Imparare a programmare è un'impresa tutt'altro che facile. Chi non ha mai lavorato su un computer potrebbe restare disorientato dalla terminologia specialistica, o faticare ad apprendere l'uso corretto dei vari strumenti: compilatori, debugger, editor....
La difficoltà maggiore, per chi trova alla prima esperienza, è senza dubbio quella di riuscire a capire come ragiona una macchina. Il programmatore deve imparare a trattare con un'entità assolutamente priva di senso dell'umorismo, completamente dedita al lavoro e che ha la sconcertante abitudine di prendere alla lettera qualunque richiesta. Con il tono autoritario di una maestrina, bacchetta ogni errore con argomentazioni che non ammettono repliche.
Ma una volta superati i primi ostacoli, cresce l'entusiasmo per un'attività che si presenta stimolante e ricca di sfide, una professione in cui la creatività è l'unico strumento che pemette di sopperire alla totale assenza di creatività della macchina.

Lo studio di Java: un percorso a tappe
Lo studio di Java può essere suddiviso in tre tappe:

• Studio dei costrutti del linguaggio
• Sudio della filosofia della programmazione ad oggetti
• Introduzione all'uso dei principali strumenti di libreria

Chi si avvicina a Java dopo anni di esperienza su linguaggi procedurali (tipo C o Pascal), di programmazione batch in Cobol o di programmazione host su mainframe IBM, può incontrare altrettante difficoltà di chi si trova alla prima esperienza. Il modo migliore per iniziare un percorso di studio consiste nel ripasso di quell'insieme di concetti che stanno alla base di qualunque linguaggio di programmazione.

Codice sorgente, Virtual Machine e compilatore
Un computer è una macchina capace di eseguire rapidamente ed in modo automatico una sequenza di operazioni, seguendo le istruzioni contenute in un programma.
Formalmente un programma Java è un semplice file di testo, detto "file sorgente", scritto dal programmatore in un linguaggio simile, per certi versi, al linguaggio naturale: il linguaggio Java.
Un programma scritto in questa forma non può essere eseguito direttamente da un calcolatore: prima deve essere processato da uno strumento detto compilatore, che traduce il file sorgente in un linguaggio diverso: il Bytecode. Tale linguaggio, sebbene sia incomprensibile per un essere umano, è ideale per un calcolatore, che lo esegue grazie ad un programma speciale detto Interprete o Virtual Machine. La traduzione dei programmi Java in Bytecode garantisce la piena portabilità del codice eseguibile, che, al contrario di quanto avviene con altri linguaggi, può essere eseguito su qualunque computer che disponga di una Virtual Machine.
Questa descrizione, decisamente semplificata, nella maggior parte dei casi è tutto quello che un programmatore deve sapere sul funzionamento di un computer.

Il primo approccio con la programmazione
Per prendere confidenza con i concetti di codice sorgente, compilatore e interprete, è utile portare a termine un'esercitazione. La carriera del programmatore, in ossequio ad una tradizione oramai consolidata, prende il via con un gioioso saluto: Hello World! Hello World è senza dubbio uno dei programmi più longevi della storia dell'informatica: tradotto in decine di linguaggi differenti, svolge da anni un ruolo da anfitrione, guidando l'aspirante programmatore alla scoperta dei primi segreti dello sviluppo software. Se lo sconosciuto autore avesse avuto la lungimiranza di registrarne il brevetto, certamente avrebbe fatto fortuna.
Il testo del programma in versione Java è il seguente:

public class HelloWorld {
    public static void main(String argv[]) {
        System.out.println("Hello World!");
    }
}

Figura 1 - Attraverso il semplice notepad è possibile scrivere il primo programma

Il primo compito da svolgere è quello di copiare il testo del programma all'interno del Notepad, rispettando diligentemente le spaziature e la distinzione tra maiuscole e minuscole. Una volta terminata la trascrizione, è necessario salvare il file con il nome di "HelloWorld.java", in una posizione nota del disco, come la radice del disco C. Per evitare che il Notepad aggiunga l'estensione .txt al file, è necessario specificare il nome tra virgolette, come in figura.

Figura 2 - nel salvare il documento, prestare attenzione alle maiuscole

Il file "HelloWorld.java" appena creato è un esempio di file sorgente; per poterlo eseguire dobbiamo azitutto tradurlo in Bytecode con il compilatore. Il compilatore standard per Java è un programma a riga di comando, privo di interfaccia grafica. Per poterlo eseguire, è necessario aprire la console di comandi MS Dos, che si trova normalmente sotto la voce "Programmi" del menu "Start".

Figura 3 - Per compilare ed eseguire un programma occorre attivare il prompt di comandi

Ora bisogna portarsi sulla directory nella quale il file "HelloWorld.java" è stato salvato: se, come consigliato, fosse stato posto nella root del disco C, bisogna digitare il comando "cd c:\", e premere invio. A questo punto bisogna digitare la seguente riga:

javac HelloWorld.java

Dopo pochi secondi ricomparirà il cursore, segnalando che la compilazione è andata a buon fine. Nella directory di lavoro, oltre al file "HelloWorld.java" ci sarà ora un file "HelloWorld.class" contenete il programma in Bytecode.

Figura 4 - Il file sorgente "HelloWorld.java" e il file "HelloWorld.class"
risultato della compilazione

Per eseguire il programma ora bisogna digitare

java HelloWorld

Il sistema si metterà al lavoro, e dopo qualche istante sulla console comparirà la scritta:

HelloWorld

Benvenuti nel mondo della programmazione!

Figura 5 - Esempio di uso dei tools Javac e Java del JDK

NOTA: Le istruzioni presenti in questo paragrafo sono valide per la piattaforma Windows. L'utente Unix o Linux, sicuramente più esperto di ambienti a riga di comando, non dovrebbe incontrare particolari difficoltà nell'adattare, attraverso piccole modifiche, le istruzioni al proprio caso.

I costrutti fondamentali della programmazione
Dopo aver visto come si scrive, si compila e si esegue un semplice programma, è il momento di mostrare alcune possibili variazioni. I linguaggi di programmazione assomigliano al linguaggio naturale inglese, ma rispetto a quest'ultimo prevedono dei vincoli sintattici molto più rigidi, regolati da un insieme di regole formali che prendono il nome di grammatica. Lo studio di queste regole è la chiave che permette di comporre in maniera autonoma dei programmi.

Struttura base di un programma Java
La struttura base di un programma, in questi primi esempi, sarà sempre di questo tipo:

public class NomeProgramma {
    public static void main(String argv[]) {
    }
}

Il nome del programma (che compare dopo la parola "class") può essere scelto liberamente dal programmatore: l'unico vincolo è che il file sorgente che lo contiene abbia lo stesso identico nome, con l'estensione ".java" alla fine. Quando si lavora con Java è bene fare attenzione alla distinzione tra lettere maiuscole e minuscole: il nome "HelloWorld.java" viene considerato diverso da "helloWorld.java", dal momento che, nel secondo caso, la lettera 'h' è minuscola.
Tra seconda e la terza parentesi graffa, quelle che compaiono dopo la scritta main(String argv[]), possiamo inserire le istruzioni che studieremo via via.

Istruzione elementare
L'istruzione è l'unità base del programma: essa descrive un compito da eseguire, tipo "somma due numeri" o "disegna un cerchio sullo schermo".
L'istruzione alla quarta riga del programma "HelloWorld.java" ha come effetto quello di visualizzare sullo schermo la scritta racchiusa tra virgolette. Possiamo divertirci a modificare il sorgente del programma cambiando la frase con qualcosa del tipo "Abbasso la Squola :-P" o "Viva (mettere qui il nome della squadra del cuore)"; per mettere in atto le modifiche sarà necessario risalvare il file su disco, ed eseguire di nuovo la compilazione e l'esecuzione.
Alcune istruzioni che verranno usate nei prossimi esempi sono:

System.out.print("FRASE");

stampa su schermo la frase contenuta tra virgolette, senza andare a capo

System.out.println("FRASE");

stampa su schermo la frase contenuta tra virgolette, e quindi va a capo

System.out.print("\t");

stampa su schermo un carattere di tabulazione.

Sequenza
La maniera più semplice di fornire istruzioni ad un calcolatore è quella di scrivere un elenco di operazioni da eseguire una di seguito all'altra. L'interprete eseguirà le istruzioni in sequenza, una alla volta, nello stesso ordine in cui sono state elencate nel testo del programma.
Proviamo a modificare il programma precedente in questo modo:

public class HelloWorld {
     public static void main(String argv[]) {
     System.out.println("Hello World!");
     System.out.println("Every day is a very nice day");
  }
}

Le istruzioni di stampa ora sono due, e verranno eseguite in sequenza. Possiamo istruire il computer ad eseguire una qualunque sequenza di istruzioni:

System.out.println("Nel mezzo del cammin di nostra vita");
System.out.println("Mi ritrovai per una selva oscura");
System.out.println("Che la diritta via era smarrita");
....

Se le istruzioni sono formulate correttamente, il computer le eseguirà una ad una.

Variabili intere: dichiarazione ed assegnamento
Se un computer si limitasse a stampare un elenco di frasi sullo schermo, la sua utilità sarebbe decisamente limitata. Ciò che rende veramente utile un computer è la capacità di eseguire calcoli arimetici con grande velocità e precisione, mantenendo in memoria i risultati temporanei.
Il principale strumento di manipolazione numerica è la variabile, una cella di memoria al cui interno è possibile memorizzare un numero. Il programmatore può ricorrere alle variabili per per effettuare calcoli, memorizzare i risultati di espressioni anche moltocomplesse ed effettuare dei confronti.
Il linguaggio Java permette di gestire variabili di diversi tipi; per il momento ci limiteremo a descrivere l'uso delle variabili intere.

Dichiarazione
Prima di utilizzare una variabile, è necessario eseguire una dichiarazione, in modo da segnalare al computer la necessità di riservare una cella di memoria. Per dichiarare una variabile intera è necessario usare la parola "int", seguita da un nome scelto dal programmatore e da un carattere punto e virgola:

int a;
int operando;
int risultato;

Il nome della variabile deve essere composto da una combinazione di lettere e numeri, di lunghezza arbitraria: normalmente viene scelto in base al contesto di utilizzo, in modo da rendere il programma più leggibile.

Assegnamento
Per memorizzare un valore all'interno di una variabile, devo effettuare un assegnamento. La struttura di un assegnamento è data dal nome della variabile, seguito dal carattere "=" e da un'espressione numerica:

a = 10;
operando = 15;

Nella parte destra di un assegnamento, dopo il carattere "=", posso inserire un'espressopme artimetica che faccia uso di parentesi e dei normali operandi aritmetici: + per la somma, - per la sottrazione, * per la moltiplicazione, / per la divisione e % per l'operazione di modulo (resto di una divisione intera); in questi casi la variabile a sinistra assumerà il valore dell'espressione a destra. Ad esempio, l'istruzione:

risultato = (10 + 5) * 2;

assegnerà il valore 30 alla variabile 'risultato'.
La dichiarazione di una variabile e il primo assegnamento (detto anche inizializzazione) possono essere eseguiti in un'unica istruzione, come nel seguente esempio:

int a = 10;

Uso delle variabili
Una variabile, una volta inizializzata, si comporta, all'interno di un programma, come il numero che gli viene assegnato. Essa può dunque comparire all'interno di espressioni, e comparire a sua volta in un assegnamento:

a = 10;
b = a * 2;

In questo esempio, alla variabile 'b' viene assegnato il valore di 'a' moltiplicato per due: dal momento che a vale 10, b assumerà il valore 20.

Cosa succede se l'espressione nella parte destra di un assegnamento contiene la variabile da assegnare? Ad esempio, ha senso la seguente istruzione?

a = a + 2;

In un caso come questo, la variabile 'a' assume il valore che si ottiene valutando l'espressione a destra in base al valore "precedente" della variabile. Vediamo ad esempio come vengono eseguite le seguenti istruzioni:

a = 10;
a = a + 2;

La prima istruzione assegna alla variabile 'a' il valore 10; la seconda invece assegna il valore 12, dato dalla somma del precendente valore di 'a', in questo caso 10, con il numero 2.

Struttura di controllo decisionale: il costrutto 'if - else'
Nel descrivere una sequenza di operazioni, capita talvolta di dover illustrare delle distinzioni. Se vogliamo descrivere ad un amico come preparare una festa, possiamo ricorrere ad una serie di istruzioni di questo tipo:

comprare patatine;
comprare torta;
comprare piatti;
....

Ma se vogliamo che la festa sia un successo, dobbiamo prendere in considerazione alcuni fattori, ed agire di conseguenza:

se gli invitati sono maggiorenni ----> comprare birra;
in caso contrario ------------------> comprare aranciata;

Questo modo di operare viene detto 'condizionale': si valuta una condizione e si agisce in modo differente a seconda che la condizione sia vera o falsa. La formulazione generale del costrutto condizionale in Java è la seguente:

if(CONDIZIONE) {
ISTRUZIONI DA ESEGUIRE SE LA CONDIZIONE E' VERA
}
else {
ISTRUZIONI DA ESEGUIRE SE LA CONDIZIONE E' FALSA
}

La clausola 'else' è opzionale; se non abbiamo la necessità di specificare un percorso alternativo, possiamo ricorrere alla seguente formulazione:

if(CONDIZIONE) {
ISTRUZIONI DA ESEGUIRE SE LA CONDIZIONE E' VERA
}

Formulazione di una condizione
Dal momento che siamo in grado di trattare solo variabili intere, la condizione deve essere espressa come confronto tra variabili e numeri, o tra variabili e variabili. Per verificare l'uguaglianza tra due variabili, dobbiamo usare l'operatore '==' (due caratteri '=' senza spaziature):

if(a == b) {
ISTRUZIONI DA ESEGUIRE SE a E' UGUALE A b
}
else {
ISTRUZIONI DA ESEGUIRE SE a E' DIVERSO DA b
}

L'operatore '!=' è l'inverso del precedente: esso permette di verificare se due valori sono differenti. Altri operatori importanti sono:

'<' per valutare la condizione "minore di"
'<=' per "minore uguale"
'>' per "maggiore di"
'>=" per "maggiore o uguale"

Riprendendo in esame l'esempio della festa, possiamo esprimere la condizione in linguaggio pseudo - Java:

if(età >= 18) {
comprareBirra();
}
else {
comprareAranciata();
}

Struttura di controllo iterativa: l'istruzione while
In una celebre scena del film Shining, l'attrice Shelley Duval scopre, su un tavolo da pranzo nel soggiorno dell'Overlook Hotel, un'intera risma di fogli per macchina da scrivere con sopra stampata un'unica frase, ripetuta migliaia di volte:

Il mattino ha l'oro in bocca
Il mattino ha l'oro in bocca
Il mattino ha l'oro in bocca
Il mattino ha l'oro in bocca
Il mattino ha l'oro in bocca
Il mattino ha l'oro in bocca

Questa scoperta fornisce la prova inconfutabile della pazzia del marito, magistralmente interpretato dal bravissimo Jack Nicolson.
Secondo la leggenda, il regista Stanley Kubrick, insoddisfatto dalla bassa qualità degli strumenti di riproduzione fotostatica dell'epoca, pretese che i cinquecento fogli fossero battuti a mano, in quattro lingue diverse, dai suoi fedeli assistenti, al fine di ottenere il massimo realismo.
Al giorno d'oggi le tecnologie di stampa hanno raggiunto la qualità tipografica, e persino Kubrick, di cui era nota la pignoleria, avrebbe acconsentito ad assegnare un simile folle lavoro ad un computer, attraverso un programma di questo tipo:

public class Shining {

    public static void main(String argv[]) {
        int i = 0;
        while(i<25000) {
            System.out.println("Il mattino ha l'oro in bocca");
            i = i + 1;
        }
    }
}

La parola "while", in inglese, significa "fino a quando": lo scopo del while, infatti, è quello di ripetere un gruppo di istruzioni "fino a quando" una certa condizione è vera. Nel piccolo programma di esempio le istruzioni

System.out.println("Il mattino ha l'oro in bocca");
i = i + 1;

in settima ed ottava riga vengono ripetute "fino a quando" il valore di i, posto inizialmente a zero, rimane minore di 25000. Ad ogni iterazione, la variabile i viene incrementata di 1: questo incremento fornisce la garanzia che, dopo esattamente 25000 ripetizioni, il ciclo arriverà a termine.

Figura 6 - Un computer può eseguire indefinitamente
un'azione ripetitiva.... senza ridursi a questo modo

Struttura generale del ciclo while
La struttura generale del while è

while(CONDIZIONE) {
    ISTRUZIONE1;
    ISTRUZIONE2;
    ....
}

La condizione è una espressione del tutto simile a quella che correda l'istruzione 'if'. Se si desidera che un ciclo venga ripetuto all'infinito, è sufficiente specificare una condizione sempre vera, tipo

while(0 == 0) {
    ISTRUZIONE1;
    ISTRUZIONE2;
    ...
}

Solitamente, comunque, si desidera che il ciclo venga ripetuto un numero prefissato di volte: in questo caso, è necessario che nel gruppo di istruzioni che compongono il ciclo compaia anche un assegnamento sulla variabile presente nella condizione. Il tipico ciclo ascendente assume la forma:

i = 0;
while(i<=100) {
    ISTRUZIONI DA RIPETERE
    i = i + 1;
}

E' possibile realizzare anche cicli discendenti, modificando in modo opportuno l'inizializzazione della variabile indice, la condizione di uscita e l'operazione di incremento:

i = 100;
while(i>=0) {
    ISTRUZIONI DA RIPETERE
    i = i - 1;
}

Conclusioni
Questo mese abbiamo affrontato i primi passi sul linguaggio Java. Attraverso un percorso guidato, abbiamo visto come sia possibile, senza ricorrere a complessi ambienti di sviluppo, realizzare il primo programma. Abbiamo anche fatto la conoscenza di alcuni importanti costrutti del linguaggio: il mese prossimo vedremo come sia possibile scrivere alcuni semplici programmi di esempio ricorrendo solo alle nozioni apprese fino ad ora.

Esempi
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