ГЛАВА 4. Классы-оболочки

• Числовые классы
• Класс Boolean
• Класс Character
• Класс Biglnteger
• Класс BigDecimal
• Класс Class

Java — полностью объектно-ориентированный язык. Это означает, что все, что только можно, в Java представлено объектами.

Восемь примитивных типов нарушают это правило. Они оставлены в Java из-за многолетней привычки к числам и символам. Да и арифметические действия удобнее и быстрее производить с обычными числами, а не с объектами классов.

Но и для этих типов в языке Java есть соответствующие классы — классы-оболочки (wrapper) примитивных типов. Конечно, они предназначены не для вычислений, а для действий, типичных при работе с классами — создания объектов, преобразования объектов, получения численных значений объектов в разных формах и передачи объектов в методы по ссылке.

На рис. 4.1 показана одна из ветвей иерархии классов Java. Для каждого примитивного типа есть соответствующий класс. Числовые классы имеют общего предка — абстрактный класс Number, в котором описаны шесть методов, возвращающих числовое значение, содержащееся в классе, приведенное к соответствующему примитивному типу: bytevalue (), doubievalue (), floatValue (), intValue(), longValue (), shortValue (). Эти методы переопределены в каждом из шести числовых классов-оболочек.

Рис. 4.1. Классы примитивных типов

Помимо метода сравнения объектов equals о, переопределенного из класса object, все описанные в этой главе классы, кроме Boolean и class, имеют метод compareTo (), сравнивающий числовое значение, содержащееся в данном объекте, с числовым значением объекта — аргумента метода compareTo(). В результате работы метода получается целое значение:

• 0, если значения равны;
• отрицательное число (—1), если числовое значение в данном объекте меньше, чем в объекте-аргументе;
• положительное число (+1), если числовое значение в данном объекте больше числового значения, содержащегося в аргументе.

Что полезного в классах-оболочках?

Числовые классы

В каждом из шести числовых классов-оболочек есть статические методы преобразования строки символов типа string лредставляющей число, в соответствующий примитивный тип: Byte.parseByte(), Double.parseDouble(), Float.parseFloat(), Integer.parselnt(), Long.parseLong(), Short.parseShort(). Исходная строка типа string, как всегда в статических методах, задается как аргумент метода. Эти методы полезны при вводе данных в поля ввода, обработке параметров командной строки, т. е. всюду, где числа представляются строками цифр со знаками плюс или минус и десятичной точкой.

В каждом из этих классов есть статические константы MAX_VALUE и MIN_VALUE, показывающие диапазон числовых значений соответствующих примитивных типов. В классах Double и Float есть еще константы POSITIVE_INFINITY, NEGATIVE_INFINITY, NaN, о которых шла речь в главе 1, и логические методы проверки isNan(), isInfinite().

Если вы хорошо знаете двоичное представление вещественных чисел, то можете воспользоваться статическими методами floatTointBits() и doubieToLongBits(), преобразующими вещественное значение в целое. Вещественное число задается как аргумент метода. Затем вы можете изменить отдельные биты побитными операциями и преобразовать измененное целое число обратно в вещественное значение методами intsitsToFioat() и longBitsToDouble().

Статическими методами toBinaryString(), toHexString() и  toOctalString() классов integer и Long можно преобразовать целые значения типов int и long, заданные как аргумент метода, в строку символов, показывающую двоичное, шестнадцатеричное или восьмеричное представление числа.

В листинге 4.1 показано применение этих методов, а рис. 4.2 демонстрирует вывод результатов.

Рис. 4.2. Методы  числовых классов ;

Листинг 4.1. Методы числовых классов

class NumberTest{

  public static void main(String[] args){ 

    int i = 0; 

    short sh = 0;

    double d = 0; 

    Integer kl = new Integer(55); 

    Integer k2 = new Integer(100); 

    Double dl = new Double(3.14); 

    try{

      i = Integer.parselnt(args[0]);

     sh = Short.parseShort(args[0]); 

      d = Double.parseDouble(args[1]);

     dl = new Double(args[1]);

     kl = new Integer(args[0]); 

    }catch(Exception e){} 

    double x = 1.0/0.0; 

    System.out.println("i = " + i) ; 

    System.outjprintln("sh - " + sh) ; 

    System.out.println("d. = " + d) ;

    System.out.println("kl.intValue() = " + kl.intValue()); 

    System.out.println("dl.intValue() '= "'+ dl.intValuei)); 

    System.out.println("kl > k2? " + kl.compareTo(k2)); 

    System.out.println ("x = " + x);

    System.out.println("x isNaN? " + Double.isNaN(x)); 

    System.out.println("x islnfinite? " + Double.islnfinite(x)); 

    System.out.println("x == Infinity? " +

           (x == Double.POSITIVE_INFINITY) );

    System.out.println("d = " + Double.doubleToLongBits(d)); 

    System.out.println("i = " + Integer.toBinaryString(i)); 

    System.out.println("i = " + Integer.toHexString(i)); 

    System.out.println("i = " + Integer.toOctalString(i)); 

  } 

}

Методы parseint() и конструкторы классов требуют обработки исключений, поэтому в листинг 4.1 вставлен блок try{} catch(){}. Обработку исключительных ситуаций мы разберем в главе 16.

Класс Boolean

Это очень небольшой класс, предназначенный главным образом для того, чтобы передавать логические значения в методы по ссылке.

Конструктор Boolean (String s) создает объект, содержащий значение true, если строка s равна "true" в любом сочетании регистров букв, и значение false — для любой другой строки.

Логический метод booieanvalue() возвращает логическое значение, хранящееся в объекте.

Класс Character

В этом классе собраны статические константы и методы для работы с отдельными символами.

Статический метод

digit(char ch, in radix)

переводит цифру ch системы счисления с основанием radix в ее числовое значение типа int.

Статический метод

forDigit(int digit, int radix)

производит обратное преобразование целого числа digit в соответствующую цифру (тип char) в системе счисления с основанием radix.

Основание системы счисления должно находиться в диапазоне от Character.MIN_RADIX до Character.MAX_RADIX.

Метод tostring() переводит символ, содержащийся в классе, в строку с тем же символом.

Статические методы toLowerCase(), touppercase(), toTitieCase() возвращают символ, содержащийся в классе, в указанном регистре. Последний из этих методов предназначен для правильного перевода в верхний регистр четырех кодов Unicode, не выражающихся одним символом.

Множество статических логических методов проверяют различные характеристики символа, переданного в качестве аргумента метода:

• isDef ined() — выясняет, определен ли символ в кодировке Unicode; 
• isDigit() — проверяет, является ли символ цифрой Unicode;
• isidentifierignorable() — выясняет, нельзя ли использовать символ в идентификаторах;
• isisocontroi() — определяет, является ли символ управляющим;
• isJavaidentifierPart() — выясняет, можно ли использовать символ в идентификаторах;
• isjavaidentifierstart() — определяет, может ли символ начинать идентификатор;
• isLetter() — проверяет, является ли символ буквой Java;
• IsLetterOrDigit() — Проверяет, является ли символ буквой или цифрой Unicode;
• isLowerCase() — определяет, записан ли символ в нижнем регистре; 
• isSpaceChar() — выясняет, является ли символ пробелом в смысле Unicode; 
• isTitieCase() — проверяет, является ли символ титульным;
• isUnicodeldentifierPart() — выясняет, можно ли использовать символ в именах Unicode;
• isunicodeidentifierstart() — проверяет, является ли символ буквой Unicode; 
• isUpperCase() — проверяет, записан ли символ в верхнем регистре; 
• isWhitespace() — выясняет, является ли символ пробельным.

Точные диапазоны управляющих символов, понятия верхнего и нижнего регистра, титульного символа, пробельных символов, лучше всего посмотреть по документации Java API.

Листинг 4.2 демонстрирует использование этих методов, а на рис. 4.3 показан вывод этой программы.

Листинг 4.2. Методы класса Character в программе CharacterTest 

class CharacterTest{

  public static void main(String[] args){ 

  char ch = '9';

  Character cl = new Character(ch); 

  System.out.println("ch = " + ch);

  System.out.println("cl.charValue() = " +

     c1.charValue()); 

  System.out.println("number of 'A' = " +

     Character.digit('A', 16}}; 

  System.out.println("digit for 12 = " +

     Character.forDigit(12, 16}}; 

  System.out.printlnC'cl = " + cl.toString() ); 

  System.out.println("ch isDefined? " +

     Character.isDefined(ch)); 

  System.out.println("ch isDigit? " +

     Character.isDigit(ch)); 

  System.out.println("ch isldentifierlgnorable? " +

     Character.isldentifierlgnorable(ch)); 

  System.out.println("ch isISOControl? " +

     Character.isISOControl(ch)); 

  System.out.println("ch isJavaldentifierPart? " +

     Character.isJavaldentifierPart(ch)); 

  System.out.println("ch isJavaldentifierStart? " +

     Character.isJavaldentifierStart(ch)); 

  System.out.println("ch isLetter? " +

     Character.isLetter(ch)); 

  System.out.println("ch isLetterOrDigit? " +

     Character.isLetterOrDigit(ch)); 

  System.out.println("ch isLowerCase? " +

     Character.isLowerCase(ch)); 

  System.out.println("ch isSpaceChar? " +

     Character.isSpaceChar(ch)); 

  System.out.println("ch isTitleCase? " +

     Character.isTitleCase(ch)); 

  System.out.println("ch isUnicodeldentifierPart? " +

     Character.isUnicodeldentifierPart(ch)); 

  System.out.println("ch isUnicodeldentifierStart? " +

     Character.isUnicodeldentifierStart(ch)); 

  System.out.println("ch isUpperCase? " +

     Character.isUpperCase(ch)); 

  System.out.println("ch isWhitespace? " +

     Character.isWhitespace(ch)); } }

В класс Character вложены классы Subset и UnicodeBlock, причем класс Unicode и еще один класс, inputSubset, являются расширениями класса Subset, как это видно на рис. 4.1. Объекты этого класса содержат подмножества Unicode.

Рис. 4.3. Методы класса Character в программе  CharacterTest

Вместе с классами-оболочками удобно рассмотреть два класса для работы со сколь угодно большими числами.

Класс Biglnteger

Все примитивные целые типы имеют ограниченный диапазон значений. В целочисленной арифметике Java нет переполнения, целые числа приводятся по модулю, равному диапазону значений.

Для того чтобы было можно производить целочисленные вычисления с любой разрядностью, в состав Java API введен класс Biglnteger, хранящийся в пакете java.math. Этот класс расширяет класс Number, следовательно, в нем переопределены методы doubleValue(), floatValue(), intValue(), longValue(). Методы byteVaiue() и shortvalue() не переопределены, а прямо наследуются от класса Number.

Действия с объектами класса Biglnteger не приводят ни к переполнению, ни к приведению по модулю. Если результат операции велик, то число разрядов просто увеличивается. Числа хранятся в двоичной форме с дополнительным кодом.

Перед выполнением операции числа выравниваются по длине распространением знакового разряда.

Шесть конструкторов класса создают объект класса BigDecimai из строки символов (знака числа и цифр) или из массива байтов.

Две константы — ZERO и ONE — моделируют нуль и единицу в операциях с объектами класса Biglnteger.

Метод toByteArray() преобразует объект в массив байтов.

Большинство методов класса Biglnteger моделируют целочисленные операции и функции, возвращая объект класса Biglnteger:

• abs() — возвращает объект, содержащий абсолютное значение числа, хранящегося в данном объекте this;
• add(x) — операция this + х; 
• and(x) — операция this & х;
• andNot(x) — операция this & (~х) ;
• divide (x) — операция this / х; 
• divideAndRemainder(х) — возвращает массив из двух объектов класса Biglnteger, содержащих частное и остаток от деления this на х;
• gcd(x) — наибольший общий делитель, абсолютных, значений объекта this и аргумента х;
• mах(х) — наибольшее из значений объекта this и аргумента х; min(x) — наименьшее из значений объекта this и аргумента х; mod(x) — остаток от деления объекта this на аргумент метода х;
• modinverse(x) — остаток от деления числа, обратного объекту this, на аргумент х;
• modPow(n, m) — остаток от деления объекта this, возведенного в степень n, на m;
• multiply (х) —операция this * х;
• negate() — перемена знака числа, хранящегося в объекте;
• not() — операция ~this;
• оr(х) — операция this | х;
• pow(n) — операция возведения числа, хранящегося в объекте, в степень n;
• remainder(х) —операция this % х;
• shiftLeft (n) — операция this « n ;
• shiftRight (n) — операция this » n;
• signum() — функция sign (x);
• subtract (x) — операция this - x;
• xor(x) — операция this ^ x.

В листинге 4.3 приведены примеры использования данных методов, а рис. 4.4 показывает результаты выполнения этого листинга.

Рис. 4.4. Методы класса Biglnteger в программе BiglntegerTest

Листинг 4.3. Методы класса Biglnteger в программе BiglntegerTest

import Java.math.Biglnteger;

class BiglntegerTest{

  public static void main(String[] args){

    Biglnteger a = new Biglnteger("99999999999999999") ;

    Biglnteger b = new Biglnteger("88888888888888888888");

    System.out.println("bits in a = " + a.bitLength());

    System.out.println("bits in b = " + b.bitLengthO);

    System.out.println("a + b = " + a.add(b));

    System.out.println("a & b = " + a.and(b));

    System.out.println("a & ~b = " + a.andNot(b));

    System.out.println("a / b = " + a.divide(b));

    Biglnteger[] r = a.divideAndRemainder(b);

    System.out.println("a / b: q = " + r[0] + ", r = " + r[l]);

    System.out.println("gcd(a, b) = " + a.gcd(b));

    System.out.println("max(a, b) = " + a.max(b));

    System.out.printin("min(a, b) = " + a.min(b));

    System.out.println("a mod b = " + a.mod(b));

    System.out.println("I/a mod b = " + a.modlnverse(b));

    System.out.println("алп mod b = " + a.modPow(a, b));

    System.out.println("a * b = " + a.multiply(b));

    System.out.println("-a = " + a.negate());

    System, out. println ("~a = " + a.not());

    System.out.println("a | b = " + a.or(b));

    System.out.println("а л 3 = " + a.pow(3)); 

    System.out.println("a % b = " + a.remainder(b)); 

    System.out.println("a « 3 = " + a.shiftLeft(3)}; 

    System.out.println("a » 3 = " + a.shiftRight(3)); 

    System.out.println("sign(a) = " + a.signum()); 

    System.out.println("a - b = " + a.subtract(b)); 

    System.out.println("а л b = " + a.xor(b)); 

    } 

}

Обратите внимание на то, что в программу листинга 4.3 надо импортировать пакет Java.math.

Класс Big Decimal

Класс BigDecimal расположен В пакете java.math.

Каждый объект этого класса хранит два целочисленных значения: мантиссу вещественного числа в виде объекта класса Biglnteger, и неотрицательный десятичный порядок числа типа int.

Например, для числа 76.34862 будет храниться мантисса 7 634 862 в объекте класса Biglnteger, и порядок 5 как целое число типа int. Таким образом, мантисса может содержать любое количество цифр, а порядок ограничен значением константы integer.MAX_VALUE. Результат операции над объектами класса BigDecimal округляется по одному из восьми правил, определяемых следующими статическими целыми константами:

• ROUND_CEILING — округление в сторону большего целого;
• ROUND_DOWN — округление к нулю, к меньшему по модулю целому значению;
• ROUND_FLOOR — округление к меньшему целому;
• ROUND_HALF_DOWN — округление к ближайшему целому, среднее значение округляется к меньшему целому;
• ROUND_HALF_EVEN — округление к ближайшему целому, среднее значение округляется к четному числу;
• ROOND_HALF_UP — округление к ближайшему целому, среднее значение округляется к большему целому;
• ROUND_UNNECESSARY — предполагается, что результат будет целым, и округление не понадобится; 
• ROUND_UP — округление от нуля, к большему по модулю целому значению.

В классе BigDecimal четыре конструктора:

• BigDecimal (Biglnteger bi) — объект будет хранить большое целое bi, порядок равен нулю;
• BigDecimal (Biglnteger mantissa, int scale) — задается мантиса mantissa и неотрицательный порядок scale объекта; если порядок scale отрицателен, возникает исключительная ситуация;
• BigDecimal (double d) — объект будет содержать вещественное число удвоенной точности d; если значение d бесконечно или NaN, то возникает исключительная ситуация;
• BigDecimal (String val) — число задается строкой символов val, которая должна содержать запись числа по правилам языка Java.

При использовании третьего из перечисленных конструкторов возникает неприятная особенность, отмеченная в документации. Поскольку вещественное число при переводе в двоичную форму представляется, как правило, бесконечной двоичной дробью, то при создании объекта, например, BigDecimal(0.1), мантисса, хранящаяся в объекте, окажется очень большой. Она показана на рис. 4.5. Но при создании такого же объекта четвертым конструктором, BigDecimal ("0.1"), мантисса будет равна просто 1.

В Классе переопределены методы doubleValue(), floatValue(), intValue(), longValue().

Большинство методов этого класса моделируют операции с вещественными числами. Они возвращают объект класса BigDecimal. Здесь буква х обозначает объект класса BigDecimal, буква n — целое значение типа int, буква r — способ округления, одну из восьми перечисленных выше констант:

abs() — абсолютное значение объекта this;

add(x) — операция this + х;

divide(х, r) — операция this / х с округлением по способу r;

divide(х, n, r) — операция this / х с изменением порядка и округлением по способу r;

mах(х) — наибольшее из this и х; 

min(x) — наименьшее из this и х; 

movePointLeft(n) — сдвиг влево на n разрядов;

movePointRight(n) — сдвиг вправо на n разрядов;

multiply(х) — операция this * х; 

negate() — возврзщает объект с обратным знаком; 

scale() — возвращает порядок числз; 

setscaie(n) — устзнавливает новый порядок n ;

setscaie(n, r) — устанавливает новый порядок п и округляет число при необходимости по способу r;

signumo — знак числа, хранящегося в объекте;

subtract(х) — операция this - х;

toBiginteger() — округление числа, хранящегося в объекте;

unscaiedvalue()—возвращает мантиссу числа.

Листинг 4.4 показывает примеры использования этих методов, а рис. 4.5 — вывод результатов.

Рис. 4.5. Методы класса BigDecimal в программе  BigDecimalTest

Листинг 4.4. Методы класса BigDecimal В программе BigDecimalTest

import java.math.*;

class BigDecimalTest{

  public static void main,( String [] args) {

    BigDecimal x = new BigDecimal("-12345.67890123456789");

    BigDecimal у = new BigDecimal("345.7896e-4");

    BigDecimal z = new BigDecimal(new Biglnteger("123456789"),8);

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

    System.out.println("x + у = " + x.add(y));

    System.out.println("x / у = " + x.divide(y, BigDecimal.ROUND__DOWN));

    System.out.println("х / у = " +

      x.divide(y, 6, BigDecimal.ROUND_HALF_EVEN)); 

    System.out.println("max(x, y) = " + x.max(y)); 

    System.out.println("min(x, y) = " + x.min(y)); 

    System.out.println("x « 3 = " * x.movePointLeft(3)); 

    System.out.println("x » 3 = " + x.mpvePQintRight(3));

    System.out.println("x * у = " + x.multiply(y));

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

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

    System.out.println("increase scale of x to 20 = " + x.setScale(20));

    System.out.println("decrease scale of x to 10 = " + 

            x.setScale (10, BigDecimal.ROUND_HALF__UP)) ; 

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

    System.out.println("x - у = " + x.subtract(y)}; 

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

    System.out.println("mantissa of x = " + x.unscaledValue());

    System.out.println("mantissa of 0.1 =n= " +

      new BigDecimal(0.1).unscaledValue()); } }

Приведем еще один пример. Напишем простенький калькулятор, выполняющий четыре арифметических действий с числами любой величины. Он работает из командной строки. Программа представлена в листинге 4.5, а примеры использования калькулятора — на рис. 4.6.

Листинг 4.5. Простейший калькулятор

import Java.math.*; 

class Calc{

  public static void main(String[] args){ 

    if (args.length < 3){

     System.err.println("Usage: Java Calc operand operator operand"); 

     return; 

   }

   BigDecimal a = new BigDecimal(args[0]); 

   BigDecimal b = new BigDecimal(args[2]); 

   switch (args[l].charAt(0)){

     case '+': System.out.println(a.add(b)); break; 

     case '-': System.out.println(a.subtract(b)); break; 

     case '*': System.out.println(a.multiply(b)); break; 

     case '/': System.out.println(a.divide(b,

                         BigDecimal.ROUND_HALF_EVEN)); break; 

     default : System.out.println("Invalid operator"); 

   } 

} 

}

Почему символ умножения — звездочка — заключен на рис. 4.6 в кавычки? "Юниксоидам" это понятно, а для других дадим краткое пояснение.

Рис. 4.6. Результаты работы калькулятора

Это особенность операционной системы, а не языка Java. Введенную с клавиатуры строку вначале просматривает командная оболочка (shell) операционной системы, а звездочка для нее — указание подставить на это место все имена файлов из текущего каталога. Оболочка сделает это, и интерпретатор Java получит от нее длинную строку, в которой вместо звездочки стоят имена файлов через пробел.

Звездочка в кавычках понимается командной оболочкой как обычный символ. Командная оболочка снимает кавычки и передает интерпретатору Java то, что надо.

Класс Class

Класс Object, стоящий во главе иерархии классов Java, представляет все объекты, действующие в системе, является их общей оболочкой. Всякий объект можно считать экземпляром класса Object.

Класс с именем class представляет характеристики класса, экземпляром которого является объект. Он хранит информацию о том, не является ли объект на самом деле интерфейсом, массивом или примитивным типом, каков суперкласс объекта, каково имя класса, какие в нем конструкторы, поля, методы и вложенные классы.

В классе class нет конструкторов, экземпляр этого класса создается исполняющей системой Java во время загрузки класса и предоставляется методом getciass() класса object, например:

String s = "Это строка"; 

Class с = s.getClass();

Статический метод forName(string class) возвращает объект класса class для класса, указанного в аргументе, например:

Class cl = Class.forName("Java,lang.String");

Но этот способ создания объекта класса class считается устаревшим (deprecated). В новых версиях JDK для этой цели используется специальная конструкция — к имени класса через точку добавляется слово class:

Class c2 = Java.lang.String.class;

Логические методы isArray(), isIntetface(), isPrimitive() позволяют уточнить, не является ли объект массивом, интерфейсом или примитивным типом.

Если объект ссылочного типа, то можно извлечь сведения о вложенных классах, конструкторах, методах и полях методами getoeciaredciasses(), getdeclaredConstructors(), getDeclaredMethods(), getDeclaredFields(), в виде массива классов, соответствейно, Class, Constructor, Method, Field. Последние три класса расположены в пакете java.lang.reflect и содержат сведения о конструкторах, полях и методах аналогично тому, как класс class хранит сведения о классах.

Методы getClasses(), getConstructors(), getlnterfaces(), getMethods(), getFieids() возвращают такие же массивы, но не всех, а только открытых членов класса.

Метод getsuperciass() возвращает суперкласс объекта ссылочного типа, getPackage() — пакет, getModifiers() — модификаторы класса В битовой форме. Модификаторы можно затем расшифровать методами класса Modifier из пакета Java.lang.reflect.

Листинг 4.6 показывает применение этих методов, а рис. 4.7 — вывод результатов

Листийс 4.6 tМетоды класса Class в программе ClassTest

import java.lang.reflect.*;

class ClassTest{

  public static void main(String[] args)(

    Class с = null, c1 = null, c2 = null;

    Field[] fld = null;

    String s = "Some string";

    с = s.getClass();

    try{

      cl = Class.forName("Java.lang.String"); // Старый стиль 

      c2 =  Java.lang.String.class;           // Новый стиль 

      if (!c1.isPrimitive())

      fid = cl.getDeclaredFields();           // Все поля класса String

    }catch(Exception e){}

    System.out.println("Class      c: " + c); 

    System.out.println("Class     cl: " + cl); 

    System,out.println("Class     c2: " + c2); 

    System.out.printlnt"Superclass c: " + c.getSuperclass());

    System.out.println("Package    c: " + c.getPackageO); 

    System.out.printlnf"Modifiers  c: " + c.getModifiers()); 

    for(int i = 0; i < fid.length; i++)

      System.out.println(fld[i]);

  }

}

Методы, возвращающие свойства классов, вызывают исключительные ситуации, требующие обработки. Поэтому в программу введен блок try{} catch() {}. Рассмотрение обработки исключительных ситуаций мы откладываем до главы 16.

Рис. 4.7. Методы класса Class в программе ClassTest