Н.А. Вязовик - Программирование на Java

10. Лекция: Операторы и структура кода. Исключения

После ознакомления с типами данных в Java, правилами объявления классов и интерфейсов, а также с массивами, из базовых свойств языка остается рассмотреть лишь управление ходом выполнения программы. В этой лекции вводятся важные понятия, связанные с данной темой, описываются метки, операторы условного перехода, циклы, операторы break и continue и другие. Следующая тема посвящена более концептуальным механизмам Java, а именно работе с ошибками или исключительными ситуациями. Рассматриваются причины возникновения сбоев, способы их обработки, объявление собственных типов исключительных ситуаций. Описывается разделение всех ошибок на проверяемые и непроверяемые компилятором, а также ошибки времени исполнения.

Управление ходом программы

Управление потоком вычислений является фундаментальной основой всего языка программирования. В данной лекции будут рассмотрены основные языковые конструкции и способы их применения.

Синтаксис выражений весьма схож с синтаксисом языка С, что облегчает его понимание для программистов, знакомых с этим языком, и вместе с тем имеется ряд отличий, которые будут рассмотрены позднее и на которые следует обратить внимание.

Порядок выполнения программы определяется операторами. Операторы могут содержать другие операторы или выражения.

Нормальное и прерванное выполнение операторов

Последовательность выполнения операторов может быть непрерывной, а может и прерываться (при возникновении определенных условий). Выполнение оператора может быть прервано, если в потоке вычислений будут обнаружены операторы

break

continue

return

Тогда управление будет передано в другое место (в соответствии с правилами обработки этих операторов, которые мы рассмотрим позже).

Нормальное выполнение оператора может быть прервано также при возникновении исключительных ситуаций, которые тоже будут рассмотрены позднее. Явное возбуждение исключительной ситуации с помощью оператора throw также прерывает нормальное выполнение оператора и передает управление выполнением программы (далее просто управление) в другое место.

Прерывание нормального исполнения всегда вызывается определенной причиной. Приведем список таких причин:

break (без указания метки );

break (с указанием метки );

continue (без указания метки );

continue (с указанием метки );

return (с возвратом значения);

return (без возврата значения);

throw с указанием объекта Throwable, а также все исключения, вызываемые виртуальной машиной Java.

Выражения могут завершаться нормально и преждевременно (аварийно). В данном случае термин "аварийно" вполне применим, т.к. причиной необычной последовательности выполнения выражения может быть только возникновение исключительной ситуации.

Если в операторе содержится выражение, то в случае его аварийного завершения выполнение оператора тоже будет завершено преждевременно (т.е. нормальный ход выполнения оператора будет нарушен).

В том случае, если в операторе имеется вложенный оператор и его завершение происходит ненормально, то так же ненормально завершается оператор, содержащий вложенный (в некоторых случаях это не так, что будет оговариваться особо).

Блоки и локальные переменные

Блок - это последовательность операторов, объявлений локальных классов или локальных переменных, заключенных в скобки. Область видимости локальных переменных и классов ограничена блоком, в котором они определены.

Операторы в блоке выполняются слева направо, сверху вниз. Если все операторы (выражения) в блоке выполняются нормально, то и весь блок выполняется нормально. Если какой-либо оператор (выражение) завершается ненормально, то и весь блок завершается ненормально.

Нельзя объявлять несколько локальных переменных с одинаковыми именами в пределах видимости блока. Приведенный ниже код вызовет ошибку времени компиляции.

public class Test {

public Test() {

}

public static void main(String[] args) {

Test t = new Test();

int x;

lbl: {

int x = 0;

System.out.println("x = " + x);

}

}

}

В то же время не следует забывать, что локальные переменные перекрывают видимость переменных-членов. Так, следующий пример отработает нормально.

public class Test {

static int x = 5;

public Test() { }

public static void main(String[] args) {

Test t = new Test();

int x = 1;

System.out.println("x = " + x);

}

}

На консоль будет выведено x = 1.

То же самое правило применимо к параметрам методов.

public class Test {

static int x;

public Test() {

}

public static void main(String[] args) {

Test t = new Test();

t.test(5);

System.out.println("Member value x = " + x);

}

private void test(int x) {

this.x = x + 5;

System.out.println("Local value x = " + x);

}

}

В результате работы этого примера на консоль будет выведено:

Local value x = 5

Member value x = 10

На следующем примере продемонстрируем, что область видимости локальной переменной ограничена областью видимости блока, или оператора, в пределах которого данная переменная объявлена.

public class Test {

static int x = 5;

public Test() {

}

public static void main(String[] args) {

Test t = new Test(); {

int x = 1;

System.out.println("First block x = " + x);

}

{

int x = 2;

System.out.println("Second block x =" + x);

}

System.out.print("For cycle x = ");

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

System.out.print(" " + x);

}

}

}

Данный пример откомпилируется без ошибок и на консоль будет выведен следующий результат:

First block x = 1

Second block x =2

For cycle x = 0 1 2 3 4

Следует помнить, что определение локальной переменной есть исполняемый оператор. Если задана инициализация переменной, то выражение исполняется слева направо и его результат присваивается локальной переменной. Использование неинициализированных локальных переменных запрещено и вызывает ошибку компиляции.

Следующий пример кода

public class Test {

static int x = 5;

public Test() {

}

public static void main(String[] args) {

Test t = new Test();

int x;

int y = 5;

if( y > 3) x = 1;

System.out.println(x);

}

}

вызовет ошибку времени компиляции, т.к. возможны условия, при которых переменная x может быть не инициализирована до ее использования (несмотря на то, что в данном случае оператор if(y > 3) и следующее за ним выражение x = 1; будут выполняться всегда).

Пустой оператор

Точка с запятой (;) является пустым оператором. Данная конструкция вполне применима там, где не предполагается выполнение никаких действий. Преждевременное завершение пустого оператора невозможно.

Метки

Любой оператор, или блок, может иметь метку. Метку можно указывать в качестве параметра для операторов break и continue. Область видимости метки ограничивается оператором, или блоком, к которому она относится. Так, в следующем примере мы получим ошибку компиляции:

public class Test {

static int x = 5;

static {

}

public Test() {

}

public static void main(String[] args) {

Test t = new Test();

int x = 1;

Lbl1: {

if(x == 0) break Lbl1;

}

Lbl2: {

if(x > 0) break Lbl1;

}

}

}

В случае, если имеется несколько вложенных блоков и операторов, допускается обращение из внутренних блоков к меткам, относящимся к внешним.

Этот пример является вполне корректным:

public class Test {

static int x = 5; static {

}

public Test() {

}

public static void main(String[] args) {

Test t = new Test();

int L2 = 0;

Test: for(int i = 0; i< 10;i++) {

test: for(int j = 0; j< 10;j++) {

if( i*j > 50) break Test;

}

}

}

private void test() {

;

}

}

В этом же примере можно увидеть, что метки используют пространство имен, отличное от пространства имен переменных, методов и классов.

Традиционно использование меток не рекомендуется, особенно в объектно-ориентированных языках, поскольку серьезно усложняет понимание порядка выполнения кода, а значит, и его тестирование и отладку. Для Java этот запрет можно считать не столь строгим, поскольку самый опасный оператор goto отсутствует. В некоторых ситуациях (как в рассмотренном примере с вложенными циклами) использование меток вполне оправданно, но, конечно, их применение следует ограничивать лишь самыми необходимыми случаями.

Оператор if

Пожалуй, наиболее распространенной конструкцией в Java, как и в любом другом структурном языке программирования, является оператор условного перехода.

В общем случае конструкция выглядит так:

if (логическое выражение) выражение или блок 1

else выражение или блок 2

Логическое выражение может быть любой языковой конструкцией, которая возвращает булевский результат. Отметим отличие от языка C, в котором в качестве логического выражения могут использоваться различные типы данных, где отличное от нуля выражение трактуется как истинное значение, а ноль - как ложное. В Java возможно использование только логических выражений.