Vorlesung Programmieren. Packages. Probleme großer Projekte. Java: Packages, Classpath, JARs. Programme können aus vielen Klassen bestehen.

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1 Vorlesung Programmieren Java: Packages, Classpath, JARs Prof. Dr. Stefan Fischer Institut für Telematik, Universität zu Lübeck Packages Prof. Dr. Stefan Fischer Institut für Telematik, Universität zu Lübeck Probleme großer Projekte Programme können aus vielen Klassen bestehen Verschiedene logische Funktionskomponenten Müssen nicht von einem Hersteller bzw. Programmierer stammen Normalerweise besteht ein Programm aus Teilen vieler Programmierer (externe Bibliotheken, Teams,...) Probleme Klassennamen doppelt vergeben Eindeutigkeit Unklare Zuordnung Funktionseinheit Klasse

2 Beispiel: Zwei Punkt -Klassen Security - 04 Cryptology #4 Beispiel: Zwei Punkt -Klassen Wie unterscheidet man die beiden Klassen im gleichen Programm? Eine Möglichkeit: umbenennen PunktRGB und PunktKoordinate Macht Programme oft schlechter lesbar (lange Namen) Beispiele (Windows API, Ungarische Notation) RtlWriteDecodedUcsDataIntoSmartLBlobUcsWritingContext ConvertSecurityDescriptorToStringSecurityDescriptor EapHostPeerQueryUIBlobFromInteractiveUIInputFields AccessCheckByTypeResultListAndAuditAlarmByHandle SetupRemoveInstallSectionFromDiskSpaceList Security - 04 Cryptology #5 Namensräume Alternative zu langen Namen Eingruppieren von Klassen in verschiedene Namensräumen Unterscheidung von Klassen durch Angabe des Namensraums Beispiel: Punkt aus Farbe vs. Punkt aus Mathe Namensräume in Java: sog. packages Namensraum Farbe Namensraum Mathe Punkt Attribute: - int rot; - int gruen; - int blau Methoden: Punkt Attribute: - double x; - double y; Methoden: - voidsetze(double x, double y); - voidverschiebe(double dx, double dy); - voidrotiere(double radians); Security - 04 Cryptology #6

3 Packages Es ist üblich, Klassen in Packages zu gruppieren Bessere Übersichtlichkeit Vorbeugung von Namenskonflikten Zusammengehörige Klassen kennzeichnen Analogie Klassennamen sind vergleichbar mit einem Vornamen Package-Name entspräche dann dem Familiennamen Package-Namen: Gleiche Einschränkungen wie Identifier z.b. kein - erlaubt Konvention: Kleinschreibung (also mathe statt Mathe ) Packages: Beispiel Security - 04 Cryptology #8 Nested Namespaces Namespaces können auch ineinander geschachtelt werden Beispiel Punkt in Farbe Punkt in rgb in Farbe Punkt in version1 in rgb in Farbe Punkt in cmyk in Farbe Namensraum Farbe Punkt Namensraum rgb Namensraum cmyk Namensraum version1 Punkt Punkt Punkt Security - 04 Cryptology #9

4 Nested Namespaces: Java Beispiel Einzelne Bestandteile werden durch. getrennt Beginnt bei der höchsten Hierarchiestufe Ähnlich wie im Dateisystem Packages müssen immer absolut angegeben werden (d.h. alle Namensteile müssen vorhanden sein) Security - 04 Cryptology #10 Packages: Namenswahl Sinnvoll: Weltweit eindeutige Namen Üblich sind Internet-Domainnamen in umgekehrter Schreibweise Damit man Klassen aus verschiedenen Quellen ohne Namenskonflikte nutzen kann Beispiel: Klassen aus dem ITM Domainname: itm.uni-luebeck.de Package de.uni_luebeck.itm (Verwendung von _ statt - ) Sinnvoll: Anhängen des Projektnames (z.b. programmieren.ws1213.uebung1.aufgabe2 ) Gesamt: de.uni_luebeck.itm.programmieren.ws1213.uebung1.aufgabe2; Packages: Dateisystem und Packages Java-Dateien müssen im Dateisystem so abgelegt sein, dass deren Pfade die Package-Namen widerspiegeln Im folgenden angenommen: Projektverzeichnis ist ~/coding/aufgabe2 Beispiele für verschiedene Punkt-Klassen (alle jeweils in Punkt.java ) package farbe; ~/coding/aufgabe2/farbe/punkt.java package farbe.rgb; ~/coding/aufgabe2/farbe/rgb/punkt.java package farbe.rgb.version1; ~/coding/aufgabe2/farbe/rgb/version1/punkt.java package farbe.cmyk; ~/coding/aufgabe2/farbe/cmyk/punkt.java package mathe; ~/coding/aufgabe2/mathe/punkt.java package de.uni_luebeck.itm. programmieren.ws1213.uebung1.aufgabe2; ~/coding/aufgabe2/de/uni_luebeck/itm/programmieren/ws1213/uebung1/aufgabe2/punkt.java

5 Packages: Verwendung Zwei Varianten zur Verwendung von Klassen aus anderen Packages Angabe des voll-qualifizierten Namens (Klasse + Package) package test;... farbe.rgb.punkt p = new farbe.rgb.punkt(); Importieren bestimmter Klassennamen Um die Angabe des voll-qualifizierten zu ersparen (Lesbarkeit) Schlüsselwort: import import farbe.rgb.punkt;... Punkt p = new Punkt(); Packages: Verwendung Kann natürlich auch gemischt verwendet werden Beispiel package test; import farbe.rgb.punkt;... Punkt p1 = new Punkt(); farbe.cmyk.punkt p2 = new farbe.cmyk.punkt(); farbe.rgb.version1.punkt p3 = new farbe.rgb.version1.punkt(); Es sind nach wie vor verschiedene Klassen Punkt p1 = new farbe.cmyk.punkt(); //Fehler!!! Packages: Verwendung Alternative Variante von import Importieren ganzer Packages (z.b. import java.util.*;) Alle Namen aus java.util können ohne Angabe des Packages verwendet werden Gilt nicht für eventuelle Unterpackages von java.util Wo/wann benutzt man Packages? In allen größeren Java-Projekten Intensiv in der Java-API: (hier sollten sich Java-Programmierer gut auskennen) In Java ist java.lang.*; implizit immer importiert Daher kann man auch System.out.println(...); statt java.lang.system.out.println(...); schreiben

6 Klassen ohne Package In welchem Package waren eigentlich unsere bisherigen Klassen? Kein Package: sog. default Package Quasi ein Package ohne Namen Daher liegen diese auch im Wurzelverzeichnis des Projekts Sollte man nur bei ganz kleinen Projekten nutzen Security - 04 Cryptology #16 Classpath Motivation Programme können aus vielen Klassen bestehen Eigene Klassen im Projektverzeichnis Von Java mitgelieferte Klassen (z.b. System, String,...) Klassen von Drittanbietern... Woher wissen Compiler und VM, wo die Klassen sind? Standard: Suche nur im Java-Installationsverzeichnis und im aktuellen Verzeichnis Wie funktioniert das mit Packages und wenn nicht alle Klassen im selben Verzeichnis liegen? Es müssen ggf. auch andere Verzeichnisse in die Suche einbezogen werden

7 Lösung: Java Classpath Über den Classpath kann man dem Compiler verschiedene Startpunkte für die Suche mitteilen Von diesen aus sucht Java nach Klassen in verschiedenen Packages Das heißt, dass das Programm über viele Orte zerstreut sein kann Verschiedene Möglichkeiten Standardverhalten Umgebungsvariable CLASSPATH Kommandozeilenparameter Security - 04 Cryptology #19 Die Umgebungsvariable CLASSPATH Angabe aller Suchpfade in der Umgebungsvariablen CLASSPATH Windows Start Einstellungen Systemsteuerung System Erweitert Umgebungsvariablen Mehrere Pfade mit ; getrennt auflisten Wert der Variablen:.;C:\pfad1\javafiles;D:\pfad2\irgendwo; Linux/Unix Mehrere Pfade mit : getrennt auflisten export CLASSPATH=.:/pfad1/javafiles:/pfad2/irgendwo:... (in ~/.bashrc, ~/.profile, ~/bash_profile oder sonstwo) Angabe des Classpath als Argument Classpath als Kommandozeilenargument übergeben Die Umgebungsvariable CLASSPATH wird dann ignoriert Auch javac unterstützt -cp und $CLASSPATH javac übersetzt die angegebenen.java-dateien Classpath wird lediglich zum Einbinden von bereits compilierten Klassen genutzt Windows: C:>java cp.;c:\pfad1\javafiles;d:\pfad2\irgendwo; PKWTest Linux: nutzer@itm:~$ java cp.:/pfad1/javafiles:/pfad2/irgendwo: PKWTest

8 Beispiel Angenommen, wir haben 3 Teams Eins für die farbigen Punkte, eins für die math. Punkte, eins für das Hauptprogramm Jedes Team entwickelt in eigenem Ordner Team 1: Punkt (Package mathe, Ordner team1 ) Team 2: Punkt (Package farbe, Ordner team2 ) Team 1: Main (Package hauptprogramm, Ordner team3 ) Wie übersetzt man das Programm? Angabe aller Java-Dateien des Programms: javac team1\mathe\punkt.java team2\farbe\punkt.java team3\hauptprogramm\main.java Funktioniert, weil wir nicht andere, bereits compilierte Klassen verwenden Wie startet man das Programm? Nächste Folie Wie es nicht geht... Security - 04 Cryptology #23 Besser: Angabe des korrekten Classpath Startpunkt der Suchpfade: team1, team2 und team3 Angabe entweder relativ zum aktuellen Verzeichnis oder absolut Hier: relativ Security - 04 Cryptology #24

9 Informationen zum Classloading Mit dem Parameter -verbose:class gibt Java beim Starten aus, welche Klassen er von wo lädt Beispiel: java -verbose:class -cp team1;team2;team3 hauptprogramm.main Security - 04 Cryptology #25 Exkurs: Classloading in C Auch in anderen Programmiersprachen ist das Nachladen normal Zentrale Updates, Speicherplatzeffizienz, etc. Beispiel: Einfaches C Programm Exkurs: Classloading in C Compilieren und linken in ausführbare Datei Ausführen Abhängigkeiten anzeigen Zeigt zur Laufzeit in den Addressbereich des Programms gemappte Libraries Unter Windows:.dll, unter Linux/Unix:.so

10 JAR Dateien JAR Dateien - Motivation Java-Programme bestehen aus vielen Klassen Jede Klasse hat ein eigenes.class -File Programme bestehen aus vielen Ordnern und Dateien Ausliefern: Zippen, versenden, dort wieder entpacken und starten Einfacher: Class-Dateien in JAR-Archiv zusammenfassen JAR: Java Archive Im JDK enthalten ist ein Programm namens jar zum Anzeigen, Packen und Entpacken von Jar-Dateien JAR-Dateien können direkt in den Classpath eingebunden werden Keine Notwendigkeit, JAR-Dateien vor Verwendung auszupacken jar -Tool: Verwendung

11 JAR Dateien - Erzeugen Angabe aller.class Dateien jar cvf jarfilename.jar Datei1.class... DateiN.class Beispiel: 3 Jars erzeugen (1 pro Team) JAR Dateien - Erzeugen Anstelle einzelner Dateien können Verzeichnisse angegeben werden jar cvf jarfile.jar verzeichnis Vorsicht: Alle Dateien (auch.java Dateien werden hinzugefügt) Nicht sinnvoll, wenn der Source-Code geheim bleiben soll Häufig werden getrennte Jar-Dateien ausgeliefert (Source-Jar, Binary-Jar) JAR Dateien Inhalt anzeigen Mittels jar: jar tf jarfile.jar JAR-Dateien sind normale Zip-Dateien Können mit allen Zip-Tools bearbeitet werden

12 JAR Dateien mit ZIP-Tool anzeigen JAR-Dateien verwenden Können in Classpath aufgenommen werden java cp team1.jar;team2.jar;team3.jar hauptprogramm.main Müssen dazu nicht entpackt werden Wie bekommt man alle Klassen in ein Jar? Problem: Man muss die Klassen mit dem richtigen Pfad ins JAR-File bekommen Möglichkeit: jar cvf programm.jar team1 team2 team3 Funktioniert nicht team1, team2, team3 sind nicht Teil der Packagenamen Security - 04 Cryptology #36

13 Wie bekommt man alle Klassen in ein Jar? Alternative: Erzeugen und subsequentes Aktualisieren eines Jar-Files Erzeugen des Jar-Files jar cvf programm.jar -C team1 mathe/punkt.class -C team1 wechselt in das Verzeichnis vor dem Suche und Hinzufügen jar uvf programm.jar -C team2 farbe/punkt.class u statt c : Update des Files anstelle von Create jar uvf programm.jar -C team3 hauptprogramm/main.class Security - 04 Cryptology #37 JAR-Dateien verwenden Zum Starten von Java- Anwendungen muss man den Namen der Hauptklasse kennen Also der mit der main-methode Sehr unschön für Anwender In Jar-Dateien kann diese Angabe direkt integriert werden Über die sogenannte Manifest Datei (MANIFEST.MF) Damit wird die JAR-Datei direkt ausführbar JAR-Dateien verwenden: Manifest Manifest-Datei mit folgendem Inhalt erstellen: Main-Class: voller.name.der.klasse Beispiel Main-Class: hauptprogramm.main Dazu legt man eine Datei an, die das Manifest enthält Beispiel: manifest.txt Inhalt: Main-Class: hauptprogramm.main (Enter danach nicht vergessen) Als Jar verpacken: jar cvmf manifest.txt jardatei.jar <klassen> Reihenfolge von m und f ist wichtig!

14 Manifest: Beispiel jar cvmf manifest.txt programm.jar -C team1 mathe/punkt.class jar uvf programm.jar -C team2 farbe/punkt.class jar uvf programm.jar -C team3 hauptprogramm/main.class Ausführen einer Jar-Datei Security - 04 Cryptology #41 Manifest Die Manifest-Datei kann noch einiges mehr z.b. den Classpath der Anwendung setzen... Weitere Informationen zum Manifest /jar/manifestindex.html Security - 04 Cryptology #42

15 Zusammenfassung Mit Packages kann man die Anwendung besser strukturieren Vermeidet Namenskonflikte Erlaubt prägnantere Namen Gruppiert zusammengehörige Klassen Classpath bestimmt Suchpfad für Java Mehrere Möglichkeiten (Default, Umgebungsvariable, Kommandozeilenparameter, Manifest-Datei) Jar-Dateien Erlaubt zusammenfassen einer Anwendung oder eines Teils (z.b. Library) zu einer Datei Können Teil des Classpath sein Können über Manifest-Datei weitere Angaben zum Programm enthalten (z.b. die Hauptklasse) Security - 04 Cryptology #43