Introduction to Programming using Java 2011.pdf

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Introduction to Programming Using Java
Version 6.0, June 2011
(Version 6.0.2, with minor corrections, May 2013)
David J. Eck
Hobart and William Smith Colleges
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ii
c 1996–2013, David J. Eck
David J. Eck (eck@hws.edu)
Department of Mathematics and Computer Science
Hobart and William Smith Colleges
Geneva, NY 14456
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permission from the author.
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http://math.hws.edu/javanotes
Contents
Preface
1 The Mental Landscape
1.1 Machine Language
. . . . . .
1.2 Asynchronous Events
. . . . .
1.3 The Java Virtual Machine
. .
1.4 Building Blocks of Programs
1.5 Object-oriented Programming
1.6 The Modern User Interface
.
1.7 The Internet and Beyond
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Quiz on Chapter 1
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52
2 Names and Things
2.1 The Basic Java Application
. . . . . . . . . .
2.2 Variables and Types
. . . . . . . . . . . . . .
2.2.1 Variables
. . . . . . . . . . . . . . . .
2.2.2 Types and Literals
. . . . . . . . . . .
2.2.3 Variables in Programs
. . . . . . . . .
2.3 Objects and Subroutines
. . . . . . . . . . . .
2.3.1 Built-in Subroutines and Functions
. .
2.3.2 Operations on Strings
. . . . . . . . .
2.3.3 Introduction to Enums
. . . . . . . . .
2.4 Text Input and Output
. . . . . . . . . . . .
2.4.1 A First Text Input Example
. . . . . .
2.4.2 Text Output
. . . . . . . . . . . . . .
2.4.3 TextIO Input Functions
. . . . . . . .
2.4.4 Formatted Output
. . . . . . . . . . .
2.4.5 Introduction to File I/O
. . . . . . . .
2.4.6 Using Scanner for Input
. . . . . . . .
2.5 Details of Expressions
. . . . . . . . . . . . .
2.5.1 Arithmetic Operators
. . . . . . . . .
2.5.2 Increment and Decrement
. . . . . . .
2.5.3 Relational Operators
. . . . . . . . . .
2.5.4 Boolean Operators
. . . . . . . . . . .
2.5.5 Conditional Operator
. . . . . . . . .
2.5.6 Assignment Operators and Type-Casts
2.5.7 Type Conversion of Strings
. . . . . .
2.5.8 Precedence Rules
. . . . . . . . . . . .
i
CONTENTS
2.6
Programming Environments
. . . . .
2.6.1 Java Development Kit
. . . .
2.6.2 Command Line Environment
2.6.3 IDEs and Eclipse
. . . . . . .
2.6.4 The Problem of Packages
. .
Exercises for Chapter 2
. . . . . . . . . .
Quiz on Chapter 2
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102
103
103
104
106
107
114
117
3 Control
3.1 Blocks, Loops, and Branches
. . . . . . . . .
3.1.1 Blocks
. . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.1.2 The Basic While Loop
. . . . . . . . .
3.1.3 The Basic If Statement
. . . . . . . .
3.2 Algorithm Development
. . . . . . . . . . . .
3.2.1 Pseudocode and Stepwise Refinement
3.2.2 The 3N+1 Problem
. . . . . . . . . .
3.2.3 Coding, Testing, Debugging
. . . . . .
3.3 while and do..while
. . . . . . . . . . . . . . .
3.3.1 The while Statement
. . . . . . . . . .
3.3.2 The do..while Statement
. . . . . . . .
3.3.3 break and continue
. . . . . . . . . . .
3.4 The for Statement
. . . . . . . . . . . . . . .
3.4.1 For Loops
. . . . . . . . . . . . . . . .
3.4.2 Example: Counting Divisors
. . . . . .
3.4.3 Nested for Loops
. . . . . . . . . . . .
3.4.4 Enums and for-each Loops
. . . . . . .
3.5 The if Statement
. . . . . . . . . . . . . . . .
3.5.1 The Dangling else Problem
. . . . . .
3.5.2 The if...else if Construction
. . . . . .
3.5.3 If Statement Examples
. . . . . . . . .
3.5.4 The Empty Statement
. . . . . . . . .
3.6 The switch Statement
. . . . . . . . . . . . .
3.6.1 The Basic switch Statement
. . . . . .
3.6.2 Menus and switch Statements
. . . . .
3.6.3 Enums in switch Statements
. . . . .
3.6.4 Definite Assignment
. . . . . . . . . .
3.7 Exceptions and try..catch
. . . . . . . . . . .
3.7.1 Exceptions
. . . . . . . . . . . . . . .
3.7.2 try..catch
. . . . . . . . . . . . . . . .
3.7.3 Exceptions in TextIO
. . . . . . . . .
3.8 GUI Programming
. . . . . . . . . . . . . . .
Exercises for Chapter 3
. . . . . . . . . . . . . . .
Quiz on Chapter 3
. . . . . . . . . . . . . . . . . .
CONTENTS
4 Subroutines
4.1 Black Boxes
. . . . . . . . . . . . . . . .
4.2 Static Subroutines and Variables
. . . .
4.2.1 Subroutine Definitions
. . . . . .
4.2.2 Calling Subroutines
. . . . . . .
4.2.3 Subroutines in Programs
. . . . .
4.2.4 Member Variables
. . . . . . . .
4.3 Parameters
. . . . . . . . . . . . . . . .
4.3.1 Using Parameters
. . . . . . . . .
4.3.2 Formal and Actual Parameters
.
4.3.3 Overloading
. . . . . . . . . . . .
4.3.4 Subroutine Examples
. . . . . . .
4.3.5 Throwing Exceptions
. . . . . . .
4.3.6 Global and Local Variables
. . .
4.4 Return Values
. . . . . . . . . . . . . . .
4.4.1 The return statement
. . . . . .
4.4.2 Function Examples
. . . . . . . .
4.4.3 3N+1 Revisited
. . . . . . . . . .
4.5 APIs, Packages, and Javadoc
. . . . . .
4.5.1 Toolboxes
. . . . . . . . . . . . .
4.5.2 Java’s Standard Packages
. . . .
4.5.3 Using Classes from Packages
. .
4.5.4 Javadoc
. . . . . . . . . . . . . .
4.6 More on Program Design
. . . . . . . .
4.6.1 Preconditions and Postconditions
4.6.2 A Design Example
. . . . . . . .
4.6.3 The Program
. . . . . . . . . . .
4.7 The Truth About Declarations
. . . . .
4.7.1 Initialization in Declarations
. .
4.7.2 Named Constants
. . . . . . . .
4.7.3 Naming and Scope Rules
. . . .
Exercises for Chapter 4
. . . . . . . . . . . .
Quiz on Chapter 4
. . . . . . . . . . . . . . .
5 Objects and Classes
5.1 Objects and Instance Methods
. . . . .
5.1.1 Objects, Classes, and Instances
.
5.1.2 Fundamentals of Objects
. . . .
5.1.3 Getters and Setters
. . . . . . . .
5.2 Constructors and Object Initialization
.
5.2.1 Initializing Instance Variables
. .
5.2.2 Constructors
. . . . . . . . . . .
5.2.3 Garbage Collection
. . . . . . . .
5.3 Programming with Objects
. . . . . . .
5.3.1 Some Built-in Classes
. . . . . .
5.3.2 Wrapper Classes and Autoboxing
5.3.3 The class “Object”
. . . . . . . .
iii
119
. 119
. 121
. 121
. 123
. 124
. 127
. 129
. 129
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. 133
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. 135
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