Объявление классов

Дополнительные свойства классов

Рассмотрим в этом разделе некоторые особенности работы с классами в Java. Обсуждение данного вопроса будет продолжено в специальной лекции, посвященной объектной модели в Java.

Метод main

Итак, виртуальная машина реализуется приложением операционной системы и запускается по обычным правилам. Программа, написанная на Java, является набором классов. Понятно, что требуется некая входная точка, с которой должно начинаться выполнение приложения.

Такой входной точкой, по аналогии с языками C/C++, является метод main(). Пример его объявления:

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

Модификатор static в этой лекции не рассматривался и будет изучен позже. Он позволяет вызвать метод main(), не создавая объектов. Метод не возвращает никакого значения, хотя в C есть возможность указать код возврата из программы. В Java для этой цели существует метод System.exit(), который закрывает виртуальную машину и имеет аргумент типа int.

Аргументом метода main() является массив строк. Он заполняется дополнительными параметрами, которые были указаны при вызове метода.

package test.first;

public class Test {
   public static void main(String[] args) {
      for (int i=0; i<args.length; i++) {
         System.out.print(args[i]+" ");
      }
      System.out.println();
   }
}

Для вызова программы виртуальной машине передается в качестве параметра имя класса, у которого объявлен метод main(). Поскольку это имя класса, а не имя файла, то не должно указываться никакого расширения ( .class или .java ) и расположение класса записывается через точку (разделитель имен пакетов), а не с помощью файлового разделителя. Компилятору же, напротив, передается имя и путь к файлу.

Если приведенный выше модуль компиляции сохранен в файле Test.java, который лежит в каталоге test\first, то вызов компилятора записывается следующим образом:

javac test\first\Test.java

А вызов виртуальной машины:

java test.first.Test

Чтобы проиллюстрировать работу с параметрами, изменим строку запуска приложения:

java test.first.Test Hello, World!

Результатом работы программы будет:

Hello, World!

Параметры методов

Для лучшего понимания работы с параметрами методов в Java необходимо рассмотреть несколько вопросов.

Как передаются аргументы в методы – по значению или по ссылке? С точки зрения программы вопрос формулируется, например, следующим образом. Пусть есть переменная и она в качестве аргумента передается в некоторый метод. Могут ли произойти какие-либо изменения с этой переменной после завершения работы метода?

int x=3;
process(x);
print(x);

Предположим, используемый метод объявлен следующим образом:

public void process(int x) {
   x=5;
}

Какое значение появится на консоли после выполнения примера? Чтобы ответить на этот вопрос, необходимо вспомнить, как переменные разных типов хранят свои значения в Java.

Напомним, что примитивные переменные являются истинными хранилищами своих значений и изменение значения одной переменной никогда не скажется на значении другой. Параметр метода process(), хоть и имеет такое же имя x, на самом деле является полноценным хранилищем целочисленной величины. А потому присвоение ему значения 5 не скажется на внешних переменных. То есть результатом примера будет 3 и аргументы примитивного типа передаются в методы по значению. Единственный способ изменить такую переменную в результате работы метода – возвращать нужные величины из метода и использовать их при присвоении:

public int doubler(int x) {
   return x+x;
}

public void test() {
   int x=3;
   x=doubler(x);
}

Перейдем к ссылочным типам.

public void process(Point p) {
   p.x=3;
}

public void test() {
   Point p = new Point(1,2);
   process(p);
   print(p.x);
}

Ссылочная переменная хранит ссылку на объект, находящийся в памяти виртуальной машины. Поэтому аргумент метода process() будет иметь в качестве значения ту же самую ссылку и, стало быть, ссылаться на тот же самый объект. Изменения состояния объекта, осуществленные с помощью одной ссылки, всегда видны при обращении к этому объекту с помощью другой. Поэтому результатом примера будет значение 3. Объектные значения передаются в Java по ссылке. Однако если изменять не состояние объекта, а саму ссылку, то результат будет другим:

public void process(Point p) {
   p = new Point(4,5);
}

public void test() {
   Point p = new Point(1,2);
   process(p);
   print(p.x);
}

В этом примере аргумент метода process() после присвоения начинает ссылаться на другой объект, нежели исходная переменная p, а значит, результатом примера станет значение 1. Можно сказать, что ссылочные величины передаются по значению, но значением является именно ссылка на объект.

Теперь можно уточнить, что означает возможность объявлять параметры методов и конструкторов как final. Поскольку изменения значений параметров (но не объектов, на которые они ссылаются) никак не сказываются на переменных вне метода, модификатор final говорит лишь о том, что значение этого параметра не будет меняться на протяжении работы метода. Разумеется, для аргумента final Point p выражение p.x=5 является допустимым (запрещается p=new Point(5, 5)).

Перегруженные методы

Перегруженными (overloaded) методами называются методы одного класса с одинаковыми именами. Сигнатуры у них должны быть различными и различие может быть только в наборе аргументов.

Если в классе параметры перегруженных методов заметно различаются: например, у одного метода один параметр, у другого – два, то для Java это совершенно независимые методы и совпадение их имен может служить только для повышения наглядности работы класса. Каждый вызов, в зависимости от количества параметров, однозначно адресуется тому или иному методу.

Однако если количество параметров одинаковое, а типы их различаются незначительно, при вызове может сложиться двойственная ситуация, когда несколько перегруженных методов одинаково хорошо подходят для использования. Например, если объявлены типы Parent и Child, где Child расширяет Parent, то для следующих двух методов:

void process(Parent p, Child c) {}
void process(Child c, Parent p) {}

можно сказать, что они допустимы, их сигнатуры различаются. Однако при вызове

process(new Child(), new Child());

обнаруживается, что оба метода одинаково годятся для использования. Другой пример, методы:

process(Object o) {}
process(String s) {}

и примеры вызовов:

process(new Object());
process(new Point(4,5));
process("abc");

Очевидно, что для первых двух вызовов подходит только первый метод, и именно он будет вызван. Для последнего же вызова подходят оба перегруженных метода, однако класс String является более "специфичным", или узким, чем класс Object. Действительно, значения типа String можно передавать в качестве аргументов типа Object, обратное же неверно. Компилятор попытается отыскать наиболее специфичный метод, подходящий для указанных параметров, и вызовет именно его. Поэтому при третьем вызове будет использован второй метод.

Однако для предыдущего примера такой подход не дает однозначного ответа. Оба метода одинаково специфичны для указанного вызова, поэтому возникнет ошибка компиляции. Необходимо, используя явное приведение, указать компилятору, какой метод следует применить:

process((Parent)(new Child()), new Child());
// или
process(new Child(),(Parent)(new Child()));

Это верно и в случае использования значения null:

process((Parent)null, null);
// или
process(null,(Parent)null);

Заключение

В этой лекции началось рассмотрение ключевой конструкции языка Java – объявление класса.

Первая тема посвящена средствам разграничения доступа. Главный вопрос – для чего этот механизм вводится в практически каждом современном языке высокого уровня. Необходимо понимать, что он предназначен не для обеспечения "безопасности" или "защиты" объекта от неких неправильных действий. Самая важная задача – разделить внешний интерфейс класса и детали его реализации с тем, чтобы в дальнейшем воспользоваться такими преимуществами ООП, как инкапсуляция и модульность.

Затем были рассмотрены все четыре модификатора доступа, а также возможность их применения для различных элементов языка. Проверка уровня доступа выполняется уже во время компиляции и запрещает лишь явное использование типов. Например, с ними все же можно работать через их более открытых наследников.

Объявление класса состоит из заголовка и тела класса. Формат заголовка был подробно описан. Для изучения тела класса необходимо вспомнить понятие элементов (members) класса. Ими могут быть поля, методы и внутренние типы. Для методов важным понятием является сигнатура.

Кроме того, в теле класса объявляются конструкторы и инициализаторы. Поскольку они не являются элементами, к ним нельзя обратиться явно, они вызываются самой виртуальной машиной. Также конструкторы и инициализаторы не передаются по наследству.

Дополнительно был рассмотрен метод main, который вызывается при старте виртуальной машины. Далее описываются тонкости, возникающие при передаче параметров, и связанный с этим вопрос о перегруженных методах.

Классы Java мы продолжим рассматривать в следующих лекциях.