\documentclass[j-spec.tex]{subfiles}

\begin{document}
\tableofcontents
\section{Специализация: данные и функции}
\subsection{В предыдущем разделе}
\begin{itemize}
\item Краткая история (причины возникновения); 
\item инструментарий, выбор версии; 
\item CLI;
\item структура проекта;
\item документирование; 
\item некоторые интересные способы сборки проектов.
\end{itemize}

\subsection{В этом разделе}
Будет рассмотрен базовый функционал языка, то есть основная встроенная функциональность, такая как математические операторы, условия, циклы, бинарные операторы. Далее способы хранения и представления данных в Java, и в конце способы манипуляции данными, то есть функции (в терминах языка называющиеся методами).

\subsection{Данные}
\subsubsection{Понятие типов}
Хранение данных в Java осуществляется привычным для программиста образом: в переменных и константах.

Относительно типизации языки программирования бывают типизированными и нетипизированными (бестиповыми). Нетипизированные языки не представляют большого интереса в современном программировании.
 
Отсутствие типизации в основном присуще чрезвычайно старым и низкоуровневым языкам программирования, например, Forth и некоторым ассемблерам. Все данные в таких языках считаются цепочками бит произвольной длины и не делятся на типы. Работа с ними часто труднее, при этом часто безтиповые языки работают быстрее типизированных, но описывать с их помощью большие проекты со сложными взаимосвязями довольно утомительно.

\begin{frm}
\info Java является языком со \textbf{строгой} (также можно встретить термин «\textbf{сильной}») \textbf{явной} \textbf{статической} типизацией.  
\end{frm}

\begin{itemize}
\item Статическая - у каждой переменной должен быть тип, и этот тип изменить нельзя. Этому свойству противопоставляется динамическая типизация;
\item Явная - при создании переменной ей обязательно необходимо присвоить какой-то тип, явно написав это в коде. В более поздних версиях языка (с 9й) стало возможным инициализировать переменные типа \code{var}, обозначающий нужный тип тогда, когда его возможно однозначно вывести из значения справа. Бывают языки с неявной типизацией, например, Python;
\item Строгая(сильная) - невозможно смешивать разнотипные данные. С другой стороны, существует JavaScript, в котором запись \code{2 + true} выдаст результат \code{3}.
\end{itemize}

\subsubsection{Антипаттерн «магические числа»}
Почти во всех примерах, которые используются для обучения, можно увидеть так называемый антипаттерн - плохой стиль для написания кода. Числа, которые находятся справа от оператора присваивания используются в коде без пояснений. Такой антипаттерн называется «магическое число». Магическое, потому что непонятно, что это за число, почему это число именно такое и что будет, если это число изменить.

Так лучше не делать. Заранее нужно сказать, что рекомендуется помещать все числа в коде в именованные константы, которые хранятся в начале файла. Плюсом такого подхода является возможность легко корректировать значения переменных в достаточно больших проектах.

Например, в вашем коде несколько тысяч строк, а какое-то число, скажем, возраст совершеннолетия, число 18, использовалось несколько десятков раз. При использовании приложения в стране, где совершеннолетием считается $21$ год вы должны будете перечитывать весь код в поисках магических «18» и исправить их на «21». В этом вопросе будет также важно не запутаться, действительно ли это $18$, которые означают совершеннолетие, а не количество карманов в жилетке Анатолия Вассермана\footnote{мы то знаем, что их 26}.

В случае с константой изменить число нужно в одном месте.

\subsection{Примитивные типы данных}
Все данные в Java делятся на две основные категории: примитивные и ссылочные. Таблица \hrf{tab:types} демонстрирует все восемь примитивных типов языка и их размерности. Чтобы отправить на хранение какие-то данные используется оператор присваивания. Присваивание в программировании - это не тоже самое, что математическое равенство, демонстрирующее тождественность, а полноценная операция.

Все присваивания всегда происходят справа налево, то есть сначала вычисляется правая часть, а потом результат вычислений присваивается левой. Исключений нет, именно поэтому в левой части не может быть никаких вычислений.

\begin{table}
    \centering
    \begin{tabular}{|p{17mm}|p{80mm}|p{55mm}|}
        \hline
        Тип & Пояснение & Диапазон \\
        \hline
        byte & Самый маленький из адресуемых типов, 8 бит, знаковый & [\textminus128, +127] \\
        \hline
        short & Тип короткого целого числа, 16 бит, знаковый & [\textminus32 768, +32 767]\\
        \hline
        char & Целочисленный тип для хранения символов в кодировке UTF-8, 16 бит, беззнаковый & [0, +65 535]\\
        \hline
        int & Основной тип целого числа, 32 бита, знаковый & [\textminus2 147 483 648, +2 147 483 647] \\
        \hline
        long & Тип длинного целого числа, 64 бита, знаковый & [\textminus9 223 372 036 854 775 808, +9 223 372 036 854 775 807] \\
        \hline
        float & Тип вещественного числа с плавающей запятой (одинарной точности, 32 бита) &  \\
        \hline
        double & Тип вещественного числа с плавающей запятой (двойной точности, 64 бита) &  \\
        \hline
        boolean & Логический тип данных & true, false \\
        \hline
    \end{tabular}
    \caption{Основные типы данных в языке Java}
    \label{tab:types}
\end{table}

Шесть из восьми типов имеет диапазон значений, а значит основное их отличие в объёме занимаемой памяти. У \code{double} и \code{float} тоже есть диапазоны, но они заключаются в точности представления дробной части. Диапазоны означают, что если попытаться положить в переменную меньшего типа большее значение, произойдёт «переполнение переменной».

\subsubsection{Переполнение целочисленных переменных}
Чем именно чревато переполнение переменной легче показать на примере (по ссылке -  \href{https://habr.com/ru/company/pvs-studio/blog/306748/}{расследование} крушения ракеты из-за переполнения переменной)

\begin{frm} \excl Переполнение переменных не распознаётся компилятором. \end{frm}

Если создать переменную типа byte, диапазон которого от $[-128, +127]$, и присвоить этой переменной значение $200$ произойдёт переполнение, как если попытаться влить пакет молока в напёрсток.

\begin{frm} \info Переполнение переменной - это ситуация, в которой происходит попытка положить большее значение в переменную меньшего типа. \end{frm}

Важным вопросом при переполнении остаётся следующий: какое в переполненной переменной останется значение? Максимальное, $127$? $200 - 127 = 73$? Какой-то мусор? Каждый язык, а зачастую и разные компиляторы одного языка ведут себя в этом вопросе по разному.

\begin{frm}
  \begin{center}
  \excl В современном мире гигагерцев и терабайтов почти никто не пользуется маленькими типами, но именно из-за этого ошибки переполнения переменных становятся опаснее испанской инквизиции.

    \includegraphics[width=5cm]{jc-02-spanish.jpg}
  \end{center}
\end{frm}

\subsubsection{Бинарное (битовое) представление данных}
После разговора о переполнении, нельзя не сказать о том, что именно переполняется. Далее будут представлены сведения которые касаются не только языка Java но и любого другого языка программирования. Эти сведения помогут разобраться в деталях того как хранится значение переменной в программе и как, в целом, происходит работа компьютерной техники.

\begin{frm} \info Все современные компьютеры, так или иначе работают от электричества и являются примитивными по своей сути устройствами, которые понимают только два состояния: есть напряжение в электрической цепи или нет. Эти два состояния принято записывать в виде 1 и 0, соответственно. \end{frm}

Все данные в любой программе - это единицы и нули. Данные в программе на Java не исключение, удобнее всего это явление рассматривать на примере примитивных данных. Поскольку в компьютере можно оперировать только двумя значениями то естественным образом используется двоичная система счисления.

\begin{table}[H]
    \centering
    \begin{tabular}{|r|r|r|r|}
      \hline
      Десятичное & Двоичное & Восьмеричное & Шестнадцатеричное\\
      \hline
00 & 00000 & 00 & 0x00 \\
01 & 00001 & 01 & 0x01 \\
02 & 00010 & 02 & 0x02 \\
03 & 00011 & 03 & 0x03 \\
04 & 00100 & 04 & 0x04 \\
05 & 00101 & 05 & 0x05 \\
06 & 00110 & 06 & 0x06 \\
07 & 00111 & 07 & 0x07 \\
08 & 01000 & 10 & 0x08 \\
09 & 01001 & 11 & 0x09 \\
10 & 01010 & 12 & 0x0a \\
11 & 01011 & 13 & 0x0b \\
12 & 01100 & 14 & 0x0c \\
13 & 01101 & 15 & 0x0d \\
14 & 01110 & 16 & 0x0e \\
15 & 01111 & 17 & 0x0f \\
16 & 10000 & 20 & 0x10 \\
      \hline
    \end{tabular}
    \caption{Представления чисел}
    \label{tab:counting-systems}
\end{table}

Двоичная система счисления это система счисления с основанием два. Существуют и другие системы счисления, например, восьмеричная, но сейчас она отходит на второй план полностью уступая своё место шестнадцатеричной системе счисления. Каждая цифра в десятичной записи числа называется разрядом, аналогично в двоичной записи чисел каждая цифра тоже называется разрядом, но для компьютерной техники этот разряд называется битом.

\begin{frm}
\info Одна единица или ноль - это один \textbf{бит} передаваемой или хранимой информации.
\end{frm}

Биты принято собирать в группы по восемь штук, по восемь разрядов, эти группы называются \textbf{байт}. В языке Java возможно оперировать минимальной единицей информации, такой как байт для этого есть соответствующий тип. Диапазон байта, согласно таблицы $[-128, +127]$, то есть байт информации может в себе содержать ровно 256 значений. Само число $127$ в двоичной записи это семиразрядное число, все разряды которого единицы (то есть байт выглядит как \code{01111111}). Последний, восьмой, самый старший бит, определяет знак числа\footnote{Здесь можно начать долгий и скучный разговор о схемотехнике и хранении отрицательных чисел с применением техники дополнительного кода.}. Достаточно знать формулу расчёта записи отрицательных значений:
\begin{enumerate}
\item в прямой записи поменять все нули на единицы и единицы на нули;
\item поставить старший бит в единицу.
\end{enumerate}
Так возможно получить на единицу меньшее отрицательное число, то есть преобразовав 0 получим -1, 1 будет -2, 2 станет -3 и так далее.

Числа б\'{о}льших разрядностей могут хранить б\'{о}льшие значения, теперь преобразование диапазонов из десятичной системы счисления в двоичную покажет что \code{byte} это один байт, \code{short} это два байта, то есть 16 бит, \code{int} это 4 байта то есть 32 бита, а \code{long} это 8 байт или 64 бита хранения информации.

\subsubsection{Задания для самопроверки}
\begin{enumerate}
\item длдлдл
\end{enumerate}

\subsubsection{Целочисленные типы}
Целочисленных типов четыре, и они занимают 1, 2, 4 и 8 байт.
\begin{frm}
\info Технически, целочисленых типов пять, но \code{char} устроен чуть сложнее других, поэтому не рассматривается в этом разделе.
\end{frm}

Значения в целочисленных типах могут быть только целые, никак и никогда невозможно присвоить им дробных значений. Про эти типы следует помнить следующее:
\begin{itemize}
\item \code{int} - это самый часто используемый тип. Если сомневаетесь, какой целочисленный тип использовать, используйте \code{int};
\item все целые числа, которые пишутся в коде - это \code{int}, даже если вы пытаетесь их присвоить переменной другого типа.
\end{itemize}

Как \code{int} преобразуется в меньше типы? Если написать цифрами справа число, которое может поместиться в переменную меньшего типа слева, то статический анализатор кода его пропустит, а компилятор преобразует в меньший тип автоматически (строка 9 на рис. \hrf{pic:byte-overflow}).
\begin{figure}[H]
  \centering
  \includegraphics[width=12cm]{jc-02-byte-overflow.png}
  \caption{Присваивание валидных и переполняющих значений}
  \label{pic:byte-overflow}
\end{figure}

Как видно, к маленькому \code{byte} успешно присваивается \code{int}. Если же написать число которое больше типа слева и, соответственно, поместиться не может, среда разработки выдает предупреждение компилятора, что ожидался \code{byte}, а передан \code{int} (строка 10 рис \hrf{pic:byte-overflow}).

Часто нужно записать в виде числа какое-то значение большее чем может принимать \code{int}, и явно присвоить начальное значение переменной типа \code{long}.

\begin{figure}[H]
  \centering
  \includegraphics[width=12cm]{jc-02-int-overflow.png}
  \caption{Попытка инициализации переменной типа \code{long}}
  \label{pic:int-overflow}
\end{figure}

В примере на рис. \hrf{pic:int-overflow} показана попытка присвоить значение 5000000000 переменной типа \code{long}. Из текста ошибки ясно, что невозможно положить такое большое значение в переменную типа \code{int}, а это значит, что справа \code{int}. Почему большой \code{int} без проблем присваивается к маленькому байту?

\begin{figure}[H]
  \centering
  \includegraphics[width=12cm]{jc-02-float-overflow.png}
  \caption{Решение проблемы переполнения числовых констант}
  \label{pic:overflow-solution}
\end{figure}

На рис. \hrf{pic:overflow-solution} продемонстрировано, что аналогичная ситуация возникает с типами \code{float} и \code{double}. Все дробные числа, написанные в коде - это \code{double}, поэтому положить их во \code{float} без дополнительных усилий невозможно. В этих случаях к написанному справа числу нужно добавить явное указание на его тип. Для \code{long} пишем \code{L}, а для \code{float} - \code{f}. Чаще всего \code{L} пишут заглавную, чтобы подчеркнуть, что тип больше, а \code{f} пишут маленькую, чтобы подчеркнуть, что мы уменьшаем тип. Но регистр в этом конкретном случае значения не имеет, можно писать и так и так.

\subsubsection{Числа с плавающей запятой (точкой)}
Как видно из таблицы \hrf{tab:types}, два из восьми типов не имеют диапазонов значений. Это связано с тем, что диапазоны значений флоута и дабла заключаются не в величине возможных хранимых чисел, а в точности этих чисел после запятой.

\begin{frm} \info Числа с плавающей запятой в англоязычной литературе называются числа с плавающей точкой (от англ. floating point). Такое различие связано с тем, что в русскоязычной литературе принято отделять дробную часть числа запятой, а в европейской и американской - точкой. \end{frm}

Хранение чисел с плавающей запятой\footnote{хорошо и подробно, но на С в посте на \href{https://habr.com/ru/post/112953/}{Хабре}.} работает по стандарту IEEE 754 (1985 г). Для работы с числами с плавающей запятой на аппаратурном уровне к обычному процессору добавляют математический сопроцессор (FPU, floating point unit).

\begin{figure}[H]
  \centering
  \begin{subfigure}[b]{0.48\textwidth}
    \centering
    \def\svgwidth{\textwidth}
    \input{pics/jc-02-float-struct.pdf_tex}
    \caption{double}
    \label{pic:float-double}
  \end{subfigure}
  \hfill
  \begin{subfigure}[b]{0.48\textwidth}
    \centering
    \def\svgwidth{\textwidth}
    \input{pics/jc-02-float-struct32.pdf_tex}
    \caption{float}
    \label{pic:float-float}
  \end{subfigure}
  \caption{Типы с плавающей запятой}
  \label{pic:float-struct}
\end{figure}

Рисунок \hrf{pic:float-struct} демонстрирует, как распределяются биты в числах с плавающей запятой разных разрядностей, где S - Sign (знак), E - Exponent (8(11) разрядов поля порядка, экспонента), M - Mantissa (23(52) бита мантиссы, дробная часть числа).

Если попытаться уложить весь стандарт в два предложения, то получится примерно следующее: получить число в соответствующих разрядностях возможно по формулам:
\begin{equation*}
  \begin{gathered}
 F_{32} = (-1)^S \times 2^{E-127} \times (1 + \frac{M}{2^{23}}) \\
 F_{64} = (-1)^S \times 2^{E-1023} \times (1 + \frac{M}{2^{52}})
  \end{gathered}
\end{equation*}

\begin{frm} \info Например:
  $+0,5 = 2^{-1}$ поэтому, число будет записано как

  \code{0_01111110_00000000000000000000000}, то есть знак $= 0$, мантисса $= 0$, порядок = $127 - 1 = 126$, чтобы получить следующие результаты вычислений:

  $-1^0$ положительный знак, умножить на порядок

  $2^{126-127 = -1} = 0,5$ и умножить на мантиссу
  
  $1 + 0$. То есть, $-1^0 \times 2^{-1} \times (1 + 0) = 0,5.$

  Отсюда становится очевидно, что чем сложнее мантисса и чем меньше порядок, тем более точные и интересные числа мы можем получить.
\end{frm}
 
Возьмём для примера число $-0,15625$, чтобы понять как его записывать, откинем знак, это будет единица в разряде, отвечающем за знак, и посчитаем мантиссу с порядком. Представим число как положительное и будем от него последовательно отнимать числа, являющиеся отрицательными степенями двойки, чтобы получить максимально близкое к нулю значение.

\begin{equation*}
  \begin{gathered}
2^{1} = 2 \\ 2^{0} = 1.0 \\ 2^{-1} = 0.5 \\ 2^{-2} = 0.25 \\ 2^{-3} = 0.125 \\ 2^{-4} = 0.0625 \\ 2^{-5} = 0.03125 \\ 2^{-6} = 0.015625 \\ 2^{-7} = 0.0078125 \\ 2^{-8} = 0.00390625
  \end{gathered}
\end{equation*}

Очевидно, что $-1$ и $-2$ степени отнять не получится, поскольку мы явно уходим за границу нуля, а вот $-3$ прекрасно отнимается, значит порядок будет $127-3 = 124$, осталось понять, что получится в мантиссе.

Видим, что оставшееся после первого вычитания ($0,15625 - 0,125$) число - это $2^{-5}$. Значит в мантиссе пишем \code{01} и остальные нули, то есть слева направо указываем, какие степени после $-3$ будут нужны. $-4$ не нужна, а $-5$ нужна.

Получится, что
\begin{equation*}
  \begin{gathered}
(-1)^1 \times 2^{(124-127)} \times (1 + \frac{2097152}{2^{23}}) = 1,15652 \\
\text{или, тождественно,}\\    
(-1)^1 \times 1,01e-3 = \\
1\times2^{-3} + 0\times2^{-4} + 1\times2^{-5} = \\
1\times0,125 + 0\times0,0625 + 1\times0,03125 = \\
0,125 + 0,03125 = 0,15625
  \end{gathered}
\end{equation*}

Так число с плавающей запятой возможно посчитать двумя способами: по приведённой формуле, или последовательно складывая разряды мантиссы умноженные на двойку в степени порядка, уменьшая порядок на каждом шагу.

\begin{figure}[h]
  \centering
  \includegraphics[width=17cm]{jc-02-float02.png}
  \caption{Особенности работы с числами с плавающей запятой}
  \label{pic:float-points}
\end{figure}

К особенностям работы чисел с плавающей запятой можно отнести:
\begin{itemize}
\item возможен как положительный, так и отрицательный ноль (в целых числах ноль всегда положительный);
\item есть огромная зона, отмеченная на рисунке \hrf{pic:float-points}, которая являет собой непредставимые числа, слишком большие для хранения внутри такой переменной или настолько маленькие, что мнимая единица в мантиссе отсутствует;
\item в таком числе можно хранить значения положительной и отрицательной бесконечности;
\item при работе с такими числами появляется понятие не-числа, при этом важно помнить, что \code{NaN != NaN}.
\end{itemize}

\subsubsection{Символы и булевы}
Шесть из восьми примитивных типов могут иметь как положительные, так и отрицательные значения, они называются \textbf{«знаковые»} типы. В таблице есть два типа, у которых есть диапазон но нет отрицательных значений, это \code{boolean} и \code{char}

Булев тип хранит значение \code{true} или \code{false}. На собеседованиях иногда спрашивают, сколько места занимает \code{boolean}. В Java объём хранения не определён и зависит от конкретной JVM, обычно считают, что это один байт.

\begin{table}[h!]
  \centering
  \begin{tabular}{||c|c|c||c|c|c||c|c|c||c|c|c||}
    \hline
    dec & hex  & val   & dec & hex  & val               & dec & hex  & val      & dec & hex  & val \\
    \hline
    000 & 0x00 & (nul) & 032 & 0x20 & \textvisiblespace & 064 & 0x40 & @        & 096 & 0x60 & \textquoteleft \\
    001 & 0x01 & (soh) & 033 & 0x21 & !                 & 065 & 0x41 & A        & 097 & 0x61 & a \\ 
    002 & 0x02 & (stx) & 034 & 0x22 & "                 & 066 & 0x42 & B        & 098 & 0x62 & b \\ 
    003 & 0x03 & (etx) & 035 & 0x23 & \#                & 067 & 0x43 & C        & 099 & 0x63 & c \\ 
    004 & 0x04 & (eot) & 036 & 0x24 & \$                & 068 & 0x44 & D        & 100 & 0x64 & d \\ 
    005 & 0x05 & (enq) & 037 & 0x25 & \%                & 069 & 0x45 & E        & 101 & 0x65 & e \\ 
    006 & 0x06 & (ack) & 038 & 0x26 & \&                & 070 & 0x46 & F        & 102 & 0x66 & f \\ 
    007 & 0x07 & (bel) & 039 & 0x27 & \textquotesingle  & 071 & 0x47 & G        & 103 & 0x67 & g \\ 
    008 & 0x08 & (bs)  & 040 & 0x28 & (                 & 072 & 0x48 & H        & 104 & 0x68 & h \\ 
    009 & 0x09 & (tab) & 041 & 0x29 & )                 & 073 & 0x49 & I        & 105 & 0x69 & i \\ 
    010 & 0x0A & (lf)  & 042 & 0x2A & *                 & 074 & 0x4A & J        & 106 & 0x6A & j \\ 
    011 & 0x0B & (vt)  & 043 & 0x2B & +                 & 075 & 0x4B & K        & 107 & 0x6B & k \\ 
    012 & 0x0C & (np)  & 044 & 0x2C & \textquoteright   & 076 & 0x4C & L        & 108 & 0x6C & l \\ 
    013 & 0x0D & (cr)  & 045 & 0x2D & -                 & 077 & 0x4D & M        & 109 & 0x6D & m \\ 
    014 & 0x0E & (so)  & 046 & 0x2E & .                 & 078 & 0x4E & N        & 110 & 0x6E & n \\ 
    015 & 0x0F & (si)  & 047 & 0x2F & /                 & 079 & 0x4F & O        & 111 & 0x6F & o \\ 
    016 & 0x10 & (dle) & 048 & 0x30 & 0                 & 080 & 0x50 & P        & 112 & 0x70 & p \\ 
    017 & 0x11 & (dc1) & 049 & 0x31 & 1                 & 081 & 0x51 & Q        & 113 & 0x71 & q \\ 
    018 & 0x12 & (dc2) & 050 & 0x32 & 2                 & 082 & 0x52 & R        & 114 & 0x72 & r \\ 
    019 & 0x13 & (dc3) & 051 & 0x33 & 3                 & 083 & 0x53 & S        & 115 & 0x73 & s \\ 
    020 & 0x14 & (dc4) & 052 & 0x34 & 4                 & 084 & 0x54 & T        & 116 & 0x74 & t \\ 
    021 & 0x15 & (nak) & 053 & 0x35 & 5                 & 085 & 0x55 & U        & 117 & 0x75 & u \\ 
    022 & 0x16 & (syn) & 054 & 0x36 & 6                 & 086 & 0x56 & V        & 118 & 0x76 & v \\ 
    023 & 0x17 & (etb) & 055 & 0x37 & 7                 & 087 & 0x57 & W        & 119 & 0x77 & w \\ 
    024 & 0x18 & (can) & 056 & 0x38 & 8                 & 088 & 0x58 & X        & 120 & 0x78 & x \\ 
    025 & 0x19 & (em)  & 057 & 0x39 & 9                 & 089 & 0x59 & Y        & 121 & 0x79 & y \\ 
    026 & 0x1A & (eof) & 058 & 0x3A & :                 & 090 & 0x5A & Z        & 122 & 0x7A & z \\ 
    027 & 0x1B & (esc) & 059 & 0x3B & ;                 & 091 & 0x5B & [        & 123 & 0x7B & \char`\{ \\ 
    028 & 0x1C & (fs)  & 060 & 0x3C & <                 & 092 & 0x5C & \char`\\ & 124 & 0x7C & | \\ 
    029 & 0x1D & (gs)  & 061 & 0x3D & =                 & 093 & 0x5D & ]        & 125 & 0x7D & \char`\} \\ 
    030 & 0x1E & (rs)  & 062 & 0x3E & >                 & 094 & 0x5E & \^{}     & 126 & 0x7E & \~{} \\ 
    031 & 0x1F & (us)  & 063 & 0x3F & ?                 & 095 & 0x5F & \char`\_ & 127 & 0x7F & \code{\DEL} \\ 
    \hline
  \end{tabular}
  \caption{Фрагмент UTF-8 (ASCII) таблицы}
  \label{table:utf-8-ascii}
\end{table}
 
Тип \code{char} единственный беззнаковый целочисленный тип в языке, то есть его старший разряд хранит полезное значение, а не признак положительности. Тип целочисленный но по умолчанию среда исполнения интерпретирует его как символ по таблице utf-8 (см фрагмент в таблице \hrf{table:utf-8-ascii}). В языке Java есть разница между одинарными и двойными кавычками. В одинарных кавычках всегда записывается символ, который на самом деле является целочисленным значением, а в двойных кавычках всегда записывается строка, которая фактически является экземпляром класса \code{String}. Поскольку типизация строгая, то невозможно записать в \code{char} строки, а в строки числа.

\begin{frm} \info В Java есть три основных понятия, связанных с данными переменными и использованием значений: объявление, присваивание, инициализация.

  Для того чтобы \textit{объявить} переменную, нужно написать её тип и название, также часто вместо названия можно встретить термин идентификатор.

  Далее в любой момент можно \textit{присвоить} этой переменной значение, то есть необходимо написать идентификатор использовать оператор присваивания и справа написать значение, которое вы хотите присвоить данной переменной, поставить в конце строки точку с запятой.

  Также существует понятие \textit{инициализации} - это когда объединяются на одной строке объявление и присваивание.\end{frm}

\subsubsection{Преобразование типов}
Java - это язык со строгой статической типизацией, но преобразование типов в ней всё равно есть. Простыми словами, преобразование типов - это когда компилятор видит, что типы переменных по разные стороны присваивания разные, начинает разрешать это противоречие. Преобразование типов бывает явное и неявное.

\begin{frm}
\info В разговоре или в сообществах можно услышать или прочитать термины тайпкастинг, кастинг, каст, кастануть, и другие производные от английского typecasting.
\end{frm}

Неявное преобразование типов происходит, когда присваиваются числа переменным меньшей размерности, чем \code{int}. Число справа это \code{int}, а значит 32 разряда, а слева, например, \code{byte}, и в нём всего 8 разрядов, но ни среда ни компилятор не поругались, потому что значение в большом \code{int} не превысило 8 разрядов маленького \code{byte}. Итак неявное преобразование типов происходит в случаях, когда, «всё и так понятно». В случае, если неявное преобразование невозможно, статический анализатор кода выдаёт ошибку, что ожидался один тип, а был дан другой.

Явное преобразование типов происходит, когда мы явно пишем в коде, что некоторое значение должно иметь определённый тип. Этот вариант приведения типов тоже был рассмотрен, когда к числам дописывались типовые квалификаторы \code{L} и \code{f}. Но чаще всего случается, что происходит присваивание переменным не тех значений, которые были написаны в тексте программы, а те, которые получились в результате каких-то вычислений.
\begin{figure}[H]
  \centering
  \includegraphics[width=12cm]{jc-02-byte-cast-error.png}
  \caption{Ошибка приведения типов}
  \label{pic:byte-cast-error}
\end{figure}

На рис. \hrf{pic:byte-cast-error} приведён простейший пример, в котором очевидно, что внутри переменной \code{i0} содержится значение, не превышающее одного байта хранения, а значит возможно явно сообщить компилятору, что значение точно поместится в \code{byte}. \textit{Явно преобразовать типы}. Для этого нужно в правой части оператора присваивания перед идентификатором переменной в скобках добавить название типа, к которому необходимо преобразовать значение этой переменной.
\begin{figure}[H]
  \centering
  \includegraphics[width=12cm]{jc-02-byte-cast-fix.png}
  \caption{Верное приведение типов}
  \label{pic:byte-cast-error}
\end{figure}

\subsubsection{Константность}
Constare - (лат. стоять твёрдо). Константность это свойство неизменяемости. В Java ключевое слово \code{const} не реализовано, хоть и входит в список ключевых, зарезервированных. Константы создаются при помощи ключевого слова \code{final}. Ключевое слово файнал возможно применять не только с примитивами, но и со ссылочными типами, методами, классами.

\begin{frm}
\info Константа - это переменная или идентификатор с конечным значением.
\end{frm}

\subsubsection{Задания для самопроверки}
\begin{enumerate}
\item длдлдл
\end{enumerate}

\subsection{Базовый функционал языка}
\subsubsection{Математические операторы}
\subsubsection{Условия}
\subsubsection{Циклы}
\subsubsection{Бинарные арифметические операторы};

\subsection{Функции}

\subsection*{Задания к семинару}
\begin{itemize}
\item Написать как можно больше вариантов функции инвертирования массива единиц и нулей за 15 минут (без ветвлений любого рода);
\item Сравнить без условий две даты, представленные в виде трёх чисел гггг-мм-дд;
\end{itemize}


\end{document}
 

% Слайд & Разобравшись с примитивными типами данных мы можем переходить к ссылочным помните я в самом начале говорил что есть два больших вида данных примитивные и Ссылочное вот примитивных восемь а ссылочные это все остальные и это скорее хорошая новость чем плохая потому что не надо запоминать их бесконечные названия. \\ \hline
 
% Слайд & Самым простым из ссылочных типов является массив. фактически массив выведен на уровень языка и не имеет специального ключевого слова как названия хотя если копнуть гораздо глубже то можно увидеть что у него есть внутреннее название слово эррэй с большой буквы обрамлённое двумя символами нижнего подчёркивания с каждой стороны. Не буду утомлять вас скучной частью о назначении массива и тем что там хранятся наборы однотипных данных, сразу к делу. \\ \hline

% Слайд & Ссылочные типы отличаются от примитивных местом хранения информации. в примитивах данные хранятся прямо там, где существует переменная и где написан её идентификатор, а по идентификатору ссылочного типа внезапно хранится не значение, а ссылка. Эту ссылку можно представить как ярлык у вас на рабочем столе, то есть очевидно, что непосредственная информация хранится не там, где написан идентификатор. Такое явное разделение идентификатора переменной и данных, которые по нему можно найти, нам будет важно помнить и понимать при работе с ООП на дальнейших занятиях. \\ \hline

% Слайд & в идентификаторе массива, фактически, находится адрес его первого элемента. не лишним будет напомнить, что массив - это единая сплошная область данных, в связи с чем в массивах возможно осуществление доступа по индексу. Самый младший индекс любого массива - ноль, поскольку индекс - это значение смещения по элементам относительно начального адреса массива. То есть, для получения самого первого элемента нужно сместиться на ноль шагов. Очевидно, что самый последний элемент в массиве из, скажем, десяти значений, будет храниться по девятому индексу. \\ \hline

% Лайвкод & Массивы в джава создают несколькими способами. В общем виде объявление это тип квадратные скобки как обозначение того, что это будет массив из переменных этого типа, идентификатор. Инициализировать массив можно либо ссылкой на другой массив, пустым массивом или заранее заданными значениями, записанными через запятую в фигурных скобках. Присвоить в процессе работы  идентификатору возможно только значение ссылки из другого идентификатора или новый пустой массив. \\ \hline
 
% Слайд & Давайте, раз уж заговорили о том как создавать поговорим об ограничениях, накладываемых на это действие. Никак и никогда нельзя присвоить идентификатору целый готовый массив в процессе работы, нельзя стандартными средствами переприсвоить ряд значений части массива (так называемые слайсы или срезы). Кстати, получить стандартными средствами срез массива на чтение тоже, к сожалению, нельзя. \\ \hline

% Слайд & Массивы бывают как одномерные, так и многомерные и тут важно помнить, что многомерный массив - это всегда массив из массивов меньшего размера: двумерный массив - это массив одномерный, трёхмерный - массив двумерных и так далее. Правила инициализации у них не отличаются. \\ \hline

% Слайд & преобразовать тип массива нельзя никогда, каждого отдельного элемента можно, а массива целиком нельзя, это связано с тем, что под массивы сразу выделяется непрерывная область памяти, а со сменой типа всех значений массива эту область нужно будет или значительно расширять или значительно сужать, а такую ответственность ЖВМ никогда на себя не возьмёт. Но можно преобразовать тип каждого отдельного элемента массива после его чтения так, как мы это уже делали с примитивами.\\ \hline

% Слайд & если мы пишем ключевое слово файнал с массивом то это совершенно не значит, что мы не сможем изменить значения по индексам этого массива. ключевое слово файнал работает только с идентификаторами. \\ \hline

% Слайд & Есть интересная особенность, она же отличительная черта языка от например С++, она заключается в том, что если вы планируете создавать нижние измерения массива в процессе работы программы, то при инициализации массива верхнего уровня вам не следует указывать размерности нижних уровней. Это связано с тем, что при инициализации джава сразу выделяет память под все измерения, а присваивание нижним измерениям новых значений всё равно будет пересоздавать области памяти, получается небольшая утечка памяти, не критично, но неприятно. Это, кстати, позволяет создавать не прямоугольные массивы.\\ \hline

% Слайд & Прочитать из массива значение возможно обратившись к ячейке массива по индексу. Записать в массив значение возможно обратившись к ячейке массива по индексу, и применив оператор присваивания, тут ничего нового. В каждом объекте массива есть специальное поле, которое обозначает длину данного массива. Поле находится в классе Эррэй и является публичной константой. Это, кстати, хорошо объясняет, почему нужно сразу объявлять длину массива и нельзя менять его значение, вдруг изменится длина, а поле с длиной константно. \\ \hline

% Слайд & Задание для самопроверки: \\ \hline

% Слайд & О данных пока хватит, предлагаю поговорить о базовой функциональности языка, то есть об арифметике, условиях, циклах и бинарных операторах. Здесь будем коротко, потому как совсем уж узких мест тут не предвидится\\ \hline

% Слайд & Математические операторы работают как и предполагается - складывают, вычитают, делят, умножают, делают это по приоритетам известным нам с пятого класса, а если приоритет одинаков - слева направо. Специального оператора возведения в степень как в пайтоне нет. Единственное, что следует помнить, что оператор присваивания продолжает быть оператором присваивания, а не является математическим равенством, а значит сначала посчитается всё, что слева, а потом результат попробует присвоиться переменной справа. Припоминаем что там за дела с целочисленным делением и отбрасыванием дробной части. \\ \hline

% лайвкод & с условиями тоже всё достаточно прозрачно, никаких подводных камней, «если», «иначе если», «в противном случае». раз уж мы тут в шестерёнках копаемся, наверное, следует упомянуть, что конструкция от иф до элс является единым оператором выбора, какой бы длинный он ни был, поэтому надеяться что какие-то входные данные позволят выполниться двум веткам условного оператора немного самонадеяно. каждая ветвь условного оператора - это отдельный кодовый блок со своим окружением и локальными переменными.\\ \hline

% лайвкод & Неплохой альтернативой многоступенчатого оператора иф-элс является оператор свич, который позволяет осуществлять множественный выбор между числовыми значениями. Оператор хорош почти всем, но у него есть ряд особенностей. первая и самая очевидная - это оператор, состоящий из одного кодового блока, то есть сегменты кода находятся в одной области видимости \\ \hline

% лайвкод & если не поставить брейки - будем проваливаться в следующие кейсы, хотя иногда это нужно, но чаще всего является неожиданным поведением. нельзя создать диапазон значений, в отличие от ифчика. нельзя создать локальные переменные с одинаковым названием для каждого кейса.\\ \hline

% Слайд & Циклы представлены в джаве тремя братьями вайл, дувайл и фо. у них также нет каких-то сверхспецифичных особенностей, цикл он и есть цикл, набор повторяющихся действий до наступления условия. вайл - самый простой и примитивный, чаще всего используется, когда нужно описать простой бесконечный цикл. дувайл единственный цикл с постусловием, то есть сначала сделали, а потом решили нужно ли делать ещё раз. используется для ожидания ответов на заданный вопрос и возможного перезапроса по условию. фо - классический счётный цикл, его почему-то программисты любят больше всего. \\ \hline

% Слайд & есть ещё один, активно пропагандируемый цикл - это форич, но я его специально не отнёс к классическим собратьям, поскольку он работает немного неочевидным образом, о чём мы обязательно поговорим позже, поскольку для понимания его работы нам нужно как минимум ознакомиться с ООП и понятием Итератора. \\ \hline

% Слайд & Бинарные операторы. В современных реалиях мегамощных компьютеров вряд ли кто-то задумывается об оптимизации скорости выполнения программы или экономии занимаемой памяти. Но всё меняется, когда программист впервые принимает сложное решение: запрограммировать микроконтроллер или другой «интернет вещей». Там в вашем распоряжении жалкие пара сотен килобайт памяти, если очень повезёт, в которые нужно не только как-то впихнуть текст программы и исполняемый бинарный код, но и какие-то промежуточные, пользовательские и другие данные, буферы обмена и обработки. Другая ситуация, в которой нужно начинать «думать о занимаемом пространстве» это разработка протоколов передачи данных, чтобы протокол был быстрый, не гонял по сети сумасшедшие мегабайты данных и быстро преобразовывался. На помощь приходит натуральная (если можно так выразиться) для информатики система счисления, двоичная, мы о ней говорили в самом начале этой лекции. \\ \hline

% Слайд & Манипуляции двоичными данными представлены в Джава следующими операторами: битовые и-или-не-ксор, сдвиг влево-вправо. литеральные и-или-не вам уже знакомы по условным операторам. Литеральные операции применяются ко всему числовому литералу целиком, а не к каждому отдельному биту. У них особенность заключается в том, как язык программирования интерпретирует числа. В Java, например, в таких операциях может участвовать только тип boolean, а C++ воспринимает любой ненулевой числовой литерал как истину, а нулевой, соответственно, как ложь. Логика формирования значения при этом остаётся такой же, как и при битовых операциях. \\ \hline

% Таблицы истинности & Когда говорят о битовых операциях волей-неволей появляется необходимость поговорить о таблицах истинности. На слайде вы видите таблицы истинности для арифметических битовых операций. \\ \hline

% Примеры в столбик & Битовые операции отличаются тем, что для неподготовленного взгляда они производят почти магические действия. а всё потому, что манипулируют двоичным представлением числа. На слайде вы видите примеры работы арифметических двоичных операторов, если очень внимательно посмотреть. можно увидеть, что соблюдаются показанные только что таблицы истинности \\ \hline

% 0-1-2-4-8-16-32-64-... & С битовыми сдвигами всё куда интереснее, они производят арифметический сдвиг значения слева на количество разрядов, указанное справа, на слайде вы видите числа, интересное свойство этих чисел состоит в том, что в битовом представлении это одна единственная единица, находящаяся в разных разрядах числа.\\ \hline

% Слайд & Заодно это демонстрация сдвига на один разряд влево, и, как следствие, умножение на два. Таким образом, можем сделать вывод о том, что для умножения на 2 в степени Н нужно число сдвинуть на Н разрядов влево \\ \hline

% ...-64-32-16-8-4-2-1-0 & Обратная ситуация со сдвигом вправо, он является целочисленным делением на 2 в степени Н. Весьма удобно и быстро, если не нужны дробные части. Кстати, если посмотреть любой ассемблер любого коммерческого процессора, то можно увидеть, что все умножения и целочисленные деления в коде преобразованы в серию сдвигов и сложений, поскольку выполняются такие операции на простейших АЛУ процессора, без задействования математического сопроцессора, а значит, в разы, а иногда и в десятки раз быстрее.\\ \hline

% $
% X \&\& Y = литеральная
% X || Y = литеральная
% !X = литеральная
% N < < K = N * 2 в степени K
% N >> K = N / 2 в степени K
% x \& y = битовая. 1 если оба x == 1 и y == 1
% x | y = битовая. 1 если хотя бы один из x == 1 или y == 1
% ~x = битовая. 1 если x == 0
% x \^ y = битовая. 1 если x отличается от y
% $ & Резюмируем, ... читаем слайд \\ \hline

% Слайд & Задание для самопроверки: \begin{itemize} \item какое значение будет содержаться в переменной а после выполнения строки инт а = 10.0ф/3.0ф \end{itemize} \\ \hline

% Слайд & Функция - это исполняемый блок кода на языке джава. но в джаве функций не бывает. потому что всё, что мы пишем - находится в классах, даже первый хелловорлд, а функция, принадлежащая классу называется методом. Привыкаем к терминологии, в джаве - только методы, вне классов существовать то есть, что называется, висеть в воздухе, такие блоки кода не могут. \\ \hline

% Слайд & Про функции (и их частный случай в Джаве - методы) важно помнить, что у них - параметры. не аргументы. аргументы - это у вызова функции. а вот у функций - параметры. У функций есть правила именования: функция - это переходный глагол совершенного вида в настоящем времени (вернуть, посчитать, установить, создать), часто снабжаемый дополнением, субъектом действия. методы в джаве пишутся lowerCamelCase то есть первая буква строчная а далее каждое новое слово с большой буквы. Важно, в каком порядке записаны параметры метода, от этого будет зависеть порядок передачи в неё аргументов. \\ \hline

% Слайд & Методы обособлены и их параметры локальны, то есть никакой параметр никакой функции не виден другой функции. Из этого свойства есть очевидное следствие - нельзя писать функции внутри функций. Одна из наиболее частых ошибок новичка - невнимательно посмотреть на открывающие/закрывающие скобки и сильно удивляться тому, что компилятор ругается на синтаксически верно написанную функцию. \\ \hline

% Слайд & Все аргументы в джава передаются копированием, не важно, копирование это числовой константы, числового значения переменной или хранимой в переменной ссылке например на массив. Обратите внимание, что сам объект в метод не копируется, а копируется только его ссылка. Через несколько лекций мы поговорим о том, что в метод можно передать и другой метод, но пока что оставим эту магию в стороне. Важно, что порядок записи аргументов должен строго соответствовать порядку записи параметров функции. \\ \hline

% Вот тут может мне какой-то реквизит понадобится вроде одноразовых тарелок, буду стек вызовов показывать & Возвращаемые из методов значения возникают ровно в том месте, где метод был вызван, это обусловлено архитектурой компьютеров общего назначения и так называемым стеком вызовов. Если мы вызываем несколько методов, а именно это мы чаще всего и делаем в наших программах, то весь контекст исполнения первого метода сохраняется, кладётся (на стек) в стопку уже вызванных методов и процессор идёт выполнять только что вызванный второй метод. по завершении вызванного второго метода мы снимаем со стека лежащий там контекст первого метода, кладём в него вернувшееся из второго метода значение, если оно есть, и продолжаем исполнять первый метод. \\ \hline

% Слайд & В дажва нет вечно запутывающих понятий из С++, поэтому не буду загружать вам голову всякими rvalue, lvalue, xvalue, хоть возвращаемые значения и являются rvalue, главное, запомнить, что вызов метода это по смыслу тоже самое, что подставить в код сразу его возвращаемое значение. Посмотрим внимательно на так хорошо нам знакомую функцию мейн - она в качестве параметра принимает массив строк, а в качестве возвращаемого значения у неё войд. Это кстати отличает джаву от классического С++, где функция мейн возвращает так называемый код завершения программы - целое число, оповещающее ОС о том, штатно ли завершилось приложение\\ \hline

% Слайд & Методы бывают разные, писать их тоже можно по разному, но важно помнить, что джава - это регистрозависимый язык. Что это значит, и почему сейчас? Это значит, что большие буквы это не тоже самое, что маленькие буквы. В методах это особенно важно. \\ \hline

% Слайд & Сигнатура метода — это имя метода и его параметры. В сигнатуру метода не входит возвращаемое значение. Так вот, никак и никогда нельзя написать два метода с одинаковой сигнатурой. А вот с разными - пожалуйста. И здесь мы сталкиваемся с интересным механизмом, который будем обсуждать на некоторых следующих уроках: перегрузка методов. \\ \hline

% Слайд & Перегрузка методов - это механизм языка, позволяющий написать методы с одинаковыми названиями и разными оставшимися частями сигнатуры, чтобы получить некоторое единообразие при вызове семантически схожих методов с разнотипными данными. проще говоря можно назвать методы одинаково, но манипулировать при этом разными типами данных. \\ \hline

% лайвкод & создадим два метода, например, суммирования чисел, при этом суммирование целых будет действительно складывать числа, а суммирование дробных будет просто всегда возвращать 0, так мы явно покажем, что были вызваны совершенно разные функции с их совершенно разными телами \\ \hline

% На этой лекции & мы рассмотрели базовый функционал языка, то есть основную встроенную функциональность, такую как математические операторы, условия, циклы, бинарные операторы. Также разобрали способы хранения и представления данных в Java, и в конце поговорили о способах манипуляции данными, то есть о функциях (в терминах языка называющиеся методами) \\ \hline

% Цель учения — достичь наибольшего удовлетворения в получении знаний. Сюнь-цзы & Надеюсь, на этой лекции вам не было скучно и это не было только лишь повторением того что вы уже знаете. Я постарался добавить максимум полезной информации о всяких шестерёнках под капотом языка, поэтому, закончить хотелось бы словами классика, которые вы видите на слайде.\\ \hline

% \end{longtable}

\end{document}
