Una primera reflexión acerca de Java

Transcripción

1 Contenido XIX Una primera reflexión acerca de Java La empresa Sun Microsystems anunció formalmente el nacimiento de Java en mayo de 1995 en una conferencia del sector industrial de computación. La promesa de que la tecnología Java 1 se convertiría en un aglutinante o integrador (universal glue fue el término original empleado) que conectaría a los usuarios con la información procedente de servidores web, bases de datos, proveedores de información o cualquier otra fuente de información imaginable, comenzó pronto a hacerse una realidad palpable. Java se granjeó la atención de la comunidad tecnológica y de negocios. La expansión de la World Wide Web, que por aquella época comenzó su expansión después de su nacimiento en los primeros años de esa década, de la mano de su creador Tim Berners-Lee, y la posibilidad de Java como herramienta para su uso en los primeros navegadores convirtió pronto a esta tecnología en un referente en los negocios y en la industria. Java se utiliza hoy día con gran profusión en las empresas y es clave en el desarrollo de la web; sus características de seguridad tanto para desarrolladores como para usuarios fortalecieron su uso. Java se utiliza actualmente en el desarrollo de grandes proyectos tecnológicos empresariales, para soportar y mejorar la funcionalidad de los servidores web (los equipos que proporcionan los contenidos que visualizamos a diario en navegadores como Firefox, Explorer, Chrome, Opera o Safari), aplicaciones para cualquier tipo de dis positivos, desde teléfonos celulares hasta reproductores de audio, video, fotografía o videoconsolas; así como para dispositivos embebidos en los grandes sistemas de comunicación como aviones, barcos, trenes, etcétera. Java también presenta características de programación avanzada, lo que le hace muy útil para realizar tareas tales como programar redes o conectar bases de datos y proyectos concurrentes. Desde su presentación en 1996, Sun (ahora propiedad de Oracle) ha lanzado siete versiones importantes de Java: 1.0, 1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 5.0 y 6 2 y ya anunció Java 7, la cual se encuentra en fase de pruebas, así como Java 8. Oracle anunció el 19 de noviembre de 2010 que el Java Development Kit (JDK) de la versión 7 estará disponible el 28 de julio de Ese mismo día también anunció que las especificaciones de Java 7 y Java 8 iniciaban el proceso de aprobación por el Community Process Executive Committe. El 14 de enero de 2011 Oracle, a través del blog de Mark Reinhold, 3 arquitecto jefe de Java anunció que el JDK 7 Project ha sido terminado y el 3 de febrero anunció, en el mismo blog, que el borrador de JDK 7 está disponible para preguntas, comentarios y sugerencias. La versión 7 y, naturalmente, la más lejana Java 8, entendemos que convivirá durante los próximos años con las versiones anteriores. En los últimos años, la interfaz de programación de aplicaciones (API, application programming interface) creció desde 20 clases a más de (3 777 en Java 6) y probablemente superarán las en la futura versión. Las API actuales generan desarrollos 1 Término empleado porque es mucho más que un lenguaje de programación. 2 La versión existente en el sitio web de Oracle en el momento de la revisión final de este libro era Java Platform, Standard Edition (SE) versión 6 update 24 (JDK y JDR), misma que se puede descargar en: 3 El blog de Mark Reinhold se encuentra en la dirección: 00_Joyanes Preliminares.indd XIX 12/5/11 12:50:02

2 XX para áreas tan diversas como construcción de interfaces gráficas de usuario, gestión y administración de bases de datos, seguridad, procesamiento con XML, etcétera. Por todas estas y muchas más razones (que no alcanza a cubrir esta breve introducción pero que iremos conociendo a lo largo del libro y en su página web asociada y que el lector apreciará a medida que avance su formación, ya sea dirigida por sus maestros y profesores o de manera autodidacta si lo lee en solitario o en grupo de trabajo), Java se ha convertido en un lenguaje de programación clave en la formación tanto en universidades como en institutos tecnológicos o centros de formación profesional. La versatilidad de Java permite que los planes de estudio consideren su enseñanza de muy diversas maneras, en asignaturas de iniciación a la programación de computadoras y a continuación, programación orientada a objetos, o bien como continuación de otras asignaturas como Fundamentos de programación o Programación I, en otros lenguajes, ya sean algorítmicos con pseudocódigo o estructurados como Pascal o C, o complemento de otros lenguajes orientados a objetos como C++. El libro se basa en las características fundamentales de Java Standard Edition (SE) 6, conocida popularmente como Java 6 y es compatible con las anteriores 5.0 y 2 porque así fue desarrollada por sus creadores; también servirá para Java 7, al menos en lo relativo a las características, sintaxis y estructuras del lenguaje. Por qué hemos escrito este libro y a quién va dirigido? Bienvenido a Programación en Java 6. Este libro se ha diseñado para un primer curso de Programación de Computadoras (Fundamentos o Metodología de programación y/o Programación I) según los diferentes nombres de los currículos de los países iberoamericanos, incluyendo lógicamente España, Portugal y Brasil, y su con tinuación en Programación II o Programación orientada a objetos, como evolución natural del estudiante en carreras de Ingeniería de Sistemas Computacionales (Sistemas), Ingeniería Informática (los actuales grados de Ingeniería en España), otras Ingenierías como Telecomunicaciones, Industriales, Electrónica, Geográfica, Mecánica, etcétera y también pensando en el tronco común de Ciencias Matemáticas, Físicas (carrera de los autores), etcétera. En el ámbito sajón o en las instituciones que sigan el currículo de Computer Science de ACM, el libro sigue las directrices de CS1 y CS2. La programación de computadoras sigue exigiendo en la segunda década del siglo xxi una formación fuerte en algoritmos y en técnicas básicas de programación, así como un curso de programación orientada a objetos, junto al manejo de técnicas especiales de ordenación y búsqueda en listas, archivos y flujos, y otras propiedades importantes en el estudio algorítmico como recursividad o recursión. Hoy día las materias anteriores deben complementarse con un conocimiento de interfaces gráficos de usuario y los primeros pasos en programación de aplicaciones para la web mediante los navegadores en internet antes citados. Java es el lenguaje de programación moderno que permite el aprendizaje y la formación de todas las técnicas mencionadas; razón fundamental por la que decidimos escribir este libro. Aprovechamos la experiencia adquirida en nuestra primera obra de Java, Programación en Java 2, así como la de nuestra obra avanzada Estructura de datos en Java, además de otras obras nuestras utilizadas en la comunidad universitaria universidades, institutos tecnológicos y escuelas de ingeniería tales como Fundamentos de programación, Programación en C y Programación en C++. Con la realimentación, consejos y propuestas que nos proporcionaron los alumnos, lectores y autodidactas, y sobre todo maestros y profesores, hemos escrito este libro tratando de llegar al mayor número posible de personas en el ámbito iberoamericano. 00_Joyanes Preliminares.indd XX 12/5/11 12:50:02

3 Prólogo XXI Hoy en día, los estudiantes universitarios de primeros cursos navegan por internet y utilizan sus computadoras para diseñar sus proyectos de clase; muchas otras personas navegan en internet para buscar información y comunicarse con otros individuos. Todas estas actividades son posibles porque existen programas de computadora o software, desarrollados por personas que utilizan los lenguajes de programación (programadores). Java es el lenguaje de programación que, en la actualidad y en el futuro, permite realizar todas estas tareas; fue creado para facilitar tareas generales y específicas de programación y desarrollo profesional y es actualizado de forma continua. Nuestro objetivo principal es enseñarle cómo debe escribir programas en el lenguaje de programación Java, pero antes de que usted comience su aprendizaje, consideramos muy importante que comprenda la terminología de programación y por ello, pensando sobre todo en los estudiantes que se inician en ella, hemos escrito los capítulos 1 y 2 a modo de breve curso de introducción a Fundamentos de programación 4 o a Programación I. Cómo usar este libro? El principal enfoque de esta obra es su destino final, aprendizaje de la programación y, en particular, la programación en Java. Pretendemos, apoyándonos en nuestra larga experiencia, ofrecer un servicio a los estudiantes que se inician en la programación de computadoras como primera herramienta o aquellos que procedan de asignaturas basadas en algoritmos y programación estructurada y que han utilizado en su aprendizaje de pseudocódigo o lenguajes de programación clásicos tales como Pascal, C, e incluso Fortran porque todavía algunas escuelas de ciencias e ingeniería siguen utilizándolo como herramienta de aprendizaje debido a su larga tradición; de hecho los autores de este libro aprendieron a programar con dicho lenguaje en la carrera de Ciencias Físicas y por ello podemos dar fe de su uso. También va dirigido a aquellos alumnos que desean introducirse a la programación orientada a objetos posteriormente en la organización del libro mostraremos nuestra propuesta de curso de orientación a objetos o que migran del lenguaje C++, o quieren introducirse en Java directamente por sus características especiales. Java es un lenguaje muy potente; además de las características tradicionales de todo lenguaje, generalmente orientado a objetos, dispone de herramientas para proporcionar soporte para crear programas que utilicen una interfaz gráfica de usuario (IGU o GUI, graphical user interface). Por estas circunstancias el libro se puede utilizar de tres formas diferentes, cuya elección debe hacer el lector o, en el caso de enseñanza reglada, por el maestro o profesor y que proponemos a continuación: Enfoque integrado. Recomendado para los alumnos que se inician en asignaturas como Programación I, Fundamentos de programación, etcétera o en modo autodidacta; los capítulos se deben estudiar secuencialmente. Enfoque de programación orientada a objetos. Dirigida a los alumnos que deseen una formación básica de programación y, a continuación, seguir la asignatura de Programación orientada a objetos; los capítulos 1 a 6 se estudiarán en orden secuencial o según la conveniencia del lector, y a partir de su conocimiento, los capítulos 7 a 9 y 12 a 17, dejando los capítulos 10 y 11 para su estudio en el momento que considere el lector; posteriormente estudiar los capítulos 18 al Si desea profundizar en este tema con la ayuda de un lenguaje algorítmico, como el pseudocódigo, le sugerimos consultar la bibliografía recomendada en la página web del libro o nuestra obra Fundamentos de programación, 4a. edición, o el Portal Tecnológico y de Conocimiento de McGraw-Hill ( que consideramos útiles. 00_Joyanes Preliminares.indd XXI 12/5/11 12:50:02

4 XXII Enfoque de interfaz gráfica de usuario. En este caso se recomienda comenzar con los capítulos básicos 1 a 6 en secuencia, estudiar los capítulos 10 y 11, y a continuación pasar a los capítulos 20 al 22; lo cual implica omitir los capítulos de objetos: 7 a 9, para estudiarlos a su conveniencia, y, posteriormente, 12 a 17; los capítulos 18 y 19 los podrá estudiar en cualquier momento a partir del capítulo 11. Todo el código fuente, explicaciones, ejemplos y ejercicios, fueron escritos, compilados y ejecutados para asegurar la calidad con Java 6 y, en muchos casos, hemos probado la versión 7.0, disponible en el sitio oficial de Oracle y que recomendamos y utilizamos a lo largo del libro, lo puede consultar en el Apéndice F. Página web del libro (OLC) En la página web oficial del libro ( el lector podrá encontrar la siguiente documentación: Apéndices específicos de la web que complementan los de la edición impresa. Talleres prácticos complementarios con temas teórico-prácticos para ampliar y profundizar determinados capítulos del libro. Código fuente de los programas más notables del libro, junto con los correspondientes a los ejemplos y ejercicios desarrollados y explicados en el libro. Bibliografía y sitios web recomendados con enlaces destacados, sitios de fabricantes, revistas y periódicos online. Enlaces web recomendados por Oracle/Sun. Enlace con el Portal Tecnológico y de Conocimiento ( Documentación actualizada de la plataforma Java. Tutoriales y cursos de programación en Java y otra documentación complementaria en formato de PowerPoint. Documentación complementaria de todo tipo para programadores y desarrolladores. Organización del libro Java reúne las características de un lenguaje de programación tradicional con enfoque orientado a objetos, dispone de una extensión y una enorme biblioteca de clases que aumenta con cada versión (ver capítulo 1, tabla 1.4) y con entornos de desarrollo tradicionales, sin uso de interfaces gráficas de usuario y de programación en la web y características de un lenguaje de programación moderno con una interfaz gráfica de usuario y posibilidad de escribir programas específicos web (applets) que pueden correr en navegadores, como Firefox de Mozilla, Explorer de Microsoft, Chrome de Google, Safari de Apple, etcétera, y que seguramente, usted utiliza a diario en su institución, hogar, o en su teléfono celular. Intentamos conjugar ambas características de Java y aunque anteriormente dimos consejos prácticos para utilizar este libro, ahora comentamos a detalle cómo organizamos el libro y su contenido. El capítulo 1 introduce al lector en la historia de las computadoras, la web y los lenguajes de programación; el lector puede saltar total o parcialmente el capítulo si está familiarizado con estos conceptos. Sin embargo, sugerimos que lea los apartados dedicados a la web y cloud computing (computación en la nube), la plataforma de internet que facilitará el uso del software como un servicio, así como del hardware y otros componentes de computación. En este capítulo también describimos las características principales de Java y de la máquina virtual Java, la potente herramienta que desarrollaron los creadores del lenguaje para hacer a Java independiente de la plataforma sobre la que trabaje el programador. 00_Joyanes Preliminares.indd XXII 12/5/11 12:50:02

5 Prólogo XXIII El capítulo 2 se pensó para lectores sin formación previa en programación; describe el procedimiento de resolución de problemas con computadoras y el proceso de ejecución de un programa Java; también explica las metodologías de programación típicas y tradicionales basadas en clases (orientación a objetos), así como los entornos más popula res de desarrollo integrados de Java. También se presentan las técnicas tradicionales de programación estructurada junto con las técnicas de programación orientada a objetos. En el capítulo 3 se describen los elementos básicos de Java con énfasis en las plataformas Java SE 5.0 y Java 6, anunciando la futura Java SE 7 que posiblemente estará disponible a partir del año Explica con detenimiento la estructura general de un programa en Java, así como los elementos que la componen. Estos tres primeros capítulos conforman un breve curso de introducción a la programación y su comprensión permitirá iniciarse a pleno rendimiento en la programación en Java. En esta primera parte se mezclan los importantes conceptos de algoritmos, programas, entornos de desarrollo y la construcción de los primeros programas en Java junto con las metodologías de programación tradicionales y orientadas a objetos. El capítulo 4 describe todos los operadores y expresiones que las computadoras necesitan para realizar cualquier tipo de cálculo aritmético, lógico y de manipulación de bits, junto con los operadores necesarios para toma de decisiones, conversión de tipos de datos así como la prioridad y asociatividad que deben cumplir los operadores en la escritura y ejecución de expresiones. Los capítulos 5 y 6 tratan sobre las estructuras de control que permiten alterar el flujo de control secuencial de las instrucciones de un programa y que se dividen en dos grandes grupos: a) secuenciales y b) repetitivas o iterativas. El capítulo 7 se dedica a analizar los fundamentos teóricos de la programación orientada a objetos (POO); describe sus principios fundamentales junto con los conceptos de clases y objetos, elementos clave de este tipo de programación; también hace una introducción a UML, el lenguaje de modelado unificado por excelencia, empleado en la mayoría de los proyectos de desarrollo profesional a los que el programador se enfrentará en su vida laboral. Los capítulos 8 y 9 se centran en el análisis y diseño de clases y objetos así como en los métodos que forman parte de ellos; introduce la declaración de tales elementos y su implementación. Explica los conceptos importantes de paquetes y de biblioteca de clases, características sobresalientes y diferenciadoras de Java; analiza los métodos y las clases predefinidas junto con los métodos y clases definidos por el usuario. El capítulo 10 cubre las primeras estructuras de datos que estudiará el lector: arreglos o arrays, listas y tablas, desde un punto de vista práctico; el capítulo amplía y presta atención especial a lo explicado en el capítulo 6 respecto al bucle for each que fue introducido por primera vez en Java 5.0 y que permite hacer recorridos en arreglos. El capítulo examina los diferentes tipos de arreglos y la clase Vector y ArrayList que facilitan la manipulación de datos y algoritmos de búsqueda en listas. El capítulo 11 se centra en el estudio de las cadenas (strings) o secuencias de caracteres tan necesarias en la manipulación de datos de texto; estudia la clase String para manipular todo tipo de operaciones con cadenas. El capítulo 12 es la prolongación de los capítulos 8 y 9, profundizando en los conceptos de clases y objetos e introduciendo los nuevos conceptos de interfaces y clases abstractas. Junto con los capítulos 7, 8 y 9 constituye los fundamentos básicos de la programación orientada a objetos que se completa con los capítulos 13 a 17 y conforman el curso de introducción a la programación orientada a objetos. El capítulo 13 describe la herencia, una de las propiedades fundamentales de la orientación a objetos y principio clave en este tipo de diseño, la cual facilita la reutilización de clases; el capítulo también analiza cómo se derivan clases a partir de otras ya existentes y 00_Joyanes Preliminares.indd XXIII 12/5/11 12:50:03

6 XXIV estudia el concepto de herencia simple y herencia múltiple (aunque ésta, por los problemas de diseño que suele plantear, con muy buen criterio fue omitida por los creadores de Java, al contrario de lo que sucede en C++, que sí la implementa). El capítulo 14 estudia los conceptos de polimorfismo y de ligadura junto con sus ventajas, inconvenientes y métodos para su implementación. El capítulo 15 se dedica a estudiar la genericidad, una de las características destacadas de la orientación a objetos, la cual permite el diseño y construcción de tipos de datos genéricos o plantillas (templates). Describe el diseño y creación de clases genéricas y los métodos genéricos y su aplicación en las máquinas virtuales Java. El capítulo 16 se dedica al tratamiento de errores mediante la aparición y ejecución de excepciones; analiza las condiciones de error en los programas y los métodos de manipulación de excepciones en Java. También describe las clases de excepciones definidas en Java y sistemas de especificación de excepciones. El capítulo 17 se centra en el estudio y manipulación de flujos y archivos de datos; trata los diferentes tipos de archivos y presenta métodos y procedimientos para su diseño correcto junto con los archivos de objetos predefinidos. El capítulo 18 se dedica a analizar técnicas avanzadas de ordenación y búsqueda de información en listas y archivos; estudia los métodos clásicos y más eficientes de ordenación y búsqueda. La recursividad es una propiedad muy importante en el diseño de algoritmos y tiene numerosas aplicaciones en el campo matemático, físico, etcétera; el capítulo 19 describe dicho concepto junto con los métodos más reconocidos para decidir cuándo utilizarla y cuándo usar la repetición o iteración. Analiza problemas tradicionales de la vida diaria que se resuelven mediante métodos recursivos, tales como las torres de Hanoi, la búsqueda binaria o la ordenación de archivos mediante un método conocido como mergesort (fusión de archivos). Los capítulos 20 y 21 estudian con detenimiento el tratamiento de gráficos mediante las API y la herramienta swing de AWT; proporciona criterios y métodos de diseño y construcción de ventanas, etiquetas, botones, etcétera. Un concepto importante que ofrece Java es el de evento así como su gestión; el capítulo 21 lo estudia; también describe la jerarquía de eventos y los componentes gráficos como fuentes de eventos. El capítulo 22 se dedica al importante concepto de applet, la aplicación Java para manejar programas en la web y que puedan ejecutarse en navegadores; explica el concepto y cómo crear de modo práctico un applet, junto con su ciclo de vida. Hace una introducción a las clases Graphics, Font y Color que facilitan el diseño y construcción de figuras, así como la coloración y dimensionado de las fuentes de caracteres. Los apéndices se escribieron para aportar herramientas prácticas en el aprendizaje de programación y en el posterior desarrollo profesional; ofrecen información sobre los códigos de numeración fundamentales utilizados en el mundo de las computadoras: binario, octal y hexadecimal, y naturalmente, el sistema decimal, junto con los códigos más generales empleados por las computadoras, tales como ASCII y Unicode. Proporcionan las palabras reservadas de Java y una tabla de prioridad de operadores, a modo de recordatorio y como herramienta de uso al programar. También incluyen una lista de los libros más recomendados por los autores para el estudio de la programación en Java, empleados también como referencia por ellos, los autores. Por último, se dedica un apén dice exclusivo para tratar las especificaciones de Java donde se recogen las direcciones web más importantes para documentación y descarga de software del sitio de Sun Microsystems, hoy día Oracle; en estos sitios, el estudiante encontrará una fuente casi inagotable de información actualizada y también histórica sobre Java, plataformas, entornos de desarrollo, artículos (white papers), libros, etcétera. Le recomendamos que cuando tenga oportunidad visite, si es posible, todas las direcciones proporcionadas. 00_Joyanes Preliminares.indd XXIV 12/5/11 12:50:03