Programmation par les Objets en Java
Type Abstrait de donnée : une pile
(TD2)

Najib Tounsi

(Lien permanent: http://www.mescours.ma/Java/TD/tdJava2.html (.pdf))

L'objectif de ce TD est de programmer en utilisant un type abstrait de données (pile de caractères ici) réalisée par une classe Java.

Sommaire

1. Programmation par abstraction
   1. Classe pile simple
   2. Documentation de la classe pile
   3. Gestion des exceptions en java
   4. Programme d'analyse d'une expression parenthésée

Programmation par abstraction

Classe pile simple

On va programmer la classe Pile de caractères, représentée par un tableau et un indice de sommet de pile.

Compléter la classe suivante (à créer dans un fichier Pile.java):

public class Pile {
//
//  Déclarations des attributs de la pile
//
    static final int MAX = 8;
    char t[];
    int top;

//
//  Programmation des opérations (méthodes) de la pile
//
    public Pile() {
        // Initialise une pile vide
        t = new char[MAX];
        top = -1;
    }

    public void empiler(char c) {
        // Empile le caractère donné en paramètre
        if (!estPleine())
            t[++top] = c;
        else
            System.out.println("Pile pleine");
    }

    public char sommet() {
        // Retourne le caractère au sommet de la pile, sinon '\0'
        //   ... a compléter ... 
    }

    public void depiler() {
        //    décapite la pile (retire le sommet )
        //   ... a compléter ... 
    }

    public boolean estVide() {
	//    Teste si la pile est vide
        return (top < 0);
    }

    public boolean estPleine() {
        // teste si la pile est pleine
        //  ...   à completer ...
    }

}; // class Pile

Exercice 1) Ecrire un programme qui lit une chaîne de caractère et l'imprime inversée.

Algorithme :

Indications :

• Créer le programme dans un fichier TestPile.java
• Pour lire un caractère en entrée standard, utiliser :

char monChar; Scanner clavier = new Scanner(System.in);
monChar = clavier.next().charAt(0);

• La fin de la chaîne à lire est marquée par le caractère #'.

Retrouver la solution ici ( http://www.mescours.ma/Java/TD/TestPile.java ).

Exercice-2 ) Ecrire un programme qui lit une un texte contenant une série de parenthèses et qui

• à la rencontre du caractère ( il l'empile sur une pile p
• à la rencontre du caractère ) il dépile la pile p
• ignore tout autre caractère.
• s'arrête à la lecture du caractère #.

A la fin du texte lu, si la pile est vide l'expression est bien parenthésée. Sinon, il y a plus de parenthèses ouvrantes que de parenthèses fermantes. Si la pile est vide prématurément, lors d'un dépilement, alors il y a plus de parenthèses fermantes que de parenthèses ouvrantes.

Documentation de la classe pile

On va créer une page Web de documentation de la classe Pile. Il doit y avoir

• D'abord un texte sous forme de commentaire qui documente la classe en générale, par exemple  ce qu'est un objet Pile etc.
• Ensuite, il doit y avoir un texte qui  documente chaque méthode en indiquant ses paramètres données, son résultat éventuel et le traitement effectué.

Dans le fichier Pile.java contenant la classe Pile, ajouter en début de fichier un commentaire qui commence par /**. C'est le commentaire générale de la classe. Exemple :

/** 
 Classe Java correspondant à une pile
 Un pile est un objet sur lequel on empile ...
 etc...
 */

Ensuite, avant chaque déclaration de méthode, ajouter le commentaire qui documente la méthode. Exemple :

  /**
   * Empile le caractère donné
   */
   public void empiler(char c){...}
       ...

On peut alors créer les pages documentation de la classe Pile avec la commande javadoc

$ javadoc Pile.java

Un certain nombre de fichiers sont alors créés. L'un des fichiers est index.html qui est la page Web principale.

On peut améliorer la documentation finale en rajoutant des lignes commentaires @param, @return, @see, pour documenter les paramètres. Exemple : Source à documenter,  documentation générée.

Gestion des exceptions en java

Une exception est un cas particulier (ou erreur) qui se produit dans un programme. Par exemple pile vide en cas de dépilement, rencontre d'un caractère nom numérique lors de la lecture d'un nombre etc.

L'exemple simple suivant est une méthode qui calcule la factorielle d'un entier, et qui lève une exception quand l'entier est négatif.

static public int fact(int x) throws ExceptionFactNegatif {
    if ( x < 0 ) throw new ExceptionFactNegatif();
    else {
       // calcul factorielle dans int f ...
       return f;
    }
}

On rajoute au profile de la méthode le mot clé throws et le type d'objet levé, qui est ici le classe ExceptionFactNegatif.  (voir plus bas).

L'utilisation de cette méthode doit s'attendre, grâce à une instruction try, à une éventuelle levée d'exception et la capter, grâce à une instruction catch,  pour pouvoir la traiter.

int n = ...
try {
    int f = fact(n);
}
catch (ExceptionFactNegatif e) {
    System.out.println("Valeur negative pour factorielle");
    e.printStackTrace();
}

try indique un bloc d'instructions dans lequel une exception peut être levée "une erreur  peut se produire".

Le bloc catch  contient les instructions à exécuter dans le cas où un type d'exception s'est produit dans le  try correspondant. Ici, on imprime une message pour la circonstance. catch est paramétré par l'exception à capter. ici objet e de classe ExceptionFactNegatif.

On peut utiliser cet objet e justement, pour suivre la trace de l'exception produite, avec e.printStackTrace() en plus du message à imprimer.

Le résultat de la séquence de programme précédente exécutée pour n = -1 est:

Valeur negative pour factorielle
ExceptionFactNegatif
	at TestException.fact(TestException.java:17)
	at TestException.main(TestException.java:5)

La classe correspondant à l'exception souhaitée, ExceptionFactNegatif ici, est donnée par:

class ExceptionFactNegatif extends Throwable {};

Classe qui ne contient rien. Seul son nom suffit. (N'est elle pas une exception?...)

Le fait c'est qu'elle est sous classe de la classe prédéfinie Throwable. Condition nécessaire pour pouvoir être soulevée comme exception.

A un même bloc try peuvent correspondre deux blocs catch. On peut ajouter à l'exemple ci-dessus le cas de factorielle qui dépasse la capacité d'un int. Factorielle 13 est déjà 6 227 020 800.

On crée donc une deuxième exception, 

class ExceptionFactSuperieur12 extends Throwable {};

et on écrira :

try {
   int f = fact(n);
}
catch (ExceptionFactNegatif e) {
   System.out.println("Valeur negative pour factorielle");
   e.printStackTrace();
}
catch (ExceptionFactSuperieur12 e) {
   System.out.println("Valeur > 12 pour factorielle");
   e.printStackTrace();
}

Exercice-3)

Suivant ce même modèle, reprendre la classe pile et traiter les cas d'une pile vide (dans dépiler et sommet) et d'une pile pleine (dans empiler).

Indication :

On définira deux classes ExceptionPileUnderflow et ExceptionPileOverflow correspondant respectivement aux cas débordement de pile par en bas, pile vide, ou débordement par en haut, pile pleine.

On reprogrammera les opération de la classe pile en conséquence, par exemple:

public char sommet() throws ExceptionPileUnderflow {
   // Retourne le caractère au sommet de la pile
   if (!estVide())
       return t[top];
   else
       throw new ExceptionPileUnderflow();
}

etc...

On reprendra ensuite le programme  TestPile.java avec cette fois-ci des blocs try/catch. 

Une solution : PileException.java, TestPileException.java. (voir la version .html pour les liens)

Programme d'analyse d'une expression parenthésée

Exercice-4)

a) Réfléchir à un algorithme qui vérifie si une chaîne (ou expression) est bien parenthésée: une parenthèse fermante est en correspondance avec une parenthèse ouverte. "Parenthèse" à prendre au sens large parmi les symboles: ( < [ { } ] > ).

Exemple :

{[(a+51)-(c)]} est correcte

{(a+b)] est incorrecte ( ] ne correspond pas à {),
ainsi que (a+b)) (parenthèse fermante en trop) ou
((a+b) (parenthèse ouvrante en trop)

Indications :

• Le programme doit ignorer (ne pas traiter) les symboles autres que les "parenthèses".
• Les étapes sont :

1. On commence par une pile vide (voir figure)
2. On lit {, on l'empile
3. On lit [, on l'empile
4. On lit (, on l'empile
5. On ignore a+51, on lit ), elle correspond au sommet de la pile (4), on dépile celle-ci
6. On ignore -, on lit (, on l'empile
7. On ignore c, on lit ), elle correspond au sommet de la pile (6), on dépile celle-ci
8. On lit ], il correspond au sommet de la pile (7), on dépile celle-ci
9. On lit }, elle correspond au sommet de la pile (8), on dépile celle-ci. On a fini la lecture. Si on finit une pile vide, l'expression est correctement parenthésée.

b) Utiliser la pile de l'exercice précédent pour programmer cet algorithme.

That's all folks.

Evaluation :

Certains  exercices seront  évalués à la demande et corrigés  par l'encadrant du TP.