Читать онлайн «Программирование на Java». Страница 47

Слово super позволяет задействовать свойства родительского класса, что необходимо для реализации переопределенных методов, а также в конструкторах.

Затем было введено понятие абстрактного метода и класса. Абстрактный метод не имеет тела, он лишь указывает, что метод с такой сигнатурой должен быть реализован в классе-наследнике. Поскольку он не имеет собственной реализации, классы с абстрактными методами также должны быть объявлены с модификатором abstract, который указывает, что от них нельзя порождать объекты. Основная цель абстрактных методов – описать в родительском классе как можно больше общих свойств наследников, пусть даже и в виде заголовков методов без реализации.

Следующее важное понятие – особый тип в Java, интерфейс. Его еще называют полностью абстрактным классом, так как все его методы обязательно абстрактные, а поля final static. Соответственно, на основе интерфейсов невозможно создавать объекты.

Интерфейсы являются альтернативой множественному наследованию. Классы не могут иметь более одного родителя, но они могут реализовывать сколько угодно интерфейсов. Таким образом, интерфейсы описывают общие свойства классов, не находящихся на одной ветви дерева наследования.

Наконец, важным свойством объектной модели является полиморфизм. Было подробно изучено поведение полей и методов, как статических, так и динамических, при переопределении. Что позволило перейти к вопросу соответствия типов переменной и ее значения.

Лекция посвящена описанию массивов в Java. Массивы издавна присутствуют в языках программирования, поскольку при выполнении многих задач приходится оперировать целым рядом однотипных значений. Массивы в Java – один из ссылочных типов, который, однако, имеет особенности при инициализации, создании и оперировании со своими значениями. Наибольшие различия проявляются при преобразовании таких типов. Также объясняется, почему многомерные массивы в Java можно (и зачастую более правильно) рассматривать как одномерные. Завершается классификация типов переменных и типов значений, которые они могут хранить. В заключение рассматривается механизм клонирования Java, позволяющий в любом классе описать возможность создания точных копий объектов, порожденных от него.

Массивы как тип данных в Java

В отличие от обычных переменных, которые хранят только одно значение, массивы (arrays) используются для хранения целого набора значений. Количество значений в массиве называется его длиной, сами значения – элементами массива. Значений может не быть вовсе, в этом случае массив считается пустым, а его длина равной нулю.

Элементы не имеют имен, доступ к ним осуществляется по номеру индекса. Если массив имеет длину n, отличную от нуля, то корректными значениями индекса являются числа от 0 до n-1. Все значения имеют одинаковый тип и говорится, что массив основан на этом базовом типе. Массивы могут быть основаны как на примитивных типах (например, для хранения числовых значений 100 измерений), так и на ссылочных (например, если нужно хранить описание 100 автомобилей в гараже в виде экземпляров класса Car ).

Сразу оговоримся, что в Java массив символов char[] и класс String являются различными типами. Их значения могут легко конвертироваться друг в друга с помощью специальных методов, но все же они не относятся к идентичным типам.

Как уже говорилось, массивы в Java являются объектами (примитивных типов в Java всего восемь и их количество не меняется), их тип напрямую наследуется от класса Object, поэтому все элементы данного класса доступны у объектов-массивов.

Базовый тип также может быть массивом. Таким образом конструируется массив массивов, или многомерный массив.

Работа с любым массивом включает обычные операции, уже описанные для других типов, - объявление, инициализация и т.д. Начнем последовательно изучать их в приложении к массивам.

Объявление массивов

В качестве примера рассмотрим объявление переменной типа "массив, основанный на примитивном типе int ":

int a[];

Как мы видим, сначала указывается базовый тип. Затем идет имя переменной, а пара квадратных скобок указывает на то, что используемый тип является именно массивом. Также допустима запись:

int[] a;

Количество пар квадратных скобок указывает на размерность массива. Для многомерных массивов допускается смешанная запись:

int[] a[];

Переменная a имеет тип "двумерный массив, основанный на int ". Аналогично объявляются массивы с базовым объектным типом:

Point p, p1[], p2[][];

Создание переменной типа массив еще не создает экземпляры этого массива. Такие переменные имеют объектный тип и хранят ссылки на объекты, однако изначально имеют значение null (если они являются полями класса; напомним, что локальные переменные необходимо явно инициализировать). Чтобы создать экземпляр массива, нужно воспользоваться ключевым словом new, после чего указывается тип массива и в квадратных скобках – длина массива.

int a[]=new int[5];

Point[] p = new Point[10];

Переменная инициализируется ссылкой, указывающей на только что созданный массив. После его создания можно обращаться к элементам, используя ссылку на массив, далее в квадратных скобках указывается индекс элемента. Индекс меняется от нуля, пробегая всю длину массива, до максимально допустимого значения, на единицу меньшего длины массива.

int array[]=new int[5];

for (int i=0; i<5; i++) {

array[i]=i*i;

}

for (int j=0; j<5; j++) {

System.out.println(j+" "+j+"="+array[j]);

}

Результатом выполнения программы будет:

00=0

1*1=1

2*2=4

3*3=9

4*4=16

И далее появится ошибка времени исполнения, так как индекс превысит максимально возможное для такого массива значение. Проверка, не выходит ли индекс за допустимые пределы, происходит только во время исполнения программы, т.е. компилятор не пытается выявить эту ошибку даже в таких явных случаях, как:

int i[]=new int[5]; i[-2]=0;

// ошибка! индекс не может

// быть отрицательным

Ошибка возникнет только на этапе выполнения программы.

Хотя при создании массива необходимо указывать его длину, это значение не входит в определение типа массива, важна лишь размерность. Таким образом, одна переменная может ссылаться на массивы разной длины:

int i[]=new int[5];

...

i=new int[7];

// переменная та же, длина

// массива другая

Однако для объекта массива длина обязательно должна указываться при создании и уже никак не может быть изменена. В последнем примере для присвоения переменной ссылки на массив большей длины потребовалось создать новый экземпляр.

Поскольку для экземпляра массива длина является постоянной характеристикой, для всех массивов существует специальное поле length, позволяющее узнать ее значение. Например:

Point p[]=new Point[5];

for (int i=0; i<p.length; i++) {

p[i]=new Point(i, i);

}

Значение индекса массива всегда имеет тип int. При обращении к элементу можно также использовать byte, short или char, поскольку эти типы автоматически расширяются до int. Попытка задействовать long приведет к ошибке компиляции.

Соответственно, и поле length имеет тип int, а теоретическая максимально возможная длина массива равняется 231-1, то есть немногим больше 2 млрд.

Продолжая рассматривать тип массива, подчеркнем, что в качестве базового типа может использоваться любой тип Java, в том числе:

* интерфейсы. В таком случае элементы массива могут иметь значение null или ссылаться на объекты любого класса, реализующего этот интерфейс;

* абстрактные классы. В этом случае элементы массива могут иметь значение null или ссылаться на объекты любого неабстрактного класса-наследника.

Поскольку массив является объектным типом данных, его значения могут быть приведены к типу Object или, что то же самое, присвоены переменной типа Object. Например,

Object o = new int[4];

Это дает интересную возможность для массивов, основанных на типе Object, хранить в качестве элемента ссылку на самого себя:

Object arr[] = new Object[3];

arr[0]=new Object();

arr[1]=null;

arr[2]=arr;

// Элемент ссылается

// на весь массив!

Инициализация массивов

Теперь, когда мы выяснили, как создавать экземпляры массива, рассмотрим, какие значения принимают его элементы.

Если создать массив на основе примитивного числового типа, то изначально после создания все элементы массива имеют значение по умолчанию, то есть 0. Если массив объявлен на основе примитивного типа boolean, то и в этом случае все элементы будут иметь значение по умолчанию false. Выше рассматривался пример инициализации элементов с помощью цикла for.

Рассмотрим создание массива на основе ссылочного типа. Предположим, это будет класс Point. При создании экземпляра массива с применением ключевого слова new не создается ни один объект класса Point, создается лишь один объект массива. Каждый элемент массива будет иметь пустое значение null. В этом можно убедиться на простом примере: