IntroductiontoProgrammingUsingJava - Hobart and William Smith ...

Introduction to Programming Using Java

Version 8.1.3, August 2021

(Minor update of Version 8.0, December 2018;

very minor update of Version 8.1, July 2019)

David J. Eck

Hobart and William Smith Colleges

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at . The web site includes

source code for all example programs, answers to quizzes,

and discussions and solutions for exercises.

ii

c 1996¨C2021, David J. Eck

David J. Eck (eck@hws.edu)

Department of Mathematics and Computer Science

Hobart and William Smith Colleges

Geneva, NY 14456

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Contents

Preface

1 The Mental Landscape

1.1 Machine Language . . . . . .

1.2 Asynchronous Events . . . . .

1.3 The Java Virtual Machine . .

1.4 Building Blocks of Programs

1.5 Object-oriented Programming

1.6 The Modern User Interface .

1.7 The Internet and Beyond . .

Quiz on Chapter 1 . . . . . . . . .

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2 Names and Things

2.1 The Basic Java Application . . . . . . . . . .

2.2 Variables and Types . . . . . . . . . . . . . .

2.2.1 Variables . . . . . . . . . . . . . . . .

2.2.2 Types . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.2.3 Literals . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.2.4 Strings and String Literals . . . . . . .

2.2.5 Variables in Programs . . . . . . . . .

2.3 Objects and Subroutines . . . . . . . . . . . .

2.3.1 Built-in Subroutines and Functions . .

2.3.2 Classes and Objects . . . . . . . . . .

2.3.3 Operations on Strings . . . . . . . . .

2.3.4 Introduction to Enums . . . . . . . . .

2.3.5 Text Blocks: Multiline Strings . . . .

2.4 Text Input and Output . . . . . . . . . . . .

2.4.1 Basic Output and Formatted Output .

2.4.2 A First Text Input Example . . . . . .

2.4.3 Basic TextIO Input Functions . . . . .

2.4.4 Introduction to File I/O . . . . . . . .

2.4.5 Other TextIO Features . . . . . . . . .

2.4.6 Using Scanner for Input . . . . . . . .

2.5 Details of Expressions . . . . . . . . . . . . .

2.5.1 Arithmetic Operators . . . . . . . . .

2.5.2 Increment and Decrement . . . . . . .

2.5.3 Relational Operators . . . . . . . . . .

2.5.4 Boolean Operators . . . . . . . . . . .

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CONTENTS

2.5.5 Conditional Operator . . . . . . . . . . . . .

2.5.6 Assignment Operators and Type Conversion

2.5.7 Precedence Rules . . . . . . . . . . . . . . . .

2.6 Programming Environments . . . . . . . . . . . . . .

2.6.1 Getting JDK and JavaFX . . . . . . . . . . .

2.6.2 Command Line Environment . . . . . . . . .

2.6.3 JavaFX on the Command Line . . . . . . . .

2.6.4 Eclipse IDE . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.6.5 Using JavaFX in Eclipse . . . . . . . . . . . .

2.6.6 BlueJ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.6.7 The Problem of Packages . . . . . . . . . . .

2.6.8 About jshell . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Exercises for Chapter 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Quiz on Chapter 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3 Control

3.1 Blocks, Loops, and Branches . . . . . . . . . . . .

3.1.1 Blocks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.1.2 The Basic While Loop . . . . . . . . . . . .

3.1.3 The Basic If Statement . . . . . . . . . . .

3.1.4 Definite Assignment . . . . . . . . . . . . .

3.2 Algorithm Development . . . . . . . . . . . . . . .

3.2.1 Pseudocode and Stepwise Refinement . . .

3.2.2 The 3N+1 Problem . . . . . . . . . . . . .

3.2.3 Coding, Testing, Debugging . . . . . . . . .

3.3 while and do..while . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.3.1 The while Statement . . . . . . . . . . . . .

3.3.2 The do..while Statement . . . . . . . . . . .

3.3.3 break and continue . . . . . . . . . . . . . .

3.4 The for Statement . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.4.1 For Loops . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.4.2 Example: Counting Divisors . . . . . . . . .

3.4.3 Nested for Loops . . . . . . . . . . . . . . .

3.5 The if Statement . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.5.1 The Dangling else Problem . . . . . . . . .

3.5.2 Multiway Branching . . . . . . . . . . . . .

3.5.3 If Statement Examples . . . . . . . . . . . .

3.5.4 The Empty Statement . . . . . . . . . . . .

3.6 The switch Statement . . . . . . . . . . . . . . . .

3.6.1 The Basic switch Statement . . . . . . . . .

3.6.2 Menus and switch Statements . . . . . . . .

3.6.3 Enums in switch Statements . . . . . . . .

3.6.4 Definite Assignment and switch Statements

3.6.5 A New switch Statement Syntax . . . . . .

3.7 Exceptions and try..catch . . . . . . . . . . . . . .

3.7.1 Exceptions . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.7.2 try..catch . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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CONTENTS

3.7.3 Exceptions in TextIO . . .

3.8 Introduction to Arrays . . . . . . .

3.8.1 Creating and Using Arrays

3.8.2 Arrays and For Loops . . .

3.8.3 Random Access . . . . . . .

3.8.4 Partially Full Arrays . . . .

3.8.5 Two-dimensional Arrays . .

3.9 GUI Programming . . . . . . . . .

3.9.1 Drawing Shapes . . . . . .

3.9.2 Drawing in a Program . . .

3.9.3 Animation . . . . . . . . . .

Exercises for Chapter 3 . . . . . . . . .

Quiz on Chapter 3 . . . . . . . . . . . .

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141

4 Subroutines

4.1 Black Boxes . . . . . . . . . . . . . . .

4.2 Static Subroutines and Variables . . .

4.2.1 Subroutine Definitions . . . . .

4.2.2 Calling Subroutines . . . . . .

4.2.3 Subroutines in Programs . . . .

4.2.4 Member Variables . . . . . . .

4.3 Parameters . . . . . . . . . . . . . . .

4.3.1 Using Parameters . . . . . . . .

4.3.2 Formal and Actual Parameters

4.3.3 Overloading . . . . . . . . . . .

4.3.4 Subroutine Examples . . . . . .

4.3.5 Array Parameters . . . . . . .

4.3.6 Command-line Arguments . . .

4.3.7 Throwing Exceptions . . . . . .

4.3.8 Global and Local Variables . .

4.4 Return Values . . . . . . . . . . . . . .

4.4.1 The return statement . . . . .

4.4.2 Function Examples . . . . . . .

4.4.3 3N+1 Revisited . . . . . . . . .

4.5 Lambda Expressions . . . . . . . . . .

4.5.1 First-class Functions . . . . . .

4.5.2 Functional Interfaces . . . . . .

4.5.3 Lambda Expressions . . . . . .

4.5.4 Method References . . . . . . .

4.6 APIs, Packages, Modules, and Javadoc

4.6.1 Toolboxes . . . . . . . . . . . .

4.6.2 Java¡¯s Standard Packages . . .

4.6.3 Using Classes from Packages .

4.6.4 About Modules . . . . . . . . .

4.6.5 Javadoc . . . . . . . . . . . . .

4.6.6 Static Import . . . . . . . . . .

4.7 More on Program Design . . . . . . .

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