Основы Java

Программирование

это процесс написания программ

Программа

последовательность команд для компьютера

Алгоритм

последовательность инструкций исполнителю, приводящая к желаемому результату за конечное число действий

Входные данные

то что имеем
перед выполнением алгоритма

Выходные данные

результат выполнения алгоритма

Из чего состоит программа?

состоит из команд (инструкций)

Машинный код (исходный код)

это команды для процессора.

Для чего нужны программы-трансляторы?

используются для того чтобы перевести текст программы (исходный код) в машинный код

Какие существуют виды трансляторов?

Компиляторы и интерпретаторы.

Что делает компилятор?

Анализирует весь исходный код, проверяет на наличие ошибок, и после этого переводит текст программы целиком в машинный код. Обычно на выходе получается файл с машинным кодом.

Что делает интерпретатор?

Работает с исходным кодом построчно: берет очередную инструкцию из исходного кода, переводит ее в машинный код и тут же исполняет. На выходе не создается файл с машинным кодом, а при каждом запуске программы, перевод выполняется заново.

На какие виды делятся языки программирования по виду используемого транслятора?

Компилируемые и интерпретируемые. Java использует комбинацию этих подходов.

Для чего нужна интегрированная среда разработки
(Integrated Development Environment сокращенно IDE)?

Для повышения продуктивности процесса разработки.

Что включает в себя интегрированная среда разработки
(Integrated Development Environment сокращенно IDE)?

Текстовый редактор, средства для компиляции и запуска программ, средства отладки.

Распространенные IDE для Java

– IntelliJ IDEA;
– Eclipse;
– NetBeans.

Что означает кроссплатформенный язык?

это означает что созданное приложение может запускаться на нескольких операционных системах.

Чем занимается сборщик мусора (Garbage collector)?

отслеживает данные, которые стали неиспользуемыми, и освобождает занимаемую ими память.

Виртуальная машина Java

это среда исполнения Java. Она необходима для запуска Java приложений на компьютере.

Виртуальную машину можно получить в составе:

‒ JRE (Java Runtime Environment) для обычных пользователей, только для запуска программ;
‒ JDK (Java Development Kit) для разработчиков, дополнительно содержит утилиты для разработки, документацию и др.

Блок кода

это код заключенный в фигурные скобки.

С какой функции начинается исполнение программы?

Main

Описание модели исполнения Java

1. Исходный код (файлы .java);
2. Компиляция (компилятор Java javac);
3. Байт код (IL);
4. Виртуальная машина Java (JIT-компилятор);
5. Виртуальная машина Java (Машинный код);
6. Исполнение операционной системой.

Тип данных

это вид данных с одинаковой структурой и поведением. (Пример: целые числа, строки)

Литерал

это значение типа, которое встречается непосредственно в коде.

Переменная

ячейка памяти компьютера, которая может хранить в себе одно значение заданного типа

Ключевые (зарезервированные) слова

слова, которые имеют специальный смысл. Эти слова нельзя использовать в качестве имен переменных

Конкатенация

это объединение строк друг с другом.

Приведение типа

преобразование значения одного типа в значение другого типа.

Группы преобразования числовых типов

Безопасные (без потери данных) и небезопасные (с потерей данных).

Строка форматирования

строка, некоторые части которой имеют особый смысл. Такие части начинаются с символа % и называются спецификаторами формата.

Конъюнкция (логическое И)

истинна (результат - true) только если истинны все подвыражения (все подвыражения дают true).

Дизъюнкция (логическое ИЛИ)

истинна если истинно хотя бы одно подвыражение.

Отрицание (логическое НЕ)

обращение значения выражения

Исключающее ИЛИ (XOR)

истинно если истинно ровно одно подвыражение.

Что приоритетнее && или ||?

Оператор && имеет больший приоритет, чем ||

Законы де Моргана

!(a&&b) <=> !a||!b;
!(a||b) <=> !a&&!b.

Дистрибутивность

a&&(b||c) <=> (a&&b)||(a&&c);
a||(b&&c) <=> (a||b)&&(a||c).

Иденпотентность

a&&a <=> a;
a||a <=> a.

Двойное отрицание

!!a <=> a

Аксиомы

a&&!a <=> false;
a||!a <=> true.

Выражение

это конструкция языка, которая выдает результат некоторого типа (литералы, переменные, функции типа Math.sqrt).

Является ли тернарный оператор выражением?

является выражением.

Можно ли сравнивать вещественные числа через знак "=="?

Для вещественных чисел нельзя использовать проверку на равенство при помощи "==".

Проверка на равенство вещественных чисел

|a - b| <= epsilon

Проверка на то что вещественные числа не равны

|a - b| > epsilon

Проверка что одно вещественное число больше другого

a - b > epsilon

Константа

это переменная, значение которой нельзя изменить.

Инкремент

увеличение значения переменной на еденицу.

Декремент

уменьшение значения переменной на единицу.

Вариант x++; и x--; называется?

постфиксным. Запоминает значение до инкремента/декремента, затем выполняет инкремент/декремент, а затем выдает запомненное старое значение.

Вариант ++x; и --x; называется?

префиксным. Выполняет инкремент/декремент и выдает новое значение.

Цикл

это исполнение одного и того же блока кода пока выполняется некоторое условие.

Итерация

Одно выполнение тела цикла

Тело цикла

код который выполняется внутри цикла.

Условие цикла

условие продолжения цикла. Проверяется перед началом каждой итерации.

Зацикливание

бесконечное выполнение цикла.

Отладка программы (debug)

процесс поиска ошибок

Точка останова (breakpoints)

Позволяют остановить исполнение программы в указанном месте, когда поток исполнения достигнет его.

Инициализация в цикле for

установка начальных значений счетчиков. Выполняется 1 раз при входе в цикл.

Модификация в цикле for

изменение значений счетчиков. Выполняется после каждой итерации.

Локальная переменная

переменные, объявленные внутри функции.

Область видимости

часть кода внутри функции, откуда можно обратиться к этой переменной.

Функция

это часть программы, к которой можно обращаться как к одной команде.

Из чего состоит функция?

1. модификатор видимости;
2. отношение к классу;
3. тип результата;
4. название функции;
5. список аргументов;
6. тело функции.

Модификатор видимости

это ключевое слово, которое задает уровень доступа к функции.

Нужно ли создавать объект при вызове static функции?

Если функция объявлена как static, то чтобы вызвать ее, нам не нужно создавать объект, мы можем обратиться к ней по имени класса, в котором она объявлена.

Перегрузка функций (overload)

несколько функций в одном классе с одинаковым названием, но отличающиеся набором аргументов.

Парадигмы программирования

это совокупность идей и понятий, определяющих стиль написания компьютерных программ.

Каким языком является Java?

Java является объектно-ориентированным языком.

Объект

это некоторая конкретная сущность (предмет, явление). Например: стол, кошка, гроза и т.д. Другое определение - это экземпляр класса.

Какими характеристиками обладает объект?

1. состояние;
2. поведение;
3. уникальность.

Состояние объекта

это набор характеристик объекта и их значений в данный момент времени.

Поведение объекта

это действия, которые может совершать объект и как объект может реагировать на воздействие со стороны других объектов.

Уникальность объекта

то, что отличает его от других объектов.

Класс

это вид объектов с одинаковой структурой и поведением.

Экземпляр класса

объект принадлежащий некоторому классу.

Какие принципы ООП вы знаете?

1. абстракция;
2. инкапсуляция;
3. наследование;
4. полиморфизм.

Абстракция (принцип ООП)

выделение существенных характеристик объекта и существенного поведения, и отбрасывание несущественных характеристик и поведения.

Инкапсуляция (принцип ООП)

механизм языка, позволяющий объединить данные и методы, работающие с этими данными, в единый объект, и скрыть детали реализации от пользователя кода.

Наследование (принцип ООП)

процесс создания на основе старого класса нового класса, который может переопределять
члены класса-родителя и добавлять новые члены.

Полиморфизм (принцип ООП)

свойство, при котором сущности с
одинаковым интерфейсом ведут себя по-разному.

this

ключевое слово, обозначающее текущий объект (для которого вызвана функция).

Конструктор

специальная функция, которая позволяет создать и инициализировать экземпляр класса.

Классы-утилиты

это классы которые содержат только статические методы и статические константы. Например класс Math.

Пакеты

это отдельный модуль (пространство имен), которому соответствует одноименный каталог (папка). Пакет содержит библиотеки (группы) классов. Эти классы объединены между собой в одном пространстве имен или пакете. Количество реализованных классов в пакете неограничено. Классы, которые объявляются в пакете, реализуются в файлах с расширением *.java.

Зачем нужны пакеты

• лучше структурировать файлы проекта;
• не делать вспомогательные классы доступными вне пакета, внутри которого они объявлены. То есть пакеты также являются средством инкапсуляции;
• избежать конфликтов имен. Благодаря пакетам можно давать разным классам одинаковые имена, если эти классы лежат в разных пакетах.

Категории типов данных

value type (типы значений) и reference type (ссылочные типы).

Какие типы данных относятся к value type?

1. Числовые целые: byte, short, int, long;
2. Вещественные числа: float, double;
3. bool;
4. char.

Какие типы данных относятся к reference type?

Классы (объявленные как class наследуемые от класса Object). Например: string, array и т.д.

Куча (heap)

это область памяти, выделенная ОС для использования приложением.

Ссылка (reference)

это некоторая сущность, указывающая на данные, но не хранящая их.

Указатель (pointer)

это переменная, которая может хранить адрес в памяти (целое число). В Java в языке нет указателей, вместо них
используются ссылки.

Что нужно использовать для сравнения объектов?

нужно использовать метод equals.

Что означает null?

означает пустую ссылку, то есть адрес, который не указывает ни на какой объект.

Массив

это тип данных, который хранит в себе фиксированное количество элементов одного типа.

Массив является value или reference type?

являются объектами (ссылочными типами).

Какой вид цикла следует применить, если нужно пройтись по массиву и неважен индекс?

следует применять специальную версию цикла for.

Например:
for(int e: array) {System.out.println(e);}

Многомерный массив

это массив, элементами которого являются массивы.

Какие существуют виды многомерных массивов?

есть два варианта:
• Массив вложенных массивов;
• Многомерная таблица.

Стек

это структура данных, которая работает по принципу «последний вошел – первый вышел» (LIFO - Last in, first out).

Стек вызовов

стек, который хранит порядок вызова функций друг из друга.

Адрес возврата

это адрес памяти, где находится код, который должен исполняться после завершения функции.

Рекурсия

это вызов функцией самой себя.

Хвостовая рекурсия

вариант рекурсии, при котором рекурсивный вызов функции происходит последней операцией в функции.

Временная сложность

это количество элементарных операций, требуемых в ходе выполнения алгоритма.

Константная временная сложность

О(1). Например, доступ по индексу массива, не зависит от длины массива.

Логарифмическая временная сложность

𝑂(log2 𝑁). Например, бинарный поиск.

Линейная временная сложность

O(N). Цикл по массиву. Например, линейный поиск или поиск максимума.

Какую временную сложность имеет пирамидальная сортировка?

𝑂(𝑁 ∗ log2 𝑁)

Квадратичная временная сложность

O(𝑁^2). Два вложенных цикла по массиву. Например, сортировки.

Какие есть степенные сложности алгоритмов?

квадратичная, кубическая и т.д.

Сортировка

это упорядочивание элементов массива в определенном порядке (например, в порядке не убывания).

Какие виды классификации сортировок вы знаете?

1. устойчивая сортировка;
2. естественная сортировка;
3. внутренняя сортировка;
4. внешняя сортировка.

Устойчивая сортировка

не меняет взаимного положения равных элементов.

Естественная сортировка

алгоритм хорошо работает на частично или полностью упорядоченных данных.

Внутренняя сортировка

работает с массивом, целиком помещающимся в памяти и быстрым доступом по любому индексу.

Внешняя сортировка

работает с большими структурами данных с последовательным доступом, не помещающимися в оперативную память. Например, это сортировка файлов или списков.

Какие сортировки вы помните?

1. сорт. выбором;
2. сорт. пузырьком;
3. сорт. вставками;
4. сорт. быстрая;
5. сорт. пирамидальная.

Можно ли изменить объект строки после создания?

они являются неизменяемыми объектами.

Для чего используется класс StringBuilder?

используется для формирования больших строк.

Абсолютный путь

это полный путь (в Windows - с полным указанием буквы диска и т.д.).
Например: F:\Users\Pavel\input.txt

Относительный путь

это путь относительно некоторой папки.
Например: folder\input.txt

Что означает одна точка в относительном пути?

означает текущую папку т.е. эквивалентно: input.txt = .\input.txt

Что означают две точки в относительном пути?

означают родительскую папку.
Например: ..\input.txt

Регулярные выражения

это специальный язык для поиска подстрок в тексте. Они позволяют найти подстроки, соответствующие некоторому шаблону, а потом с этими подстроками можно работать – получать, заменять, удалять и т.д.

Инвертирование изображения

Rresult = 255 – R;
Gresult = 255 – G;
Bresult = 255 – B.

Как перевести изображение в серый цвет?

Rresult = Gresult = Bresult = 0.3R + 0.59G + 0.11B

Функция насыщения

обработка выхода из диапазона от 0 до 255:
sat(x) = 0, x < 0;
sat(x) = x, x Є [0,255];
sat(x) = 255, x > 255.

Гамма-коррекция

Rresult = sat(r^Y);
g и b – аналогично. Y – некоторое вещественное число. Результат округляем при помощи Math.Round.

Яркость изображения

Rresult = sat(R + x).
где x – некоторое число. Аналогично для g и b компонент.

Контраст

Rresult = sat(x(R – 127.5) + 127.5).
где x – некоторое число. Аналогично для g и b компонент.