Тема 2 — Референтни типове. Масиви. String. Базов клас Object.

Един от ключовите концептуални преходи при усвояването на Java е разбирането на разликата между прости и референтни типове. В C++ масивите и низовете са синтактична захар около прости указатели; в Java те са пълноправни обекти с методи, гаранции за безопасност и управление от GC (Garbage Collector). Тази глава разглежда масивите, системните класове за работа с низове и базовия клас Object, от който наследява всеки клас в езика.

1. Масиви (Array)

1.1 Организация и деклариране

В Java декларацията на масив създава само референция — паметта за елементите се заделя с new:

// C++:
int A[10];       // алокира памет веднага

// Java:
int[] A;         // само референция (стойност null)
A = new int[10]; // алокира масив в heap
A[0] = 5;

Масивите са референтен тип, наследник на Object. При алокация елементите получават нулеви стойности автоматично:

Тип на елементите	Нулева стойност
числови типове	`0`
`boolean`	`false`
`char`	`' '`
референции	`null`

1.2 Инициализация

int[] primes  = { 2, 3, 5, 7, 11 };             // инициализатор
byte[] bar    = new byte[] { 1, 2, 3, 4, 5 };   // алтернативен синтаксис

1.3 Граничен контрол и `length`

Java проверява всеки индекс автоматично. При излизане извън границите се хвърля ArrayIndexOutOfBoundsException. Полето length е достъпно за всеки масив без допълнителна декларация:

int[] A = new int[10];
System.out.println(A.length); // 10
A = new int[20];
System.out.println(A.length); // 20 — length следва масива, не е константа

1.4 Многомерни и нееднородни масиви

int[][] матрица = new int[4][3];  // редовни 4×3

// Нееднородни редове (jagged arrays):
int[][] jagged = new int[4][];
jagged[1] = new int[4];
jagged[3] = new int[2];

// Двумерен масив от обекти:
Object[][] board = new Object[2][3];
board[0][0] = new Rectangle(0, 1, 2, 3);

1.5 Копиране — `System.arraycopy`

Простото присвояване B = A копира само референцията, не данните. За реално копиране се ползва:

System.arraycopy(src, srcPos, dst, dstPos, count);

// Пример — копира 5 елемента от A[0..4] в B[0..4]:
int[] A = new int[10];
int[] B = new int[5];
System.arraycopy(A, 0, B, 0, 5);

Особености:

При прости типове — задължително типово съответствие между src и dst;
При референтни типове — позволено само ако присвояването B[i] = A[i] е валидно; при несъответствие — ArrayStoreException по времена на изпълнение;
Работи коректно при съвпадение на source и destination (вътрешно копиране).

2. Капани с референции на масиви

Тъй като масивите са референтни типове, присвояването копира референцията — двете имена сочат към един и същ обект в heap:

int[] A = new int[]{5, 0, 0};
int[] B = A;      // B и A сочат едно и също място
B[0] = 2;
// A[0] == 2 !

По-деликатен проблем — ArrayStoreException:

String[] strings = new String[10];
Object[] objects = strings;     // String[] е подтип на Object[] — допустимо
objects[0] = new Date();        // ArrayStoreException при изпълнение!
                                // реалният масив е String[], Date не пасва

3. Низове — `String`, `StringBuilder`, `StringBuffer`

Java предоставя два различни класа за работа с низове, с коренно различна семантика:

Клас	Характеристика	Кога се използва
`String`	Непроменяем (immutable)	По подразбиране; безопасно предаване
`StringBuilder`	Променяем, несинхронизиран	Изграждане в рамките на метод
`StringBuffer`	Променяем, синхронизиран	Споделен между нишки

3.1 Клас `String`

String е final клас — не може да се наследява. Вътрешно представяне: char[] с final маркировка, което прави обектите неизменяеми след създаването им.

Конструиране:

String quote      = "constant string";           // от литерал (string pool)
String characters = new String(charArray);       // от char[]
String encoded    = new String(data, "ISO8859_1");

Основни операции:

quote.length()                          // брой символи
"John " + "Smith"                       // конкатенация с +
"John ".concat("Smith")                 // еквивалентно
s.charAt(index)                         // символ на позиция
url.startsWith("http:")                 // проверка на префикс
abcs.indexOf('p')                       // индекс на символ (-1 ако не е намерен)
abcs.indexOf("def")                     // индекс на поднизка
log.contains("emergency")              // (Java 5.0+)
str.trim()                              // премахване на whitespace
"FOO".toLowerCase()
"abcde".substring(2, 5)               // "cde"
"xxooxxxoo".replace("xx", "X")

Сравняване — задължително с equals(), никога с ==:

String one = "FOO";
String two = "foo";
one.equals(two);              // false — правилно!
one.equalsIgnoreCase(two);   // true
one == two;                   // ГРЕШНО — сравнява референции, не стойности

== проверява дали двете референции сочат един и същ обект в паметта. Два отделни new String("FOO") извиквания създават различни обекти с == == false, дори ако съдържанието е идентично.

Автоматичен StringBuilder при конкатенация:

Компилаторът оптимизира верига от + операции до StringBuilder:

String foo = "To " + "be " + "or";
// Еквивалентно на:
String foo = new StringBuilder().append("To ").append("be ").append("or").toString();

3.2 `StringBuilder` и `StringBuffer`

За многократно изграждане на низ в цикъл задължително се ползва StringBuilder — String + в цикъл реалокира нов обект при всяка итерация:

// ГРЕШНО — O(n²) реалокации:
String text = "";
while ((line = readLine()) != null) text += line;

// ПРАВИЛНО — единична алокация с нарастване:
StringBuilder sb = new StringBuilder();
while ((line = readLine()) != null) sb.append(line);
String text = sb.toString();

Специфични методи: append(), insert(), reverse() — предефинирани за различни типове.

4. Базов клас `Object`

Всеки клас в Java неявно наследява Object. Дефинираните методи образуват минимален договор, задължителен за всеки обект:

Метод	Описание
`protected Object clone()`	Плитко копие на обекта
`boolean equals(Object o)`	Сравнение по стойност
`protected void finalize()`	Извиква се от GC при нулиране на всички референции
`final Class getClass()`	Клас по времена на изпълнение
`int hashCode()`	Хеш код за `HashMap`, `HashSet`
`String toString()`	Низово представяне

4.1 `clone()` — плитко и дълбоко копиране

Плитко (shallow clone) — копира само полетата; ако поле е референция, двата обекта сочат един и същ вътрешен обект;
Дълбоко (deep clone) — рекурсивно копира и съдържанието на референтните полета.

4.2 `getClass()`

Object obj = new ArrayList();
obj.getClass().getName(); // "java.util.ArrayList"

4.3 `hashCode()`

Гарантирано е консистентен по времена на изпълнение на програмата. Използва се от HashMap и HashSet за намиране на кофата (bucket). Правило: ако equals() е предефиниран, hashCode() трябва да е предефиниран по съвместим начин — равни обекти трябва да дават равни хеш кодове.

public int hashCode() {
    final int PRIME = 31;
    int result = 1;
    result = PRIME * result + ((strName == null) ? 0 : strName.hashCode());
    result = PRIME * result + ((strTitle == null) ? 0 : strTitle.hashCode());
    return result;
}

4.4 `equals()`

Еквивалент на operator== на C++ при сравнение на съдържание. Трябва да отговаря на:

Рефлексивност: x.equals(x) == true;
Симетричност: x.equals(y) ⟺ y.equals(x);
Транзитивност: x.equals(y) && y.equals(z) ⟹ x.equals(z);
Консистентност при непроменени обекти;
x.equals(null) == false винаги.

public boolean equals(Object obj) {
    if (this == obj) return true;
    if (obj == null) return false;
    if (getClass() != obj.getClass()) return false;
    Student other = (Student) obj;
    return strFacNumer != null && strFacNumer.equals(other.strFacNumer);
}

4.5 `toString()`

Предефинирането позволява конзолен изход, сериализация и предаване в поток:

public String toString() {
    return strTitle + " " + strName + "\tUpdated: " + lastDate;
}

5. Видове класове по обхват

На ниво файл — стандартен публичен клас;
На ниво пакет — без public, видим само в пакета;
Вградени (Inner Classes) — в обхват {}:
- в клас (Inner class) — достъп до полетата на обхващащия;
- в метод (локален) — видим само в метода;
- анонимен — без явно зададено име, деклариран inline.

Резюме

Масивите в Java са референтни типове; декларацията не алокира памет — нужно е new. При излизане от индекс — ArrayIndexOutOfBoundsException.
Присвояването B = A копира само референцията; за реално копиране се ползва System.arraycopy().
String е непроменяем; за изграждане в цикъл задължително се ползва StringBuilder.
Сравняването на String обекти се прави с equals(), а не с ==.
Базовият клас Object дефинира clone(), equals(), hashCode(), toString(), getClass() — при предефиниране на equals() трябва да се предефинира и hashCode().

Тема 2 — Референтни типове. Масиви. String. Базов клас Object.

1. Масиви (Array)

1.1 Организация и деклариране

1.2 Инициализация

1.3 Граничен контрол и length

1.4 Многомерни и нееднородни масиви

1.5 Копиране — System.arraycopy

2. Капани с референции на масиви

3. Низове — String, StringBuilder, StringBuffer

3.1 Клас String

3.2 StringBuilder и StringBuffer

4. Базов клас Object

4.1 clone() — плитко и дълбоко копиране

4.2 getClass()

4.3 hashCode()

4.4 equals()

4.5 toString()