ГЛАВА 4 Классы-оболочки
Java — полностью объектно-ориентированный язык. Это означает, что все, что только можно, в Java представлено объектами.
Восемь примитивных типов нарушают это правило. Они оставлены в Java из-за многолетней привычки к числам и символам. Да и арифметические действия удобнее и быстрее производить с обычными числами, а не с объектами классов.
Но и для этих типов в языке Java есть соответствующие классы — классы-оболочки (wrapper) примитивных типов. Конечно, они предназначены не для вычислений, а для действий, типичных при работе с классами — создания объектов, преобразования объектов, получения численных значений объектов в разных формах и передачи объектов в методы по ссылке.
На рис. 4.1 показана одна из ветвей иерархии классов Java. Для каждого примитивного типа есть соответствующий класс. Числовые классы имеют общего предка — абстрактный класс
Number, в котором описаны шесть методов, возвращающих числовое значение, содержащееся в классе, приведенное к соответствующему примитивному типу:
bytevalue (), doubievalue (),
floatValue (), intValue(), longValue (), shortValue (). Эти
методы переопределены в каждом из шести числовых
классов-оболочек.
Рис. 4.1. Классы примитивных типов
Помимо метода сравнения объектов equals о, переопределенного из класса
object, все описанные в этой главе классы, кроме
Boolean и class, имеют метод
compareTo (), сравнивающий числовое значение, содержащееся в данном объекте, с числовым значением объекта — аргумента метода
compareTo(). В результате работы метода получается целое значение:
- 0, если значения равны;
-
отрицательное число (—1), если числовое значение в данном объекте меньше, чем в объекте-аргументе;
-
положительное число (+1), если числовое значение в данном объекте больше числового значения, содержащегося в аргументе.
Что полезного в классах-оболочках?
Числовые классы
В каждом из шести числовых классов-оболочек есть статические методы преобразования строки символов типа
string лредставляющей число, в соответствующий примитивный
тип: Byte.parseByte(), Double.parseDouble(),
Float.parseFloat(), Integer.parselnt(), Long.parseLong(), Short.parseShort(). Исходная строка типа
string, как всегда в статических методах, задается как аргумент метода. Эти методы полезны при вводе данных в поля ввода, обработке параметров командной строки, т. е. всюду, где числа представляются строками цифр со знаками плюс или минус и десятичной точкой.
В каждом из этих классов есть статические константы
MAX_VALUE и MIN_VALUE, показывающие диапазон числовых значений соответствующих примитивных типов. В классах
Double и Float есть еще константы
POSITIVE_INFINITY, NEGATIVE_INFINITY, NaN,
о которых шла речь в главе 1, и
логические методы проверки isNan(),
isInfinite().
Если вы хорошо знаете двоичное представление вещественных чисел, то можете воспользоваться статическими методами
floatTointBits() и doubieToLongBits(), преобразующими вещественное значение в целое. Вещественное число задается как аргумент метода. Затем вы можете изменить отдельные биты побитными операциями и преобразовать измененное целое число обратно в вещественное значение методами
intsitsToFioat() и longBitsToDouble().
Статическими методами
toBinaryString(), toHexString() и
toOctalString()
классов integer и Long можно преобразовать целые значения типов
int и long, заданные как аргумент метода, в строку символов, показывающую двоичное, шестнадцатеричное или восьмеричное представление числа.
В листинге 4.1 показано применение этих методов, а рис. 4.2 демонстрирует вывод результатов.
Рис. 4.2. Методы числовых классов ;
Листинг 4.1. Методы числовых классов
class NumberTest{
public static void main(String[] args){
int i = 0;
short sh = 0;
double d = 0;
Integer kl = new Integer(55);
Integer k2 = new Integer(100);
Double dl = new Double(3.14);
try{
i = Integer.parselnt(args[0]);
sh = Short.parseShort(args[0]);
d = Double.parseDouble(args[1]);
dl = new Double(args[1]);
kl = new Integer(args[0]);
}catch(Exception e){}
double x = 1.0/0.0;
System.out.println("i = " + i) ;
System.outjprintln("sh - " + sh) ;
System.out.println("d. = " + d) ;
System.out.println("kl.intValue() = " + kl.intValue());
System.out.println("dl.intValue() '= "'+ dl.intValuei));
System.out.println("kl > k2? " + kl.compareTo(k2));
System.out.println ("x
= " + x);
System.out.println("x isNaN? " + Double.isNaN(x));
System.out.println("x islnfinite? " + Double.islnfinite(x));
System.out.println("x == Infinity? " +
(x == Double.POSITIVE_INFINITY) );
System.out.println("d = " + Double.doubleToLongBits(d));
System.out.println("i = " + Integer.toBinaryString(i));
System.out.println("i = " + Integer.toHexString(i));
System.out.println("i = " +
Integer.toOctalString(i));
}
}
Методы parseint() и конструкторы
классов требуют обработки исключений, поэтому в листинг 4.1 вставлен блок
try{} catch(){}. Обработку исключительных ситуаций мы разберем в
главе 16.
Класс Boolean
Это очень небольшой класс, предназначенный главным образом для того, чтобы передавать логические значения в методы по ссылке.
Конструктор Boolean (String s) создает объект, содержащий значение
true, если строка s равна "true" в любом сочетании регистров букв, и значение
false — для любой другой строки.
Логический метод booieanvalue() возвращает логическое значение, хранящееся в объекте.
Класс Character
В этом классе собраны статические константы и методы для работы с отдельными символами.
Статический метод
digit(char ch, in radix)
переводит цифру ch системы счисления с основанием
radix в ее числовое значение типа
int.
Статический метод
forDigit(int digit, int radix)
производит обратное преобразование целого числа
digit в соответствующую цифру (тип
char) в системе счисления с основанием
radix.
Основание системы счисления должно находиться в диапазоне от
Character.MIN_RADIX до Character.MAX_RADIX.
Метод tostring() переводит символ, содержащийся в классе, в строку с тем же символом.
Статические методы toLowerCase(),
touppercase(), toTitieCase() возвращают символ, содержащийся в классе, в указанном регистре. Последний из
этих методов предназначен для правильного перевода в верхний регистр четырех кодов
Unicode, не выражающихся одним символом.
Множество статических логических методов проверяют различные характеристики символа, переданного в качестве аргумента метода:
-
isDef ined() — выясняет, определен ли символ в кодировке Unicode;
- isDigit() — проверяет, является ли символ цифрой Unicode;
- isidentifierignorable() — выясняет, нельзя ли использовать символ в идентификаторах;
-
isisocontroi() — определяет, является ли символ управляющим;
- isJavaidentifierPart() — выясняет, можно ли использовать символ в идентификаторах;
- isjavaidentifierstart() — определяет, может ли символ начинать идентификатор;
- isLetter() — проверяет, является ли символ буквой Java;
- IsLetterOrDigit() — Проверяет,
является ли символ буквой или цифрой Unicode;
-
isLowerCase() — определяет, записан ли символ в нижнем регистре;
- isSpaceChar() — выясняет, является ли символ пробелом в смысле Unicode;
- isTitieCase() — проверяет, является ли символ титульным;
-
isUnicodeldentifierPart() — выясняет, можно ли использовать символ в именах Unicode;
-
isunicodeidentifierstart() — проверяет, является ли символ буквой Unicode;
- isUpperCase() — проверяет, записан ли символ в верхнем регистре;
- isWhitespace() — выясняет, является ли символ пробельным.
Точные диапазоны управляющих символов, понятия верхнего и нижнего регистра, титульного символа, пробельных символов, лучше всего посмотреть по документации Java API.
Листинг 4.2 демонстрирует использование этих методов, а на рис. 4.3 показан вывод этой программы.
Листинг 4.2. Методы класса Character в программе
CharacterTest
class CharacterTest{
public static void main(String[] args){
char ch = '9';
Character cl = new Character(ch);
System.out.println("ch = " + ch);
System.out.println("cl.charValue() = " +
c1.charValue());
System.out.println("number of 'A' = " +
Character.digit('A', 16}};
System.out.println("digit for 12 = " +
Character.forDigit(12, 16}};
System.out.printlnC'cl = " +
cl.toString() );
System.out.println("ch isDefined? " +
Character.isDefined(ch));
System.out.println("ch isDigit? " +
Character.isDigit(ch));
System.out.println("ch isldentifierlgnorable? " +
Character.isldentifierlgnorable(ch));
System.out.println("ch isISOControl? " +
Character.isISOControl(ch));
System.out.println("ch isJavaldentifierPart? " +
Character.isJavaldentifierPart(ch));
System.out.println("ch isJavaldentifierStart? " +
Character.isJavaldentifierStart(ch));
System.out.println("ch isLetter? " +
Character.isLetter(ch));
System.out.println("ch isLetterOrDigit? " +
Character.isLetterOrDigit(ch));
System.out.println("ch isLowerCase? " +
Character.isLowerCase(ch));
System.out.println("ch isSpaceChar? " +
Character.isSpaceChar(ch));
System.out.println("ch isTitleCase? " +
Character.isTitleCase(ch));
System.out.println("ch isUnicodeldentifierPart? " +
Character.isUnicodeldentifierPart(ch));
System.out.println("ch isUnicodeldentifierStart? " +
Character.isUnicodeldentifierStart(ch));
System.out.println("ch isUpperCase? " +
Character.isUpperCase(ch));
System.out.println("ch isWhitespace? " +
Character.isWhitespace(ch)); } }
В класс Character
вложены классы Subset и UnicodeBlock,
причем класс Unicode и еще один класс,
inputSubset, являются расширениями класса
Subset, как это видно на рис. 4.1. Объекты этого класса содержат подмножества
Unicode.
Рис. 4.3. Методы класса Character в программе
CharacterTest
Вместе с классами-оболочками удобно рассмотреть два класса для работы со сколь угодно большими числами.
Класс Biglnteger
Все примитивные целые типы имеют ограниченный диапазон значений. В целочисленной арифметике Java нет переполнения, целые числа приводятся по модулю, равному диапазону значений.
Для того чтобы было можно производить целочисленные вычисления с любой разрядностью, в состав Java API введен класс
Biglnteger, хранящийся в пакете
java.math. Этот класс расширяет класс
Number, следовательно, в нем переопределены методы
doubleValue(), floatValue(), intValue(),
longValue(). Методы byteVaiue() и
shortvalue() не переопределены, а прямо наследуются от класса
Number.
Действия с объектами класса Biglnteger не приводят ни к переполнению, ни к приведению по модулю. Если результат операции велик, то число разрядов просто увеличивается. Числа хранятся в двоичной форме с дополнительным кодом.
Перед выполнением операции числа выравниваются по длине распространением знакового разряда.
Шесть конструкторов класса создают объект класса
BigDecimai из строки символов (знака числа и цифр) или из массива байтов.
Две константы — ZERO и ONE — моделируют нуль и единицу в операциях
с объектами класса Biglnteger.
Метод toByteArray() преобразует объект в массив байтов.
Большинство методов класса Biglnteger моделируют целочисленные операции и функции, возвращая объект класса
Biglnteger:
-
abs() — возвращает объект, содержащий абсолютное значение числа, хранящегося в данном объекте
this;
-
add(x) — операция this + х;
- and(x) — операция this & х;
-
andNot(x) — операция this & (~х) ;
-
divide (x) — операция this / х;
- divideAndRemainder(х) — возвращает массив из двух объектов класса
Biglnteger, содержащих частное и остаток от деления
this на х;
-
gcd(x) — наибольший общий делитель,
абсолютных, значений объекта this и аргумента
х;
- mах(х) — наибольшее из значений объекта
this и аргумента х;
min(x) — наименьшее из значений объекта
this и аргумента х;
mod(x) — остаток от деления объекта
this на аргумент метода
х;
-
modinverse(x) — остаток от деления числа, обратного объекту
this, на аргумент х;
-
modPow(n, m) — остаток от деления объекта this, возведенного в степень
n, на m;
-
multiply (х) —операция this * х;
-
negate() — перемена знака числа, хранящегося в объекте;
-
not() — операция ~this;
- оr(х) — операция this | х;
-
pow(n) — операция возведения числа, хранящегося в объекте, в степень
n;
- remainder(х) —операция
this % х;
-
shiftLeft (n) — операция this «
n ;
-
shiftRight (n) — операция this » n;
- signum() — функция sign
(x);
-
subtract (x) — операция this -
x;
-
xor(x) — операция this ^ x.
В листинге 4.3 приведены примеры использования данных методов, а рис. 4.4 показывает результаты выполнения этого листинга.
Рис. 4.4. Методы класса Biglnteger в программе
BiglntegerTest
Листинг 4.3. Методы класса Biglnteger в программе
BiglntegerTest
import Java.math.Biglnteger;
class BiglntegerTest{
public static void main(String[] args){
Biglnteger a = new Biglnteger("99999999999999999") ;
Biglnteger b = new Biglnteger("88888888888888888888");
System.out.println("bits in a = " + a.bitLength());
System.out.println("bits in b = " + b.bitLengthO);
System.out.println("a + b = " + a.add(b));
System.out.println("a & b = " + a.and(b));
System.out.println("a & ~b = " + a.andNot(b));
System.out.println("a / b = " + a.divide(b));
Biglnteger[] r = a.divideAndRemainder(b);
System.out.println("a / b: q = " + r[0] + ", r = " + r[l]);
System.out.println("gcd(a, b) = " + a.gcd(b));
System.out.println("max(a, b) = " + a.max(b));
System.out.printin("min(a, b) = " + a.min(b));
System.out.println("a mod b = " + a.mod(b));
System.out.println("I/a mod b = " + a.modlnverse(b));
System.out.println("алп mod b = " + a.modPow(a, b));
System.out.println("a * b = " + a.multiply(b));
System.out.println("-a = " + a.negate());
System, out. println ("~a = " +
a.not());
System.out.println("a | b = " + a.or(b));
System.out.println("а
л 3 = " + a.pow(3));
System.out.println("a % b = " + a.remainder(b));
System.out.println("a « 3 = " + a.shiftLeft(3)};
System.out.println("a » 3 = " + a.shiftRight(3));
System.out.println("sign(a) = " +
a.signum());
System.out.println("a - b = " + a.subtract(b));
System.out.println("а
л b = " + a.xor(b));
}
}
Обратите внимание на то, что в программу листинга 4.3 надо импортировать
пакет Java.math.
Класс Big Decimal
Класс BigDecimal расположен В пакете
java.math.
Каждый объект этого класса хранит два целочисленных значения: мантиссу вещественного числа в виде объекта класса
Biglnteger, и неотрицательный десятичный порядок числа типа
int.
Например, для числа 76.34862 будет храниться мантисса 7 634 862 в объекте класса
Biglnteger, и порядок 5 как целое число типа
int. Таким образом, мантисса может содержать любое количество цифр, а порядок ограничен значением константы
integer.MAX_VALUE. Результат операции над объектами класса
BigDecimal округляется по одному из восьми правил, определяемых следующими статическими целыми константами:
-
ROUND_CEILING — округление в сторону большего
целого;
-
ROUND_DOWN — округление к нулю, к меньшему по модулю целому значению;
-
ROUND_FLOOR — округление к меньшему целому;
-
ROUND_HALF_DOWN — округление к ближайшему целому, среднее значение округляется к меньшему целому;
-
ROUND_HALF_EVEN — округление к ближайшему целому, среднее значение округляется к четному числу;
-
ROOND_HALF_UP — округление к ближайшему целому, среднее значение округляется к большему целому;
- ROUND_UNNECESSARY — предполагается, что результат будет целым, и округление не понадобится;
- ROUND_UP — округление от нуля, к большему по модулю целому значению.
В классе BigDecimal четыре конструктора:
-
BigDecimal (Biglnteger bi) —
объект будет хранить большое целое
bi, порядок равен нулю;
-
BigDecimal (Biglnteger mantissa, int scale) — задается
мантиса mantissa
и неотрицательный порядок scale объекта; если порядок
scale отрицателен, возникает исключительная ситуация;
-
BigDecimal (double d) — объект будет содержать вещественное число удвоенной точности
d; если значение d бесконечно или
NaN, то возникает исключительная ситуация;
-
BigDecimal (String val) — число задается строкой
символов val, которая
должна содержать запись числа по правилам языка Java.
При использовании третьего из перечисленных конструкторов возникает неприятная особенность, отмеченная в документации. Поскольку вещественное число при переводе в двоичную форму представляется, как правило, бесконечной двоичной дробью, то при создании объекта, например,
BigDecimal(0.1), мантисса, хранящаяся в объекте, окажется очень большой. Она показана на рис. 4.5. Но при создании такого же объекта четвертым конструктором,
BigDecimal ("0.1"), мантисса будет равна просто 1.
В Классе переопределены методы
doubleValue(), floatValue(), intValue(),
longValue().
Большинство методов этого класса моделируют операции с вещественными числами. Они возвращают объект класса
BigDecimal. Здесь буква х обозначает объект класса
BigDecimal, буква n — целое значение типа
int, буква r
— способ округления, одну из восьми перечисленных выше констант:
abs() — абсолютное значение объекта this;
add(x) — операция this + х;
divide(х, r) — операция this / х с округлением по способу
r;
divide(х, n, r) — операция this / х с изменением порядка и округлением по способу
r;
mах(х) — наибольшее из
this и х;
min(x) — наименьшее из this и
х;
movePointLeft(n) — сдвиг влево на
n разрядов;
movePointRight(n) — сдвиг вправо на n
разрядов;
multiply(х) — операция this
* х;
negate() — возврзщает
объект с обратным знаком;
scale() — возвращает
порядок числз;
setscaie(n) —
устзнавливает новый порядок n
;
setscaie(n, r) —
устанавливает новый порядок п и округляет
число при необходимости по способу r;
signumo — знак числа,
хранящегося в объекте;
subtract(х) — операция
this - х;
toBiginteger() —
округление числа, хранящегося в объекте;
unscaiedvalue()—возвращает
мантиссу числа.
Листинг 4.4 показывает примеры
использования этих методов, а рис. 4.5 —
вывод результатов.
Рис. 4.5. Методы класса BigDecimal
в программе BigDecimalTest
Листинг 4.4. Методы класса BigDecimal
В программе BigDecimalTest
import java.math.*;
class BigDecimalTest{
public static void main,( String [] args) {
BigDecimal x = new BigDecimal("-12345.67890123456789");
BigDecimal у = new BigDecimal("345.7896e-4");
BigDecimal z = new BigDecimal(new Biglnteger("123456789"),8);
System.out.println("|x| = " +
x.abs());
System.out.println("x + у = " + x.add(y));
System.out.println("x / у = " + x.divide(y, BigDecimal.ROUND__DOWN));
System.out.println("х / у = " +
x.divide(y, 6,
BigDecimal.ROUND_HALF_EVEN));
System.out.println("max(x, y) = " + x.max(y));
System.out.println("min(x, y) = " + x.min(y));
System.out.println("x « 3 = " * x.movePointLeft(3));
System.out.println("x » 3 = " + x.mpvePQintRight(3));
System.out.println("x * у = " + x.multiply(y));
System.out.println("-x = " + x.negate());
System.out.println("scale of x = " + x.scale());
System.out.println("increase scale of x to 20 = " + x.setScale(20));
System.out.println("decrease scale of x to 10 = " +
x.setScale (10, BigDecimal.ROUND_HALF__UP)) ;
System.out.println("sign(x) = " +
x.signum());
System.out.println("x - у = " + x.subtract(y)};
System.out.println("round x = " +
x.toBiglnteger());
System.out.println("mantissa of x = " +
x.unscaledValue());
System.out.println("mantissa of 0.1 =\n= " +
new BigDecimal(0.1).unscaledValue()); } }
Приведем еще один пример. Напишем простенький калькулятор, выполняющий четыре арифметических действий с числами любой величины. Он работает из командной строки. Программа представлена в листинге 4.5, а примеры использования калькулятора — на рис. 4.6.
Листинг 4.5. Простейший калькулятор
import Java.math.*;
class Calc{
public static void main(String[] args){
if (args.length < 3){
System.err.println("Usage: Java Calc operand operator operand");
return;
}
BigDecimal a = new BigDecimal(args[0]);
BigDecimal b = new BigDecimal(args[2]);
switch (args[l].charAt(0)){
case '+': System.out.println(a.add(b)); break;
case '-': System.out.println(a.subtract(b)); break;
case '*': System.out.println(a.multiply(b)); break;
case '/': System.out.println(a.divide(b,
BigDecimal.ROUND_HALF_EVEN)); break;
default : System.out.println("Invalid operator");
}
}
}
Почему символ умножения — звездочка — заключен на рис. 4.6 в кавычки? "Юниксоидам" это понятно, а для других дадим краткое пояснение.
Рис. 4.6. Результаты работы калькулятора
Это особенность операционной системы, а не языка Java. Введенную с клавиатуры строку вначале просматривает командная оболочка (shell) операционной системы, а звездочка для нее — указание подставить на это место все имена файлов из текущего каталога. Оболочка сделает это, и интерпретатор Java получит от нее длинную строку, в которой вместо звездочки стоят имена файлов через пробел.
Звездочка в кавычках понимается командной оболочкой как обычный символ. Командная оболочка снимает кавычки и передает интерпретатору Java то, что надо.
Класс Class
Класс Object, стоящий во главе иерархии классов Java, представляет все объекты, действующие в системе, является их общей оболочкой. Всякий объект можно считать экземпляром класса
Object.
Класс с именем class представляет характеристики класса, экземпляром которого является объект. Он хранит информацию о том, не является ли объект на самом деле интерфейсом, массивом или примитивным типом, каков суперкласс объекта, каково имя класса, какие в нем конструкторы, поля, методы и вложенные классы.
В классе class нет конструкторов, экземпляр этого класса создается исполняющей системой Java во время загрузки класса и предоставляется методом
getciass() класса object, например:
String s = "Это строка";
Class с = s.getClass();
Статический метод forName(string class) возвращает объект класса
class для класса, указанного в аргументе, например:
Class cl = Class.forName("Java,lang.String");
Но этот способ создания объекта класса class считается устаревшим (deprecated). В новых версиях JDK для этой цели используется специальная конструкция — к имени класса через точку добавляется слово
class:
Class c2 = Java.lang.String.class;
Логические методы isArray(),
isIntetface(), isPrimitive() позволяют уточнить, не является ли объект массивом, интерфейсом или примитивным типом.
Если объект ссылочного типа, то можно извлечь сведения о вложенных классах, конструкторах, методах и полях методами
getoeciaredciasses(), getdeclaredConstructors(), getDeclaredMethods(),
getDeclaredFields(), в виде массива классов, соответствейно,
Class, Constructor, Method, Field. Последние три класса расположены в пакете
java.lang.reflect и содержат сведения о конструкторах, полях и методах аналогично тому, как класс
class хранит сведения о классах.
Методы
getClasses(), getConstructors(), getlnterfaces(), getMethods(),
getFieids() возвращают такие же массивы, но не всех, а только открытых членов класса.
Метод getsuperciass() возвращает суперкласс объекта ссылочного типа,
getPackage() — пакет, getModifiers()
— модификаторы класса В битовой форме. Модификаторы можно затем расшифровать методами класса
Modifier из пакета Java.lang.reflect.
Листинг 4.6 показывает применение этих методов, а рис. 4.7 — вывод результатов
Листийс 4.6 tМетоды класса Class в программе
ClassTest
import java.lang.reflect.*;
class ClassTest{
public static void main(String[] args)(
Class с = null, c1 = null, c2 = null;
Field[] fld = null;
String s = "Some string";
с = s.getClass();
try{
cl = Class.forName("Java.lang.String"); // Старый стиль
c2 =
Java.lang.String.class;
// Новый стиль
if
(!c1.isPrimitive())
fid =
cl.getDeclaredFields();
// Все поля класса String
}catch(Exception e){}
System.out.println("Class
c: " + c);
System.out.println("Class
cl: " + cl);
System,out.println("Class
c2: " + c2);
System.out.printlnt"Superclass c: " +
c.getSuperclass());
System.out.println("Package
c: " + c.getPackageO);
System.out.printlnf"Modifiers
c: " + c.getModifiers());
for(int i = 0; i <
fid.length; i++)
System.out.println(fld[i]);
}
}
Методы, возвращающие свойства классов, вызывают исключительные ситуации, требующие обработки. Поэтому в программу введен блок
try{} catch() {}. Рассмотрение обработки исключительных ситуаций мы откладываем до главы 16.
Рис. 4.7. Методы класса Class в программе
ClassTest
|