LIP6 cours L3 : POBJ Programmation par Objets en Java

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LIP6 cours L3 POBJ Programmation par Objets
(en Java)

• Olivier Sigaud
• LIP6/AnimatLab
• olivier.sigaud_at_lip6.fr
• 01.44.27.88.53

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Plan du cours 1

• De la programmation impérative et procédurale à
  la programmation orientée objets
• Structures de contrôle
• Décomposition
• Variables
• Java historique, types de base, tableaux
• Les classes
• Types, instances, objets,
• Attributs
• Méthodes
• Construction d'un objet

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De la programmation impérative et procédurale à
la programmation orientée objets
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Prog. impérative et procédurale

• Objectif écrire une séquence d'instructions de
  telle façon qu'un ordinateur produise une sortie
  appropriée pour une certaine entrée
• Ingrédients
• variables
• tests
• boucles
• structures
• décomposition en fonctions
• passages de paramètres

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Tests

• Permettent d'exécuter une séquence d'instructions
  uniquement si une certaine condition est vérifiée

if (alt0) bloc1 else if
(bgt1) bloc2 else bloc 3
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Boucles While

• Permettent d'exprimer la répétition, de réaliser
  plusieurs fois le même bloc d'instructions

int i10 do System.out.println(i)
i-- while (igt0)
int i10 while (igt0) System.out.println(i
) i--
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Boucles for (1)

• Equivalentes aux boucles while()
• for (int i0ilt10i)
• System.out.println(i)
• int i9
• for (igt0i--)
• System.out.println(i)

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Boucles for (2)

• int j3
• for (int i0(ij)lt20ii4)
• System.out.println(i)
• int i
• for (i0ilt10)
• System.out.println(i)
• ii2

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Décomposition fonctionnelle

• Le programme est une fonction principale
• int main(argc, argv)
• Cette fonction appelle des sous-fonctions
• Qui en appellent d'autres

main()
init()
calcule()
trie()
affiche()
compare()
permute()
factorise()
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Savoir décomposer

• Une bonne décomposition en fonctions fait
  apparaître des sous-fonctions ltlt naturelles gtgt,
  i.e. qui ont un sens autonome
• Plus un algorithme est complexe, plus il faut le
  décomposer en nombreuses fonctions plus simples
• On doit comprendre immédiatement ce que fait
  toute fonction
• Erreur tout mettre dans une grosse fonction

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Les blocs

• Tout ensemble d'instruction entre "" est un
  bloc
• Une fonction est un bloc particulier
• Dans une fonction, il peut y avoir plusieurs
  blocs
• Eviter plus de 3 niveaux de blocs imbriqués

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Effets de bord

• On appelle effet de bord le fait quun
  traitement local (réalisé dans un bloc) produise
  sur les données un effet qui persiste une fois
  que le pointeur dinstruction est sorti de ce
  bloc
• Exemple type variables globales

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Variables

• Une variable correspond à un emplacement mémoire
• C'est un emplacement alloué pour faire des
  calculs
• Le nom de la variable permet au compilateur de
  retrouver l'emplacement.

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Déclaration et allocation
variable
emplacement mémoire
double epsilon
epsilon

• epsilon est une variable.
• A cette variable est associé un type.
• En pratique, la machine virtuelle associe à la
  variable ladresse en mémoire dun emplacement
  dont la taille dépend du type et où sera stockée
  la valeur depsilon
• La déclaration induit lallocation de
  lemplacement

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Initialisation
double epsilon 0.005
epsilon
0.005

• En Java, une variable non initialisée vaut
  null, false, 0
• Une variable peut être initialisée lors de la
  déclaration type nomVariable valeur
• Initialisation déclaration affectation
• Souvent, on peut aussi déclarer dabord, puis
  affecter plus tard, mais gare aux variables
  déclarées mais non affectées

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Blocs et variables locales

• On appelle portée d'une variable l'espace au
  sein du programme où cette variable est connue
• La portée d'une variable locale est le bloc dans
  lequel elle est définie
• De lespace mémoire est alloué temporairement
  pour les variables locales du bloc, le temps
  pendant lequel le pointeur d'instruction parcourt
  le bloc.
• En pratique, les variables locales sont stockées
  sur une pile et dépilée quand on sort du bloc

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Portée dune variable locale

• int methode()
• double longueur 1.5

longueur
1. 5
longueur
1. 5
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Variables globales

• Variables globales visibles dans tout le
  programme, allouées pour toute la durée du
  programme
• NB l'usage des variables globales est plus
  facile à première vue, mais inefficace et
  déstructurant
• Inefficace ne sont pas stockées dans la pile,
  mais dans la mémoire globale gt accès plus long
• Déstructurant éparpillement des données et des
  fonctions
• Programmation par effet de bord
• Elles tendent à disparaître en POO
• Mais on verra des effets de bord locaux aux
  objets

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Passage de paramètres

• A l'appel de chaque fonction, de l'espace mémoire
  local est alloué pour chaque paramètre d'entrée
  (comme pour une variable locale)
• Les valeurs des paramètres d'entrée sont copiées
  avant l'appel de la fonction
• Le calcul s'effectue sur ces copies
• La valeur retournée est copiée dans une variable
  de la fonction appelante

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Exemple

• main()
• float a 23.3
• float b 12.6
• float resultat division(a,b)
• float division(float dividende, float diviseur)
• return dividende/diviseur

main()
division()
23.3
a
dividende

12.6
b

diviseur

resultat
23.3/ 12.6
retour
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En C les structures

• Types complexes constituées de types plus simples
• struct Camion
• int nbRoues
• int nbRemorques
• float longueur
• Déclaration Camion moncamion
• Camion est un nouveau type
• Usage moncamion.nbRoues 18
• Transition vers la programmation orientée objets

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Programmation orientée objets

• Tous les ingrédients de la programmation
  impérative et procédurale sont présents
• Mais la décomposition en arbre de fonctions n'est
  pas assez structurante pour des programmes très
  complexes
• Structurer le programme autour des objets
  manipulés
• Les traitements sont associés aux objets
• Permet de raisonner dans le langage du problème
• Séparation plus claire entre données et
  traitements
• Confinement des effets de bord aux objets

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Décomposition classique en fonctions
main()
Données
init()
calcule()
Données
factorise()
trie()
compare()
permute()
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Décomposition orientée objets
Données
Données
trie()
init()
calcule()
compare()
permute()
factorise()
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Présentation de Java
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Doù vient java ?

• Apparition en 1995
• La syntaxe dérive de C (80s), qui dérive de
  celle de C (1985)
• Simplification vis-à-vis de C
• Présence du garbage collector (gain de 30 à 40
  en temps de développement, perte en temps
  dexécution) (DARPA)
• Langage incontournable dans lindustrie HighTech

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Historique
C (1972)
Internet (1966)
Hypertexte (1986)
POO (1980s)
WWW (1992)
C (1980)
Applet
Application
Java (1995)
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Types de base et opérateurs

• Booléens boolean gt true, false
• Entiers short, int, long (entiers signés)
• Flottants float, double (IEEE 754)
• Caractères char (Unicode)
• and
• or
• ! gt lt

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Tableaux

• int montableau // ne réserve pas la place
  mémoire !!!
• int montableau // ne réserve pas la place
  mémoire !!!
• int5 montableau // ne compile pas !!!
• int montableau5 // ne compile plus !!!
• Indices de 0 à n-1

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Déclaration de tableaux
double valeurs valeurs new double5
valeurs1 0.005

valeurs0
valeurs0


0.005
valeurs1
valeurs2





valeurs4

valeurs4
Les cases du tableau sont allouées au new
ou n4 valeurs new doublen1
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Dimensions multiples
valeurs00
double valeurs valeurs new double 55


valeurs0


valeurs02


valeurs2


valeurs04


valeurs4

valeurs10


valeurs12


valeurs14
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Déclaration et allocation simultanée

• double valeurs 0.2,6.3,7.456,80.0,10.10
• System.out.println(valeurs.length) gt 5
• Vérification de non débordement
  IndexArrayOutOfBounds

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Classes, Types, Objets, Instances, Attributs,
Méthodes
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Les classes

• Les programmes manipulent des objets
• Chaque objet est une instance d'une classe
• Une classe désigne un type dont les objets sont
  des instances
• Par exemple, le mot bonjour est un
  représentant de la classe des mots, une instance
  du type mot.
• Un programme est structuré sous forme d'un
  ensemble de classes qui se partagent les
  traitements à effectuer

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Objets, Classes et Instances

• Une classe définit
• Un type
• Une description commune pour un ensemble
  dobjets, via un ensemble dattributs
• Les traitements associés à ces objets, via un
  ensemble de méthodes
• Chaque objet indidivuel est défini par lensemble
  des valeurs que prennent ses attributs
• Cest le rôle des constructeurs de créer des
  objets individuels

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Les attributs

• Les attributs d'une classe décrivent les éléments
  qui composent les objets de cette classe
• Tous les attributs sont dotés d'un type défini au
  niveau de la classe (type de base, interface ou
  autre classe)
• Les attributs sont vus comme des variables
  globales internes à un objet
• La portée d'un attribut est l'objet dans lequel
  il est défini l'attribut garde sa valeur d'une
  méthode à l'autre tant qu'aucune méthode ne le
  modifie
• On programme donc par effet de bord à lintérieur
  dun objet

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Usage des attributs

• Les attributs servent à représenter diverses
  relations
• caractéristiques ou qualités d'un objet
• composants d'un objet complexe
• objets en relation avec l'objet
• Lorsqu'on utilise un attribut dans une méthode,
  il ne faut pas re-déclarer son type (sinon, on
  déclare en fait une variable locale de même nom)
• Eviter d'avoir une variable locale dans une
  méthode qui porte le même nom qu'un attribut
  (risque de confusion, source classique de bugs)

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Exemple (1)

• class Voiture
• double longueur 1.5
• public void demarrer()
• double longueur 3.1
• if (longueurlt2)

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Exemple (2)

• class Voiture
• double longueur 1.5
• public Voiture(double longueur)
• this.longueur longueur
• Ou bien
• public Voiture(double lon)
• longueur lon

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Les méthodes

• A chaque classe sont associées des méthodes, qui
  correspondent aux traitements que le programme
  peut effectuer sur les objets de cette classe
• Par exemple, on peut épeler un mot, l'imprimer,
  le réécrire à l'envers, etc.
• Il faut s'efforcer d'associer à une classe des
  méthodes qui lui sont naturelles (difficile !)

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Exemple

• class Voiture
• double longueur
• public Voiture(double lg)
• longueur lg
• public double getLongueur()
• return longueur
• public static void main(String args)
• Voiture mavoiture new Voiture(2.8)
• La méthode "getLongueur()" est une méthode de la
  classe Voiture

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Surcharge

• Une même classe peut avoir plusieurs méthodes de
  même nom, mais avec des paramètres de types
  différents
• A ne par confondre avec la surdéfinition
  (paramètres de mêmes types, dans le cas de
  lhéritage)

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Méthodes et fonctions
JAVA
C

• struct Voiture
• Embrayage embrayage
• Moteur moteur
• BoiteVitesse boite
• void demarrer(Voiture v)
• enfoncer(v.embrayage)
• faireTourner(v.moteur)
• passerVitesse(v.boite, 1)
• relacher(v.embrayage)

class Voiture Embrayage embrayage Moteur
moteur BoiteVitesse boite public void
demarrer() embrayage.enfoncer()
moteur.faireTourner(.) boite.passerVitesse(1)
embrayage.relacher()
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Lobjet comme contexte

• class Nombre
• //attribut
• int valeur
• //constructeur
• Nombre(int val)
• valeurval
• //methode
• int ajoute(int val)
• return (valeur val)

class NombreMain public static void main(String
args) Nombre n new Nombre(8) int
resultat n.ajoute(5) System.out.println(result
at)
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Construction
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Les constructeurs

• Pour utiliser un objet, il faut dabord le
  construire
• Construire
• allouer un emplacement en mémoire
• initialiser les attributs (en général)
• C'est le rôle des constructeurs
• Un constructeur se présente syntaxiquement comme
  une méthode qui porte le même nom que la classe
  et ne renvoie rien
• L'appel du constructeur se fait via lallocateur
  new
• Lallocateur new renvoie lidentité de
  lobjet (en Java, l'adresse de lemplacement
  mémoire alloué)

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Etat dun objet

• Létat dun objet est défini par lensemble des
  valeurs que prennent chacun de ses attributs
• Chaque changement de valeur dun attribut
  implique un changement détat
• En général, quand on crée un objet on initialise
  son état
• Instanciation allocation initialisation

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Exemple de construction

• class Voiture
• private double longueur
• public Voiture(double lg)
• longueur lg
• public static void main(String args)
• Voiture mavoiture new Voiture(2.80)

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Construction d'un objet
Objet valeurs
Variable référence
Voiture objet créé avec new
mavoiture
Voiture mavoiture new Voiture()
La variable est une sorte de télécommande sur
l'objet
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Oubli de l'allocation mémoire
Voiture mavoiture mavoiture.demarre()
null
mavoiture

• La déclaration de variable alloue la référence,
  mais pas lobjet
• La référence vaut null
• Oubli de lallocation de lobjet gt
  NullPointerException
• Erreur archi-fréquente !!!

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Constructeurs multiples

• Il peut y avoir plusieurs constructeurs pour une
  même classe, avec des paramètres de types
  différents
• Cela signifie que l'on peut surcharger les
  constructeurs comme toutes les méthodes
• Tant qu'aucun constructeur n'est créé, il existe
  un constructeur par défaut, qui ne prend pas de
  paramètres et ne fait rien, sauf allouer la
  mémoire (les attributs sont initialisés aux
  valeurs par défaut)
• Du coup, quand on rajoute un constructeur avec
  des paramètres, le constructeur par défaut
  disparaît ?
• On verra les conséquences avec lhéritage ?

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Exemple de classe personnelle

• class Voiture
• private double length
• private String name
• public double getLength()
• return length
• public String getName()
• return name

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Exemple (suite)

• class Voiture
• public Voiture()
• public Voiture(string nom, double len)
• name nom
• length len
• public static void main(String args)
• Voiture v new Voiture ( coccinelle , 3.5)

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Mon premier programme Java

• Ouvrir un fichier MaClasse.java
• Taper
• class MaClasse
• public static void main(String args)
• System.out.println( Hello, Java world
  ! )
• javac MaClasse.java
• java MaClasse

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Lancer Java

• Mettre la classe MaClasse dans un fichier
  MaClasse.java (une seule classe par fichier)
• Taper javac MaClasse.java permet de générer du
  bytecode exécutable par la machine virtuelle
  (JVM)
• Taper java MaClasse permet d'exécuter la méthode
  public static void main(String args) de la
  classe MaClasse si elle en a une.

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Environnement JAVA

• Fichier MaClasse.java gt fichier source dans
  lequel on décrit le code de la classe
• Compilateur javac MaClasse.java
• Génère du byteCode gt MaClasse.class
• Machine virtuelle java MaClasse
• Exécute le byteCode gt fait tourner le programme
• On verra la compilation de plusieurs fichiers
  plus tard

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La méthode main() passage darguments

• class Main
• public static void main(String args)
• for (int i0iltargs.lengthi)
• System.out.println(argsi)
• bashgt javac Main.java
• bashgt java Main bonjour monde
• bashgt bonjour
• bashgt monde

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LAPI de Java

• (Très grand) ensemble de classes toutes faites
  que lon peut utiliser dans ses programmes
• Cf. java.sun.com/j2se/1.5.0/docs/api