早稲田大学授業 - Java Programing上級

Scalaやろうぜ

Java Programing上級講師: 有田一平@Cambridge Energy Data Lab

1Saturday, September 7, 13

スケジュール第１回：イントロダクション（授業の概要と進め方）第２回： Java言語の基礎的知識の確認第３回：クラスとオブジェクト１：オブジェクトの基礎第４回：クラスとオブジェクト１：オブジェクトの基礎（演習）第５回：クラスとオブジェクト２：継承第６回：クラスとオブジェクト２：継承（演習）第７回：例外処理第８回：例外処理（演習）第９回：ファイル処理第10回：ファイル処理（演習）第11回：スレッド（演習）第12回：スレッド（演習）第13回：ミニプロジェクト第14回：ミニプロジェクト第15回：ミニプロジェクト発表


講師紹介　有田一平現職はArchitect@Cambridge Energy Data Lab, Ltd

前職はグリー株式会社、JPモルガン証券株式会社

名古屋出身

趣味はアウトドアスポーツ

2005年早稲田大学人間科学部卒業

github: @peisan

twitter: @ippeeeee


皆さんの事も教えて下さい :-)

名前

受講した理由

趣味

出身

などなんでも

生徒自己紹介


講義の目的

本科目では、インターネットにおいて主力のプログラミング言語の一つとなっているJava言語をもとにプログラミングの応用なスキルを身につける。授業は、講義・演習のサイクルの繰り返しで行われる。講義では、まずオブジェクト指向の基礎を学び、続けてJavaプログラミングの概念（例外処理、ファイル入出力、スレッド、ネットワークなど）について知識を習得する。演習では講義内容をふまえて実際にプログラミングを行う。第13回—15回では自身でテーマを決めて、学習したプログラミングスキルを活用してソフトの作成を行う。


提案: ScalaやりませんかScalaはイケてるJava

JVM上で動くプログラミング言語（という意味ではJavaの一種）

Javaのライブラリがそのまま使えます（ので基本的にJavaでできることは全部できる）

記述が簡単で、すぐに覚えられるので学習用途に最適

イメージ的にはJavaの進化系(Java 20くらい)

オブジェクト指向言語かつ関数型言語


Javaの特徴

Java

JVM（Javaの実行環境）上で動く、強い静的片付け、オブジェクト指向言語、文法が厳しい

一方Script言語(Python, Ruby, Perl)は

動的型付け、インタープリタ、文法が緩い


Scalaを使っている会社


JVM

How does Scala work?hello.java

hello.classjav

ac

java

Hello!

hello.scala

hello.classscalac

scala

Hello!

OS


Java vs ScalaHello.java Hello.scala

やっぱりJavaは冗長すぎるScalaだとコードの量は半分くらいになります


Hello.javaを作って実行しよう

Hello.javaファイルをエディタで開く(e.g. #vim Hello.java)

Helloクラスを作る

main methodを作る

compile する(#javac Hello.java)

実行する (#java Hello Fujikura)


Javaは面倒くさい

Editorで長いコードを書き書きして

javacでコンパイルしてclassファイル作って

javaで実行


ScalaならREPLで楽々

コマンドラインで確認しながら楽々実行もできます


提案: JavaとScalaを対比しながらScalaで実装

あくまでも効率のよいJavaとして利用実装はScalaでサクサクやりましょう


Java7のインストールJDK7をインストール

http://www.oracle.com/technetwork/java/javase/downloads/index.html

環境変数 (~/.profileとかに)

export JAVA_HOME=/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.7.0_21.jdk/Contents/Home/

export PATH=$PATH:$JAVA_HOME/bin






ScalaのインストールXcodeのCommand Line Toolsをインストール

Preference -> Downloads -> Command Line Tools


ScalaのインストールHomebrew(http://brew.sh/)でgitとScalaとsbtのインストール

ruby -e "$(curl -fsSL https://raw.github.com/mxcl/homebrew/go)"

#brew install git scala sbt --with-docs

Proxy設定

ダウンロードが上手く行かない場合は以下を試してみてください

export https_proxy=www-proxy.waseda.jp:8080

export http_proxy=www-proxy.waseda.jp:8080

環境変数

export SCALA_HOME=/usr/local/Cellar/scala/2.10.1/


http://brew.sh/

http://brew.sh/

https://raw.github.com/mxcl/homebrew/go

https://raw.github.com/mxcl/homebrew/go

Hello.scalaを作って実行しよう

Hello.scalaファイルをエディタで開く(e.g. #vim Hello.scala)

Helloオブジェクトを作る

main methodを作る

compile する(#scalac Hello.java)

実行する (#scala Hello Fujikura)


GitHubの設定GitHubとは

gitという分散バージョン管理システムのWebでのコラボレーションツール

My Account

https://github.com/peisan

授業のRepository

https://github.com/peisan/WasedaAdvancedJavaClass




GitHubの使い方

授業のRepositoryを自分のRepositoryにFork

Local PCにcloneする

課題の提出は授業のRepositoryにPull Requestで行う

Someone’sRepository

Local Repository

clone

My Repository

My Local Repository

clonegithub.com

Local PC

Push

Pull Request

Fork


GitHub Tutorial

Tutorial

http://git-scm.com/docs/gittutorial

Video

http://git-scm.com/videos

gitの使い方を1ステップずつ学べるサイト

http://try.github.io








IDE: IntelliJ IDEAIDE (Integrated development environment)

シンタックスハイライト、デバッグ機能、補完機能などを備えた統合開発環境

IntelliJ IDEAのダウンロード(FreeのCommunity Editionで十分)

http://www.jetbrains.com/idea/

Projectの準備

$sbt compile

$sbt gen-idea

gen-ideaで生成されたprojectをOpen




Scala Pluginplugins -> Browse RepositoriesからScala Pluginのインストール


Scala CompilerCompilerからUse External Compilerのチェックを外す

Compiler -> Scala Compilerからインストールしたscala 2.10.2を選択


Java Tutorials「Java 1 はじめてみようプログラミング」「Java 2 アプリケーションづくりの初歩」サポートページ

http://mitani.cs.tsukuba.ac.jp/book_support/java/




スケジュール第１回：イントロダクション（授業の概要と進め方）

第２回： Java言語の基礎的知識の確認第３回：クラスとオブジェクト１：オブジェクトの基礎第４回：クラスとオブジェクト１：オブジェクトの基礎（演習）第５回：クラスとオブジェクト２：継承第６回：クラスとオブジェクト２：継承（演習）第７回：例外処理第８回：例外処理（演習）第９回：ファイル処理第10回：ファイル処理（演習）第11回：スレッド（演習）第12回：スレッド（演習）第13回：ミニプロジェクト第14回：ミニプロジェクト第15回：ミニプロジェクト発表


Main Method

一番初めに書くいつものやつです


変数定義

valで定数宣言varで変数宣言: <Type>で型指定（しなくてもよい）

final修飾子で定数宣言修飾子なしで変数宣言宣言時の型指定は必須


変数の型Java

(Primitive/Class)Scala

(Classのみ)型なしなんでも文字文字列

4Byte整数8Byte整数

4Byte浮動少数8Byte浮動少数真偽値配列

void / Void UnitNA / Object Any

char / Character Char NA / String Stringint / Integer Intlong / Long Longfloat / Float Float

double / Double Doublefool / Boolean Booleanarray / Array Array


条件分岐

if文はJavaと同じmatch文を使うとより簡潔

に書けます


ループ1から10まで出力するだけの単純なループ

for文も一行でスッキリ豆知識: toとuntilはInt型のmethod


実習: FizzBuzz以下のルールに従って1から100までの文字列を出力するプログラムを作る

3で割り切れる場合は「Fizz」、5で割り切れる場合は「Buzz」、両者で割り切れる場合は「Fizz Buzz」

完成したらPull Requestを出してみましょう

https://help.github.com/articles/using-pull-requests




関数定義

Hello or Gaoと出力する関数

def <関数名>(引数) : <返り値の型> = {<関数の式>}で宣言返り値の型は省略可


実習: Count関数与えられたArrayの要素数を数える関数を作る

Object名: CountArray

関数名: Count

引数: Array[Int]

返り値: Int

与えられたArrayの中で3の倍数と5の倍数の要素数を数える関数をつくる

関数名: CountIfFactorOfThreeOrFive

(上級編)与えられたArrayの中で任意の条件式に一致する要素数を数える関数を作る（カリー化）

関数名: CountIf


スケジュール第１回：イントロダクション（授業の概要と進め方）第２回： Java言語の基礎的知識の確認

第３回：クラスとオブジェクト１：オブジェクトの基礎第４回：クラスとオブジェクト１：オブジェクトの基礎（演習）第５回：クラスとオブジェクト２：継承第６回：クラスとオブジェクト２：継承（演習）第７回：例外処理第８回：例外処理（演習）第９回：ファイル処理第10回：ファイル処理（演習）第11回：スレッド（演習）第12回：スレッド（演習）第13回：ミニプロジェクト第14回：ミニプロジェクト第15回：ミニプロジェクト発表


オブジェクト指向とは？

オブジェクト同士の相互作用として、システムの振る舞いをとらえる考え方であるオブジェクトとは？属性（変数）と振る舞い（関数やMethod）を持つ

オブジェクト指向のテクニックカプセル化多様性継承


http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%AA%E3%83%96%E3%82%B8%E3%82%A7%E3%82%AF%E3%83%88_(%E3%83%97%E3%83%AD%E3%82%B0%E3%83%A9%E3%83%9F%E3%83%B3%E3%82%B0)

http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%AA%E3%83%96%E3%82%B8%E3%82%A7%E3%82%AF%E3%83%88_(%E3%83%97%E3%83%AD%E3%82%B0%E3%83%A9%E3%83%9F%E3%83%B3%E3%82%B0)

オブジェクトの生成

Human

firstNamelastNameagegetName()

Class (Type)New

New

Human Object 1

firstName => IppeilastName => Aritaage => 31getName() => “Ippei Arita”

Human Object 1

firstName => ShigekilastName => Fujiokaage => 22getName() => “Shigeki Fujioka”

Human Object 1

firstName => ShoheilastName => Fujikuraage => 23getName() => “Fujikura Shohei”

New


オブジェクトの基礎


オブジェクトの基礎Animal Class

name : 動物の名前kind : 動物の種類

say() : nameとkindを含む文字列を出力


演習: オブジェクトの基礎

以下のように定義されたBook Classを作成

Booktitle : 本のタイトルauthor : 本の著者description() : titleとauthorを含む文字列を返す

Bookクラスから任意のtitleとauthorを持ったオブジェクトを作成してdescriptionを出力


スケジュール第１回：イントロダクション（授業の概要と進め方）第２回： Java言語の基礎的知識の確認第３回：クラスとオブジェクト１：オブジェクトの基礎第４回：クラスとオブジェクト１：オブジェクトの基礎（演習）

第５回：クラスとオブジェクト２：継承第６回：クラスとオブジェクト２：継承（演習）第７回：例外処理第８回：例外処理（演習）第９回：ファイル処理第10回：ファイル処理（演習）第11回：スレッド（演習）第12回：スレッド（演習）第13回：ミニプロジェクト第14回：ミニプロジェクト第15回：ミニプロジェクト発表


継承とは？スーパークラスの構造と機能がサブクラスにそのまま引き継がれるスーパークラスを継承したサブクラスは、そのクラスと同等の型としての使用が可能になる

Animal

namekindsay()

スーパークラス（親クラス）

継承(extends)

Dog

namekind（上書き）say()bark()（追加）

サブクラス（子クラス、派生クラス）

スーパークラスの属性と振る舞いを受け継ぎつつ、サブクラスで上書きまたは追加ができる


継承

Dog Class (Animal Classを継承)name : 動物の名前kind : 動物の種類（Dogで固定）

say() : nameとkindを含む文字列を出力bark() : Wan!と吠える


演習: 継承以下のように定義されたCat Classを作成Cat Class (Animal Classを継承)

name : 動物の名前

kind : 動物の種類（Catで固定）say() : nameとkindを含む文字列を出力bark() : Nyan!と吠える


演習: 継承応用編以下のルールに従って任意のスーパークラス及びサブクラスを作成

スーパークラスは一つ以上の属性及び振る舞いを持つ

サブクラスは一つ以上の独自の属性及び振る舞いを持つ

サブクラスはスーパークラスの属性と振る舞いを一つ以上上書き（override）する

サブクラスは2つ以上定義する

サブクラスは2階層以上でもOK


スケジュール第１回：イントロダクション（授業の概要と進め方）第２回： Java言語の基礎的知識の確認第３回：クラスとオブジェクト１：オブジェクトの基礎第４回：クラスとオブジェクト１：オブジェクトの基礎（演習）第５回：クラスとオブジェクト２：継承第６回：クラスとオブジェクト２：継承（演習）

第７回：例外処理第８回：例外処理（演習）第９回：ファイル処理第10回：ファイル処理（演習）第11回：スレッド（演習）第12回：スレッド（演習）第13回：ミニプロジェクト第14回：ミニプロジェクト第15回：ミニプロジェクト発表


例外とは？

プログラムがある処理を実行している途中で、なんらかの異常が発生すること

0 division

Null Pointer Exception

Array Index Out of Bounds Exception

Class Not Found Exception


例外

throw new <Exception>で例外を投げる

try / catchでエラーハンドリング


演習: 例外

JavaやScalaの実行時にも以下のようにいろいろな例外が発生します。以下のような例外をハンドルするようなプログラムを書いてください

null.toStringjava.lang.NullPointerException

123 / 0java.lang.ArithmeticException

Array(1,2,3)(4)java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException

"abc".toIntjava.lang.NumberFormatException


スケジュール第１回：イントロダクション（授業の概要と進め方）第２回： Java言語の基礎的知識の確認第３回：クラスとオブジェクト１：オブジェクトの基礎第４回：クラスとオブジェクト１：オブジェクトの基礎（演習）第５回：クラスとオブジェクト２：継承第６回：クラスとオブジェクト２：継承（演習）第７回：例外処理第８回：例外処理（演習）

第９回：ファイル処理第10回：ファイル処理（演習）第11回：スレッド（演習）第12回：スレッド（演習）第13回：ミニプロジェクト第14回：ミニプロジェクト第15回：ミニプロジェクト発表


File ReadやっぱJavaはめんどくさい


File Write

PrintWriterを使いました


演習: ファイル処理

text fileを読み込んで行番号をつけて別のファイルとして書きだすプログラムを書く


スケジュール第１回：イントロダクション（授業の概要と進め方）第２回： Java言語の基礎的知識の確認第３回：クラスとオブジェクト１：オブジェクトの基礎第４回：クラスとオブジェクト１：オブジェクトの基礎（演習）第５回：クラスとオブジェクト２：継承第６回：クラスとオブジェクト２：継承（演習）第７回：例外処理第８回：例外処理（演習）第９回：ファイル処理第10回：ファイル処理（演習）

第11回：スレッド（演習）第12回：スレッド（演習）第13回：ミニプロジェクト第14回：ミニプロジェクト第15回：ミニプロジェクト発表


Threadとは

スレッド（thread）とは、CPU利用の単位。プロセスに比べて、プログラムを実行するときのコンテキスト情報が最小で済むので切り替えが早くなる。スレッドは、thread of execution（実行の脈絡）という言葉を省略したものである。

(Wikipediaより)


http://ja.wikipedia.org/wiki/CPU

http://ja.wikipedia.org/wiki/CPU

http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%97%E3%83%AD%E3%82%BB%E3%82%B9




http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%97%E3%83%AD%E3%82%B0%E3%83%A9%E3%83%A0_(%E3%82%B3%E3%83%B3%E3%83%94%E3%83%A5%E3%83%BC%E3%82%BF)

http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%97%E3%83%AD%E3%82%B0%E3%83%A9%E3%83%A0_(%E3%82%B3%E3%83%B3%E3%83%94%E3%83%A5%E3%83%BC%E3%82%BF)

http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%B3%E3%83%B3%E3%83%86%E3%82%AF%E3%82%B9%E3%83%88

http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%B3%E3%83%B3%E3%83%86%E3%82%AF%E3%82%B9%E3%83%88

Threadとは

処理の分割の単位

Computer

ProcessThread

Thread

Memory Space

ProcessThread

Thread

Memory SpaceMemory

CPU

CPU


Thread

ScalaではActorを使うのが定石


Actor

Message Queueを持ち、メッセージを逐次処理できるThread

Threadとして実行される

メールボックス（キュー）にメッセージを受信する

メールボックスからメッセージを取り出して処理、またパターンマッチでメッセージを選択して処理をする


おまけ: Web FrameworkPlay - かんたん

http://www.playframework.com/

Struts - ふるい

http://struts.apache.org/

Spring - むずい

http://www.springsource.org/javaconfig








おまけ: ポインタ？Stackにある変数はHEAPにあるオブジェクトへの参照（ポインタ）(*)プリミティブ型はStack領域に値を持つ

HEAPStack

s String Object“test”

n Null

GCにより掃除される


おまけ: jvisualvm

javaのプロセスの確認やモニタリングができるツール


演習: 素数の確認与えられた値が素数かどうかを確認する関数isPrime(n : Int) : Booleanを作る

Example1 => false2 => true3 => true4 => false


演習: 素因数分解

引数で与えられたIntに対して素因数分解をして結果をStringで返す関数を作る

Example: 99999 = 3 * 3 * 3 * 3 * 41 * 41 * 271 * 271


演習: エイト・クイーン

エイト・クイーンのプログラムを作る

http://ja.wikipedia.org/wiki/エイト・クイーン

(ヒント)碁盤をBooleanの2次元配列で表現して置ける場所を表現、後は力ずくで計算すれば…

（上級編）Actorを利用して各パターンを並列に試行するように変更する


http://ja.wikipedia.org/wiki/

http://ja.wikipedia.org/wiki/

Technology

早稲田大学授業 - Java Programing上級