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(1)

プログラミング技法１０．

パッケージ，例外処理など

１．例外処理

プログラムが正常に期待される以外の処理が行われたときに，例外が発生（エラーの情報の発生）する処理をプログラムにさせること例外に対応した処理をプログラムにさせること ※ 例外もオブジェクトである ※ 多数の例外がある（例外クラスが存在し，例外にあわせてオブジェクトが生成される）例外処理の方法（通常の処理）A の実行中に → (1)例外が発生しなかった → 処理Ｂへ (2)例外が発生 ⇒ 例外オブジェクトが e へ代入（JVM が自動的に発生） (3) 例外オブジェクトを処理 X あるいは Y が実行 ※例外オブジェクトの型は，処理 A で発生しうる型を設定する例外の種類・実行時例外 ← （try.Catch 文で)例外処理が行われなくてもコンパイルが可能 ⇒プログラムの異常終了の場合あり・チェック例外 ← 例外処理が行われないとコンパイルができない自分で例外を作成し，戻す場合 ⇒ throws 文が必要 (表現方法) throw ステートメントにより，明示的に例外を生成できる．

static void sleep throws interruptedException ここで，例外を投げる場合の処理 try{ 通常の処理 A }catch( 例外オブジェクトの型変数(引数)e1 ）{ 例外発生時の処理 X }catch( 例外オブジェクトの型変数(引数)e2 ) { 例外発生時の処理 Y }finally{ finally ブロック処理 B ｝ ①エラーが発生した場合，例外オブジェクトが投げられる省略可，catch の処理後に必ず処理 ②エラーによって，作成された例外オブジェクトが該当する例外処理(引数の型)を選択し，実行する

(2)

プログラミング技法プログラムに明示的に例外を生成する場合例外用のクラス（スーパークラスとなる）Exception クラス（サブクラス） → すべての例外処理のクラスの親(throwable クラスの継承) ※すべての例外およびエラークラスのスーパークラス → Throwable クラス具体的な例外処理のクラス(親は Exception クラス) ArithmeticException（計算に関する）

Array Index Out of Bounds Exception（配列要素外）

※サブクラスの例外は Exception クラスを含んでいるので，Exception でも例外を受け取れるしかし，Exception を引数とすることで必ず例外処理を得ることができる try{ ・・・・ } catch（親クラス(例えば Exception) e ）; // ** 先にすべての例外を受け取る ** ・・・・ } // いずれの catch 文でもコンパイルエラーとなる catch（子クラス e){ // 先にすべての例外を受け取る処理のため意味がない・・・・ } ① 引数として受け取った例外オブジェクトを投げる

catch (ExceptionType param ){ // 引数で受けた例外オブジェクトの投入

・・・・ // ExceptionType は何か例外のオブジェクトの型 throw param; ・・・・｝ (例) try{ int i=1, j=0, k; k = i / j ; // j = 0 なので演算処理のエラーとなる } // ArithmeticException の例外が発生する catch(ArithmeticException e) { //引数で例外オブジェクトを受け取る throw e; // その例外オブジェクトを投げて次へ進む } ① 例外オブジェクトを作成して投げる（意図的に例外を発生させる） throw new ExceptionType(args);

// ExceptionType は何か例外の型を示す ※ ある例外のインスタンスを作成し、投げる（戻す）

(例) try{

System.out.println("try");

throw new ArithmeticException( ); // ここで例外が生じていなくても // 例外オブジェクトを発生させる｝ ↓

catch(Exception e){ // そして、ここでつかまる。 System,out,println("catch");

(3)

プログラミング技法 ※ catch ブロックには Throwable クラス(全ての例外の親クラス)の型の引数が入る（当然）・Error クラス ← Throwable の継承（拡張) 継承（サブクラス）→ JVM で検出される可能性のある問題に対応するクラス形式のエラー，メモリ不足，内部エラースタックのオーバーフローなど．・Exception クラス ← Throwable の継承実行時に発生する可能性がある問題に対応するクラス Exception 内のクラスの例 ① ClassNotFoundException クラスが見つからない ② NoSuchFieldException フィールドが見つからない ③ NoSuchMethodException メソッドが見つからない ④ RunTimeException 実行時例外発生 RunTimeException のサブクラス

(A)Array Index Out Of Bounds Exception

配列の操作でインデックスのない要素を指す場合 (B)ArithmeticException 算術例外（0 で割った） (C)Null PointerException 空のオブジェクトのフィールド or メソッドにアクセスする場合 (D)NumberFormatException Integer.parseInt(args[0])で args[0] が文字だった場合など Throwable

Error

Exception

…

①

②

③

④

…

(A)

(B)

(C)

_…

Runtime Exception JVM で検出される可能性のある問題を表すクラス (形式のエラー，メモリ不足，スタックのオーバーフローなど)

(4)

プログラミング技法

２．パッケージ

クラスライブラリ（ある目的に作成された）クラスインターフェースの集まりパッケージクラスライブラリが提供されている場所，クラスライブラリのまとまりを指すパッケージに登録する方法ソースファイルにかかれているクラス，インターフェースをパッケージに属させる方法ソースファイルの先頭で package パッケージ名を宣言する．ソースファイルの頭に上の宣言文を書く (この宣言文がないと，デフォルトのパッケージに属する) パッケージ名を tg とすると，パッケージ階層構造（実際はフォルダ）を用いることもでき， package tg.a.b・・・と，表現できる．この場合，tg−a−b のフォルダ(パッケージ)の下にソースファイルをおく． (既存の)クラスファイルの参照方法クラスファイルの検索先（ディレクトリ）を指示する環境変数に設定する・システムのデフォルトの位置・CLASSPATH で指定された位置 (ex) クラスの場所 /home/taro/class ならば CLASSPATH に .;¥home¥taro¥classes を記述するクラスファイルには存在するディレクトリ構造全体をアーカイブして１つのファイルにしても利用できる (jar, zip ファイル) パッケージの作成（CLASSPATH の設定） CLASSPATH の設定方法

set CLASSPATH = .; C=¥ home¥mylogin¥java book フォルダ javabook の下に tg ディレクトリを作成する場合上記のフォルダ構造の場合では， Turtle.java, TurtleFrame.java の先頭に package tg; と入れてコンパイルする．

Turtle, TurtleFrame の限定名は tg.Turtle, tg.TurtleFrame となる．

<javabook> <tg> Turtle.java TurtleFrame.java

(5)

プログラミング技法利用例 <X> <tg> Test.java A.java B.java A.class B.class // Test.java package p; class Test{

public static void main( String args[]){ A a= new A(); a.f(); B b= new B(); b.f(); } // A.java package p; class A{ void f( ){ System.out.println(“A”); } } // B.java package p; class B{ void f( ){ System.out.println(“B”); } } 実行例コンパイルフォルダ<X> (<p>の親フォルダ)の上で）

javac p¥Test.java あるいは javac p¥*.java

※コンパイルにより， class ファイルはフォルダ p に格納される実行

(6)

３．プログラム作成時の注意

(1)クラスの構成

※Turtle や TurtleFrame もクラスである．（しかし，これらは（main メソッドに）組み込まれて使われるものなのでこれらのクラスには main メソッドは存在しない例えば， Tutle クラス｛ double x y; // (インスタンス) 変数（x,y 座標） double angle; // (インスタンス) 変数（角度）

public void fd(inta){ // メソッド //処理

}

public void rt(inta){ // メソッド //処理 } …… } (2)プログラムの作成では一般式で表現して処理を記述する処理を一般式で表現する．（とくに，繰り返し処理） (ex) 3∼6 角形まで描く ⇒ k 角形を描く処理に一般化する（そして，k=3∼6 に変化させる） (3)for 文の記述 for（初期設定，繰り返し条件，後処理）｛・・・｝記述の特徴・初期設定は for 文の外に出せる

for(i=0; i<10; i++){ } → i=0; for( ; i<10; i++){ } ・繰り返し条件を記述しない場合はその条件は True と見なされる

for(i=0; ; i++){ } は i=0; while(true){ i++; } と同じ

・初期設定は複数できるが，繰り返し条件(の判断)は１つの boolean 型しかできない for(i=0, S=0; i<10; i++){ }

上の “i=0, S=0” が初期化， “i<10” が繰り返し条件である．

記述を容易にし，処理の全体が見渡せるよう main メソッド内のよりはメソッドを利用する class クラス名｛

// 変数 (フィールド)

void main( ){ // main メソッド(main メソッドは 2 つ以上存在できない) f( ); // 主となる処理を記述する } // (自分クラスの中のメソッドならばメソッド名だけで良い) void f( ){ // その他のメソッド (同じ処理を複数回使う場合は // メソッドを自分で作っておくと良い) ｝ }

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プログラミング技法 (4)スコープ ※ ただし，同じメソッド内で同一名の変数は利用できない (5)プリシティブ値の型変換誤差が含まれる可能性がある（実数値は正確な値を表現できない場合がある） (解決策) 整数値を利用する演算とキャストの利用 for(int i=0; i<10; i++){

// 処理が記述される }

//---// int i;

for( i=0; i<10; i++ ){ // 処理が記述される } ……… int i はこの範囲で有効 int i はこの範囲で(for 文の外でも)有効問題となるプログラム例 for(double x=0; x<1; x+=0.1){ System.out.println(x); } 実行結果 0.0 0.1 0.2 0.3 0.399･･･ 0.499･･････ ※ 0.4, 0.5 など意図する値が得られていない (0.1 にも誤差を含んでいるため) 改良したプログラム double x;

for(int i=0; i<10; i++){ x=(double)i/10; System.out.println(x); } 実行結果 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 ･･･ ※ くり返し処理のデータに整数を利用した (整数 i には誤差は含まない)

(8)

４．実数計算における浮動小数への取り扱い時に生じる問題

(1)オーバーフロー表現できる数値の範囲を超えてしまったとき，正しい値を表現できなくなる現象 (ex) 単精度 -1.11･･･1(2)×2 127 _{∼ 1.11･･･1} (2)×2 127 では 1.0×2128は表現不可である．表現しようとすると異なる値が表現される (2)アンダーフロー演算結果が 0 に近づき，表現可能な最小値よりも小さい値になった場合 (ex) 単精度では 0 の次に表示可能な小さい値は 0.00･･･1(2)×2 -126 (1 は小数点以下 24 桁目)である．すなわち，1.0(2)×2 -149 を意味する．例えば，1.0(2)×2 -100_×1.0 (2)×2 -50 や (1.0(2)×2 -149 )/2 の演算では 1.0(2)×2 -150 となり，表示できないため，正しい解は表せない．コンピュータによっては， 1.0(2)× 2 -150 は 0 と扱うものもあるが， ((1.0(2)× 2-149 )/2)*2 の演算では初めの括弧の演算で 0 となるため，結果は 0 となり，コンピュータで表示できるものでも異なる結果が得られる． (3)桁落ち単精度でほぼ同じ値の引き算を行ったときに，有効桁が減少して誤差が大きくなる現象 (ex) 1.00001-1.0 = 0.00001 の計算で正しく 0.00001 が表現できないこと (4)情報落ち大きな数値と小さな数値の加算を行ったとき，小さな値の情報が消されてしまう現象 (ex) 十進法では 3355432(10) + 1(10) = 33554433(10) 3355432(10) を浮動小数点表示すると， 1000･･･0(2) (00 が 25 桁ある) = 1.000×2 25 (00･･･23 桁ある) 1 を加える際，1 は 0.0･･･1×1025(小数点第 25 位が 1)となるので浮動小数点が表記できる 23 桁以下に値が埋もれるこのため， 3355432(10) + 1(10) = 1.000×2 25 + 0.0･･･0(23 桁)×1025 となり，正しい解が得られない． (5)｛｝の省略｛｝の中が 1 行のみならば｛｝はいらない． (ex) (6)実数型利用時における判断式の取り扱い例えば double for(double x=0; x<=2.0; x+=0.1){ System.out.println(x); } System.out.println(x); if(x>0){ x++; } //--- for(x=0, S=0; x<10; x++){ S+= x; } if(x>0) x++; あるいは， if(x>0) x++; //--- for(x=0, S=0; x<10; x++) S+= x;

(9)

プログラミング技法のプログラムにおいて，for 文の判断式 x<=2.0 の取り扱いでは x=2.0 が正しく判断されない可能性が高い(浮動数小数点では x=2.0 になるとは限らない．) 上のプログラムを実行すると以下の結果が得られる． 0.0 0.1 0.2 0.30000000000000004 0.4 0.5 0.6 0.7 0.7999999999999999 0.8999999999999999 0.9999999999999999 1.0999999999999999 1.2 1.3 1.4000000000000001 1.5000000000000002 1.6000000000000003 1.7000000000000004 1.8000000000000005 1.9000000000000006 2.0000000000000004 x に代入した値 0.0 0.1 0.2 0.3 ← x=0.3 に近いが，値を越えている 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 ← x=0.8 に近いが，値を 0.8 より小 0.9 ← x=0.9 に近いが，値を 0.9 より小 1.0 ← x=1.0 に近いが，値を 1.0 より小 1.1 ← x=1.1 に近いが，値を 1.1 より小 1.2 1.3 1.4 ← x=1.4 に近いが，値を 1.4 より大 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2.0 ← x<= 2.0 の条件を越える範囲外処理終了(予定なら 2.1 で繰り返しを抜ける)

(10)

第１１回

例外処理，パッケージに関するデモ

①

パッケージに関するデモ

(資料参照のこと)

フォルダ<p>の中に Test.java, A.java, B.java がある．

// Test.java package p; class Test{

public static void main( String args[]){ A a= new A(); a.f(); B b= new B(); b.f(); } } // A.java package p; class A{ void f( ){ System.out.println("A"); } } // B.java package p; class B{ void f( ){ System.out.println("B"); } }

フォルダ<p> の階層の上で

E:¥>javac p¥*.java E:¥>java p.Test A B E:¥>cd p E:¥p>javac *.java E:¥p>java Test

Exception in thread "main" java.lang.NoClassDefFoundError: Test (wrong name: p/T est) at java.lang.ClassLoader.defineClass0(Native Method) at java.lang.ClassLoader.defineClass(ClassLoader.java:486) …… E:¥>java p.Test A B コンパイルと実行にはパッケージ名 p が必要ただし，階層の表現が異なるので注意コンパイルでは ¥ 実行では．パッケージ p 内ではコンパイルができるが，実行はできないパッケージ p の上の階層(フォルダ)から実行すればできる．

(11)

②例外処理のデモ

実行時の引数に複数の整数を並べ，プログラム内では配列 x[ ] に引数の整数を格納する．格納は for 文を用い，一つずつ整数に変換して代入し，代入した値を画面に表示する． ////////////////////////////////////////////////// // Class demo_reigai.java ////////////////////////////////////////////////// public class demo_reigai{

public static void main(String args[]){ // 引数よりデータの格納 int elementNum=args.length; if(elementNum< 1){ System.out.println(" 引数が不足しています ¥n [ データ1 データ2 データ3 ...] で入力してください．"); System.exit(1); } //データの格納 ( 配列)

int x[]=new int[6]; // 配列の要素数は 6 個まで try{

for(int i=0; i< elementNum; i++){ x[i]=Integer.parseInt(args[i]);

System.out.println("i=" + i + " x[i]=" + x[i]); } }catch(NumberFormatException e){ System.out.println("引数で与えたデータのフォーマットが間違っている"); <<実行例>> E:¥demo_reigai>java demo_reigai 1 2 3 4 5 i=0 x[i]=1 i=1 x[i]=2 i=2 x[i]=3 i=3 x[i]=4 i=4 x[i]=5 E:¥demo_reigai>java demo_reigai 1 2 3 4 5 6 7 i=0 x[i]=1 i=1 x[i]=2 i=2 x[i]=3 i=3 x[i]=4 i=4 x[i]=5 i=5 x[i]=6 配列の要素数が越える処理を行なった。 E:¥demo_reigai>java demo_reigai 1 2 e 4 5 i=0 x[i]=1 i=1 x[i]=2 引数で与えたデータのフォーマットが間違っている

正常終了

配列の要素数を

越えている場合

整数でないデータを

引数にしている場合

(12)

③実数計算における浮動小数への取り扱いに関するデモ

public class sample { /* Main メソッド */

public static void main(String[] args){

/* 実行時引数の値を実数型変数に代入 * (1)実行時引数は args[] の配列に文字列として入る * (2)文字列なので実数にするため，クラスメソッドで変換する */ double x; for(x=0; x<=2.0; x+=0.1){ System.out.println(x); } System.out.println(x); } }

public class sample2 { /* Main メソッド */

public static void main(String[] args){ /* 実行時引数の値を実数型変数に代入 * (1)実行時引数は args[] の配列に文字列として入る * (2)文字列なので実数にするため，クラスメソッドで変換する */ double x; int i;

for(i=0; i<=20; i++){ // 変化させるデータは整数 x=(double)i/10; // 1/10 にして、実数にする System.out.println(x); } x=(double)i/10; System.out.println(x); } } E:¥>java sample 0.0 0.1 0.2 0.30000000000000004 0.4 0.5 0.6 0.7 0.7999999999999999 0.8999999999999999 0.9999999999999999 1.0999999999999999 1.2 1.3 1.4000000000000001 1.5000000000000002 1.6000000000000003 1.7000000000000004 1.8000000000000005 1.9000000000000006 2.0000000000000004 E:¥>java sample2 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2.0 2.1