaît sur une seule ligne:

Au revoir, monde cruel

Notez qu’il y a un espace à la fin de la première chaîne, qui apparaît dans la sortie juste avant le mot cruel.

1.6 Mise en forme du Code source

Dans le code source Java, certains espaces sont requis.Par exemple, vous avez besoin d’au moins un espace entre les mots, ce programme n’est donc pas légal:

Il est possible d’utiliser des arguments de type chaîne de caractères.hors.print(“Au revoir”); Système.hors.println (“monde cruel”); }}

Mais la plupart des autres espaces sont facultatifs.Par exemple, ce programme est légal:

Les sauts de ligne sont facultatifs, too.So nous pourrions simplement écrire ceci:

Cela fonctionne toujours, mais le programme devient de plus en plus difficile à lire.Les retours à la ligne et les espaces sont importants pour organiser visuellement votre programme, ce qui facilite la compréhension du programme et la détection des erreurs lorsqu’elles se produisent.

De nombreux éditeurs formateront automatiquement le code source avec des retraits et des sauts de ligne cohérents.Par exemple, dans DrJava (voir Annexe A.1), vous pouvez indenter votre code en sélectionnant tout le texte (Ctrl + A) et en appuyant sur la touche Tab.

Les organisations qui développent beaucoup de logiciels ont généralement des directives strictes sur la façon de formater le code source.Par exemple, Google publie ses normes de codage Java pour une utilisation dans des projets open source : https://google.github.io/styleguide/javaguide.html.

Vous ne comprendrez probablement pas ces directives maintenant, car elles font référence à des fonctionnalités linguistiques que vous n’avez pas encore vues.Mais vous voudrez peut-être vous y référer périodiquement lorsque vous lisez ce livre.

1.7 En utilisant des séquences d’échappement

, il est possible d’afficher plusieurs lignes de sortie avec une seule ligne de code.Il vous suffit de dire à Java où placer les sauts de ligne:

La sortie est de deux lignes, chacune se terminant par un caractère de saut de ligne:

Bonjour!Comment ça va ?

Chaque \n est une séquence d’échappement, ou deux caractères du code source qui représentent un seul caractère.(La barre oblique inverse vous permet d’échapper à la chaîne pour écrire des caractères spéciaux.) Notez qu’il n’y a pas d’espace entre \n et How.Si vous y ajoutez un espace, il y aura un espace au début de la deuxième ligne.

\n	nouvelle ligne
\t	onglet
\"	devis double
\	barre oblique inverse

Tableau 1.1 : Séquences d’échappement courantes

Java a un total de huit séquences d’échappement, et les quatre plus couramment utilisées sont répertoriées dans le tableau 1.1.Par exemple, pour écrire des guillemets à l’intérieur des chaînes, vous devez les échapper avec une barre oblique inverse:

Système.hors.println (“Elle a dit \” Bonjour!\ ” pour moi.”);

Le résultat est le suivant:

Elle a dit “Bonjour!” pour moi.

1.8 Qu’Est-Ce Que L’Informatique ?

Ce livre omet intentionnellement certains détails sur le langage Java (comme les autres séquences d’échappement), car notre objectif principal est de vous apprendre à penser comme un informaticien.Être capable de comprendre le calcul est beaucoup plus précieux que d’apprendre à écrire du code.

Si vous souhaitez en savoir plus sur Java lui-même, Oracle maintient un ensemble officiel de tutoriels sur son site Web (https://thinkjava.org/tutorial).Le tutoriel “Bases du langage”, qui se trouve sous “Apprendre le langage Java”, est un bon point de départ.

L’un des aspects les plus intéressants de l’écriture de programmes consiste à décider comment résoudre un problème particulier, en particulier lorsqu’il existe plusieurs solutions.Par exemple, il existe de nombreuses façons de trier une liste de nombres, et chaque façon a son advantages.In afin de déterminer quelle voie convient le mieux à une situation donnée, nous avons besoin de techniques pour décrire et analyser les solutions de manière formelle.

Un algorithme est une séquence d’étapes qui spécifie comment résoudre un problème.Certains algorithmes sont plus rapides que d’autres et certains utilisent moins d’espace dans la mémoire de l’ordinateur.L’informatique est la science des algorithmes, y compris leur découverte et analysis.As vous apprendrez à développer des algorithmes pour des problèmes que vous n’avez pas résolus auparavant, vous apprendrez à penser comme un informaticien.

Concevoir des algorithmes et écrire du code est difficile et sujet aux erreurs.Pour des raisons historiques, les erreurs de programmation sont appelées bogues, et le processus de les traquer et de les corriger est appelé debugging.As vous apprenez à déboguer vos programmes, vous développerez de nouvelles compétences en résolution de problèmes.Vous devrez penser de manière créative lorsque des erreurs inattendues se produisent.

Bien que cela puisse être frustrant, le débogage est une partie intellectuellement riche, stimulante et intéressante de l’ordinateur science.In d’une certaine manière, le débogage est comme un travail de détective.Vous êtes confronté à des indices et vous devez déduire les processus et les événements qui ont conduit aux résultats que vous voyez.Réfléchir à la façon de corriger les programmes et d’améliorer leurs performances conduit même parfois à la découverte de nouveaux algorithmes.

1.9 Programmes de débogage

C’est une bonne idée de lire ce livre devant un ordinateur afin de pouvoir essayer les exemples au fur et à mesure.Vous pouvez exécuter de nombreux exemples directement dans le volet Interactions de DrJava (voir Annexe A.2).Mais si vous mettez le code dans un fichier source, il sera plus facile d’essayer des variantes.

Chaque fois que vous expérimentez une nouvelle fonctionnalité, vous devriez également essayer de faire des erreurs.Par exemple, dans le programme Hello World, que se passe-t-il si vous omettez l’un des guillemets?Et si vous omettez les deux?Et si vous épelez println mal?Ce genre d’expériences vous aide à vous souvenir de ce que vous lisez.Ils aident également au débogage, car vous apprenez quels sont les messages d’erreur mean.It est préférable de faire des erreurs maintenant et exprès que plus tard et accidentellement.

Le débogage est comme une science expérimentale: une fois que vous avez une idée de ce qui ne va pas, vous modifiez votre programme et réessayez.Si votre hypothèse était correcte, vous pouvez prédire le résultat de la modification et vous vous rapprochez d’un programme fonctionnel.Si votre hypothèse était fausse, vous devez en trouver une nouvelle.

La programmation et le débogage doivent aller de pair.N’écrivez pas simplement un tas de code, puis effectuez un débogage d’essais et d’erreurs jusqu’à ce que tout fonctionne.Au lieu de cela, commencez par un programme qui fait quelque chose et apportez de petites modifications, en les déboguant au fur et à mesure, jusqu’à ce que le programme fasse ce que vous voulez.De cette façon, vous aurez toujours un programme de travail et isoler les erreurs sera plus facile.

Un excellent exemple de ce principe est le système d’exploitation Linux, qui contient des millions de lignes de code.It a commencé comme un programme simple utilisé par Linus Torvalds pour explorer la puce Intel 80386.Selon Larry Greenfield dans le Guide des utilisateurs de Linux, “L’un des projets précédents de Linus était un programme qui basculait entre l’impression AAAA et BBBB.Cela a ensuite évolué vers Linux.”

Enfin, la programmation fait parfois ressortir des émotions fortes.Si vous êtes aux prises avec un bug difficile, vous pourriez vous sentir en colère, découragé ou gêné.Rappelez-vous que vous n’êtes pas seul et que pratiquement tous les programmeurs ont vécu des expériences similaires.N’hésitez pas à contacter un ami et à poser des questions!

1.10 Vocabulaire

Tout au long du livre, nous essayons de définir chaque terme la première fois que nous utilisons it.At à la fin de chaque chapitre, nous incluons les nouveaux termes et leurs définitions par ordre d’apparition.Si vous passez du temps à apprendre ce vocabulaire, vous aurez plus de facilité à lire les chapitres suivants.

résolution de problèmes: Processus de formulation d’un problème, de recherche d’une solution et d’expression de la solution. matériel: Les composants électroniques et mécaniques d’un ordinateur, tels que les PROCESSEURS, la RAM et les disques durs. processeur: Une puce d’ordinateur qui exécute des instructions simples comme l’arithmétique et la logique de base. mémoire : Circuits qui stockent des données tant que l’ordinateur est allumé.À ne pas confondre avec les périphériques de stockage permanents comme les disques durs et flash. programme: Une séquence d’instructions qui spécifie comment effectuer des tâches sur un ordinateur.Également connu sous le nom de “logiciel”. programmation: Application de la résolution de problèmes à la création de programmes informatiques exécutables. déclaration : Partie d’un programme qui spécifie une étape d’un algorithme. instruction d’impression : Une instruction qui provoque l’affichage de la sortie à l’écran. méthode: Une séquence nommée d’instructions. classe: Pour l’instant, une collection de méthodes connexes.(Vous verrez plus tard qu’il y a beaucoup plus à cela.) commentaire: Une partie d’un programme qui contient des informations sur le programme mais n’a aucun effet lorsque le programme s’exécute. langage de haut niveau : Un langage de programmation conçu pour être facile à lire et à écrire pour les humains. langage de bas niveau : Un langage de programmation conçu pour être facile à exécuter pour un ordinateur.Aussi appelé “langage machine”. portable : Capacité d’un programme à s’exécuter sur plusieurs types d’ordinateurs. interpréter: Exécuter un programme dans un langage de haut niveau en le traduisant une ligne à la fois et en exécutant immédiatement les instructions correspondantes. compiler: Pour traduire un programme dans un langage de haut niveau dans un langage de bas niveau, tout à la fois, en vue d’une exécution ultérieure. code source : Un programme dans un langage de haut niveau, avant d’être compilé. code objet : La sortie du compilateur, après la traduction du programme. exécutable : Un autre nom pour le code objet prêt à s’exécuter sur un matériel spécifique. machine virtuelle : Une émulation d’une machine réelle. La machine virtuelle JAVA permet à un ordinateur d’exécuter des programmes Java. byte code: Un type spécial de code objet utilisé pour les programmes Java.Le code d’octets est similaire au code objet, mais il est portable comme un langage de haut niveau. chaîne : Une séquence de caractères; le type de données principal pour le texte. saut de ligne : Un caractère spécial signifiant la fin d’une ligne de texte.Aussi connu sous le nom de “fin de ligne”, “fin de ligne” (EOL) ou “saut de ligne”. séquence d’échappement : Une séquence de code qui représente un caractère spécial lorsqu’elle est utilisée dans une chaîne. algorithme : Procédure ou formule permettant de résoudre un problème, avec ou sans ordinateur. informatique: L’approche scientifique et pratique du calcul et de ses applications. bug : Une erreur dans un programme. débogage: Le processus de recherche et de suppression des erreurs.

1.11 Exercices

À la fin de chaque chapitre, nous incluons des exercices que vous pouvez faire avec les choses que vous avez apprises.Nous vous encourageons à essayer au moins tous les problèmes.Vous ne pouvez pas apprendre à programmer uniquement en lisant à ce sujet; vous devez vous entraîner.

Avant de pouvoir compiler et exécuter des programmes Java, vous devrez peut-être télécharger et installer quelques outils.Il existe de nombreuses bonnes options, mais nous recommandons DrJava, qui est un “environnement de développement intégré” (E) bien adapté aux débutants.Les instructions pour commencer se trouvent à l’annexe A.

Le code de ce chapitre se trouve dans le répertoire ch01 de ThinkJavaCode2.Voir la page?? pour des instructions sur la façon de télécharger le référentiel.Avant de commencer les exercices, nous vous recommandons de compiler et d’exécuter les exemples.