En este capitulo de introducción se muestran los orígenes del lenguaje de programación Java, sus principales características y las diferencias con respecto a C++, lenguaje del que hereda gran parte de la sintaxis.
En la segunda parte del capítulo se presenta en Entorno de Desarrollo Integrado Eclipse, los fundamentos para crear proyectos Java utilizando este Entorno y como se puede enriquecer su funcionalidad mediante la instalación de plug-ins.
Característica de Java
Java es un lenguaje de programación orientado a objetos y de propósito general que toma de otros lenguajes de programación algunas ideas fundamentales, en particular toma de Smalltalk el hecho de que los programas Java se ejecutan sobre una máquina virtual . Y del lenguaje de programación C++ toma su sintaxis.
El uso de la máquina virtual garantiza la independencia de la plataforma en Java. Si disponemos de una máquina virtual para nuestra plataforma, podremos ejecutar el mismo programa escrito en Java sin necesidad de volverlo a compilar.
En el proceso de compilación de un programa en Java, se genera un código intermedio, llamado bytecode, que la maquina virtual interpreta y traduce a llamadas nativas del sistema sobre el que se ejecuta la maquina virtual. As , una maquina virtual para una plataforma Windows 7 de 64 bits, traducir a los bytecodes a código nativo para esta plataforma, y otra maquina virtual para una plataforma Linux de 64 bits traducir a los mismos bytecodes a código nativo para esta otra plataforma. Los bytecodes son los mismos en ambos casos, las maquinas virtuales sobre las que se ejecutan son nativas de la plataforma correspondiente.
Estructuras de Datos en Java
1. Antecedentes
Introducción a la Orientación a Objetos:
La programación orientada a objetos (POO) es una nueva manera de enfocar la programación. Desde sus comienzos, la programación ha estado gobernada por varias metodologías. En cada punto crítico de la evolución de la programación se creaba un nuevo enfoque para ayudar al programador a manejar programas cada vez más complejos. Los primeros programas se crearon mediante un proceso de cambio de los conmutadores del panel frontal de la computadora. Obviamente, este enfoque solo es adecuado para programas pequeños. A continuación se invento el lenguaje ensamblador que permitió escribir programas más largos. El siguiente avance ocurrió en los años 50 cuando se invento el primer lenguaje de alto nivel (FORTRAN).
Mediante un lenguaje de alto nivel, un programador estaba capacitado para escribir programas que tuvieran una longitud de varios miles de líneas. Sin embargo, el método de programación usado en el comienzo era un enfoque adhoc que no solucionaba mucho. Mientras que esto esta bien para programas relativamente cortos, se convierte en “código espagueti” ilegible y difícil de tratar cuando se aplica a programas más largos. La eliminación del código espagueti se consiguió con la creación de los lenguajes de programación estructurados en los años sesenta. Estos lenguajes incluyen ALGOL y PASCAL. En definitiva, C es un lenguaje estructurado, y casi todos los tipos de programas que se han estado haciendo se podrían llamar programas estructurados.
Los programas estructurados se basan en estructuras de control bien definidas, bloques de código, la ausencia del GOTO, y subrutinas independientes que soportan recursividad y variables locales. La esencia de la programación estructurada es la reducción de un programa a sus elementos constitutivos. Mediante la programación estructurada un programador medio puede crear y mantener programas de una longitud superior a 50,000 líneas.
Aunque la programación estructurada nos ha llevado a excelentes resultados cuando se ha aplicado a programas moderadamente complejos, llega a fallar en algún punto cuando el programa alcanza un cierto tamaño. Para poder escribir programas de mayor complejidad se necesitaba de un nuevo enfoque en la tarea de programación. A partir de este punto nace la programación orientada a objetos (POO). La POO toma las mejores ideas incorporadas en la programación estructurada y las combina con nuevos y potentes conceptos que permiten organizar los programas de forma más efectiva. La POO permite descomponer un problema en subgrupos relacionados. Cada subgrupo pasa a ser un objeto autocontenido que contiene sus propias instrucciones y datos que le relacionan con ese objeto. De esta manera, la complejidad se reduce y el programador puede tratar programas más largos.
Todos los lenguajes de POO comparten tres características: encapsulación, polimorfismo y herencia.
Encapsulación.
La encapsulación es el mecanismo que agrupa el código y los datos que maneja y los mantiene protegidos frente a cualquier interferencia y mal uso. En un lenguaje orientado a objetos, el código y los datos suelen empaquetarse de la misma forma en que se crea una “caja negra” autocontenida. Dentro de la caja son necesarios tanto el código como los datos. Cuando el código y los datos están enlazados de esta manera, se ha creado un objeto. En otras palabras, un objeto es el dispositivo que soporta encapsulación.
En un objeto, los datos y el código, o ambos, pueden ser privados para ese objeto o públicos. Los datos o el código privado solo los conoce o son accesibles por otra parte del objeto. Es decir, una parte del programa que esta fuera del objeto no puede acceder al código o a los datos privados. Cuando los datos o el código son públicos, otras partes del programa pueden acceder a ellos, incluso aunque este definido dentro de un objeto. Normalmente, las partes públicas de un objeto se utilizan para proporcionar una interfaz controlada a las partes privadas del objeto.
Para todos los propósitos, un objeto es una variable de un tipo definido por el usuario. Puede parecer extraño que un objeto que enlaza código y datos se pueda contemplar como una variable. Sin embargo, en programación orientada a objetos, este es precisamente el caso. Cada vez que se define un nuevo objeto, se esta creando un nuevo tipo de dato. Cada instancia específica de este tipo de dato es una variable compuesta.
Polimorfismo.
Polimorfismo (del Griego, cuyo significado es “muchas formas”) es la cualidad que permite que un nombre se utilice para dos o más propósitos relacionados pero técnicamente diferentes. El propósito del polimorfismo aplicado a la POO es permitir poder usar un nombre para especificar una clase general de acciones. Dentro de una clase general de acciones, la acción específica a aplicar está determinada por el tipo de dato. Por ejemplo, en C, que no se basa significativamente en el polimorfismo, la acción de valor absoluto requiere tres funciones distintas: abs(), labs() y fabs(). Estas tres funciones calculan y devuelven el valor absoluto de un entero, un entero largo y un valor real, respectivamente. Sin embargo, en C++, que incorpora polimorfismo, a cada función se puede llamar abs().
El tipo de datos utilizado para llamar a la función determina que versión específica de la función se esta usando, es decir, es posible usar un nombre de función para propósitos muy diferentes. Esto se llama sobrecarga de funciones.
De manera general, el concepto de polimorfismo es la idea de “una interfaz, múltiples métodos”. Esto significa que es posible diseñar una interfaz genérica para un grupo de actividades relacionadas. Sin embargo, la acción específica ejecutada depende de los datos. La ventaja del polimorfismo es que ayuda a reducir la complejidad permitiendo que la misma interfaz se utilice para especificar una clase general de acción. Es trabajo del compilador seleccionar la acción específica que se aplica a cada situación. El programador no necesita hacer esta selección manualmente, solo necesita recordar y utilizar la interfaz general.
El polimorfismo se puede aplicar tanto a funciones como a operadores, prácticamente todos los lenguajes de programación contienen una aplicación limitada de polimorfismo cuando se relaciona con los operadores aritméticos, por ejemplo, en C, el signo + se utiliza par añadir enteros, enteros largos, caracteres y valores reales. En estos casos, el compilador automáticamente sabe que tipo de aritmética debe aplicar, en C++, se puede ampliar este concepto a otros tipos de datos que se definan, este tipo de polimorfismo se llama sobrecarga de operadores.
Herencia.
La herencia es el proceso mediante el cual un objeto puede adquirir las propiedades de otro. Mas en concreto, un objeto puede heredar un conjunto general de propiedades a alas que puede añadir aquellas características que son específicamente suyas. La herencia es importante porque permite que un objeto soporte el concepto de clasificación jerárquica. Mucha información se hace manejable gracias a esta clasificación, por ejemplo, la descripción de una casa. Una casa es parte de una clase general llamada edificio, a su vez, edificio es una parte de la clase mas general estructura, que es parte de la clase aun más general de objetos que se puede llamar obra-hombre.
En cualquier caso, la clase hija hereda todas las cualidades asociadas con la clase padre y le añade sus propias características definitorias. Sin el uso de clasificaciones ordenadas, cada objeto tendría que definir todas las características que se relacionan con él explícitamente.
Sin embargo, mediante el uso de la herencia, es posible describir un objeto estableciendo la clase general (o clases) a las que pertenece, junto con aquellas características específicas que le hacen único.
Tipos de Datos Abstractos
Abstracción: consiste en ignorar los detalles de la manera particular en que está hecha una cosa, quedándonos solamente con su visión general. Tipo de Dato Abstracto (TDA) se define como un conjunto de valores que pueden tomar los datos de ese tipo, junto a las operaciones que los manipulan.
Un TDA es un modelo matemático de estructuras de datos que especifican los tipos de datos almacenados, las operaciones definidas sobre esos datos y los tipos de parámetros de esas operaciones.
TAD = Valores (tipo de dato) + operaciones
Un TDA define lo que cada operación debe hacer, más no como la debe hacer. En un lenguaje de programación como Java un TDA puede ser expresado como una interface, que es una simple lista de declaraciones de métodos.
Un TDA es materializado por una estructura de datos concreta, en Java, es modelada por una clase. Una clase define los datos que serán almacenados y las operaciones soportadas por los objetos que son instancia de la clase. Al contrario de las interfaces, las clases especifican como las operaciones son ejecutadas (implementación).
Ejemplos de tipos de datos abstractos son las Listas, Pilas, Colas, etc., que se discutirán más adelante.
Estructuras de Datos
En programación, una estructura de datos es una forma de organizar un conjunto de datos elementales (un dato elemental es la mínima información que se tiene en el sistema) con el objetivo de facilitar la manipulación de estos datos como un todo y/o individualmente.
Una estructura de datos define la organización e interrelacionamiento de estos, y un conjunto de operaciones que se pueden realizar sobre él. Las operaciones básicas son:
Alta, adicionar un nuevo valor a la estructura.
Baja, borrar un valor de la estructura.
Búsqueda, encontrar un determinado valor en la estructura para se realizar una operación con este valor, en forma SECUENCIAL o BINARIO (siempre y cuando los datos estén ordenados).
Otras operaciones que se pueden realizar son:
Ordenamiento, de los elementos pertenecientes a la estructura.
Apareo, dadas dos estructuras originar una nueva ordenada y que contenga a las apareadas.
Cada estructura ofrece ventajas y desventajas en relación a la simplicidad y eficiencia para la realización de cada operación. De esta forma, la elección de la estructura de datos apropiada para cada problema depende de factores como las frecuencias y el orden en que se realiza cada operación sobre los datos.
Algunas estructuras de datos utilizadas en programación son:
Arrays (Arreglos)
o Vectores
o Matrices
Listas Enlazadas
o Listas simples
o Listas dobles
o Listas Circulares
Pilas
Colas
Árboles
o Árboles binarios
o Árboles Multicamino
Conjuntos
Grafos
Montículos
Acceso directo y secuencial a los datos
Secuencial. Para acceder a un objeto se debe acceder a los objetos almacenados previamente en el archivo. El acceso secuencial exige elemento a elemento, es necesario una exploración secuencial comenzando desde el primer elemento.
Directo o Aleatorio. Se accede directamente al objeto, sin recorrer los anteriores. El acceso directo permite procesar o acceder a un elemento determinado haciendo una referencia directamente por su posición en el soporte de almacenamiento.
