Einführung in die Programmierung mit Delphi

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1 Einführung in die Programmierung mit Delphi Helmut Paulus Max-Planck-Gymnasium Trier

2 Leitidee Probleme beim Einstieg in die Programmierung mit Delphi Auch einfachste Programme sind zunächst schwer zu durchschauen. Das Zusammenspiel zwischen GUI-Objekten und algorithmischen Elementen ist unklar. Vorschlag: Didaktisches Konzept Von Anfang an objektbasierte Erklärungsmodelle benutzen, um das Verständnis der recht komplexen Delphi-Programme zu erleichtern. Vorteile Die "Logik der Programme" wird vereinfacht dargestellt und somit der Quelltext strukturell geordnet. Vorbereitung wichtiger Konzepte der objektorientierten Modellierung und Programmierung, die später vertieft werden. Die Grundideen und die Terminologie der Objektorientierung von Anfang an korrekt und konsistent verwendet werden. 2

3 Einstieg in die Programmierung Motivation Vergleich statische Webseiten mit Schülern bekannter Programmen Webseiten sind statisch Programme haben ein dynamisches Verhalten, das durch das Grundschema "Eingabe - Verarbeitung - Ausgabe Unterrichtsziele Aufbau von (Delphi-) Programme verstehen Systematische Programmentwicklung Schwerpunkte EVA-Grundschema Objekt-Terminologie Ereignisverarbeitung Aufbau eines Programms 3

4 Experimente mit vorgegebenen Programmen Analyse eines einfachen vorgegebenen Delphi-Programms Beispiele Tag-Nacht-Programm (siehe auch: Damann, Wemßen: Objektorientierte Programmierung mit Delphi, Band 1. Klett Verlag 2001.) Erkundung der Entwicklungsumgebung (Delphi-IDE) Laden und Starten eines Programms, Änderungen am Formular Verschieben von Button-Komponenten und Image-Komponenten, Veränderungen mit dem Objektinspektor (z. B. Farbeinstellungen). Einführung geeigneter Sprechweisen Graphische Benutzungsoberflächen (GUI) Objekt-Terminologie (Objekt, Klasse, Attribut, Attributwert) zu benutzen Vergleiche: Materialien zur Weiterbildung evtl. Programmverhalten mit Konzepten der zustandsbasierten Modellierung beschreiben: Zustände (Tag / Nacht) - Attributwerte von Objekten Zustandsänderungen durch Ereignisse (Button... Drücken) Analyse des Quelltextes Identifizierung der Bereiche, die für das beobachtete Verhalten verantwortlich sind Experimente mit kleineren Veränderungen belegen diese Vermutungen (z. B. Attributwerte). Deklarationsteil vorerst unverändert 4

5 Graphische Benutzungsoberfläche Das Anwendungsfenster enthält eine Vielzahl von Objekten. (Schaltflächen, Bilder, Eingabefelder ) Tag/Nacht 5

6 GUI-Objekte Aufbau einer Benutzungsoberfläche mit Hilfe von so genannten GUI-Objekten GUI : Graphical User Interface GUI-Objekt GUI-Objekt GUI-Objekt GUI-Objekt GUI-Objekt Mit Hilfe des Objektinspektors kann man die Eigenschaften der Objekte einsehen und verändern. 6

7 GUI-Objekte GUI-Objekte haben einen Namen und werden einer Klasse zugeordnet. Die Klasse legt dabei den Typ des Objekts fest. ImRudi: TImage PAnzeige : TPanel GUI : TGUI Anwendungsfenster BtTag : TButton BtHeiss : TButton Der Objektinspektor zeigt Name und Klasse des ausgewählten Objekts an. 7

8 Zustand eines Objektes Objekte bestehen aus einer Vielzahl von Attributen (Eigenschaften). Ihre Werte beschreiben den aktuellen Zustand des Objekt. Name Klasse Attributwerte Attribut 8

9 Objekthierarchie Die Formulardatei ugui.dfm speichert die Attributwerte der Objekte. Das Formular (Fenster) GUI verwaltet alle anderen GUI-Objekte. object GUI: TGUI Left = 476 Top = 417 Width = 396 Height = 237 Caption = 'Rudi läuft' object Btlauf: TButton Left = 96 Top = 160 Width = 75 Height = 25 Caption = 'laufe OnClick = BtlaufClick end object ImRudi: TImage Left = 24 Top = 72 Width = 41 Height = 41 Picture.Data = { } end end Das Formular GUI enthält alle anderen Objekte als Unterobjekte 9

10 Objektzustände verändern Attributwerte können mit Hilfe von Wertzuweisungen verändert werden. Objektzustand vorher: PAnzeige : TPanel Caption = Rudi läuft Wertzuweisung: PAnzeige.Caption := 'Mir ist heiß!!!'; Objektzustand nachher: PAnzeige : TPanel Caption = Mir ist heiß Ereignisgesteuerte Veränderung Ereignis Klick auf den Button mit der Aufschrift "Tag" löst das Ereignis BtTag.onClick" aus Ereignisverarbeitung procedure TGUI.BtTagClick(Sender: TObject); begin GUI.Color := clwhite; PAnzeige.Caption := Rudi läuft'; Ein Ereignis ist eine Zustandsänderung in einem Objekt, die von Interesse ist und daher mit einer Prozedur zur Ereignisverarbeitung verknüpft werden kann. (K. Merkert) 10

11 Delphi-Quelltext Analyse eines einfachen vorgegebenen Delphi-Programms type TGUI = class(tform) ImRudi: TImage; Btlauf: TButton; Bterhitzt: TButton; P_Anzeige: TPanel; BtTag: TButton; BtNacht: TButton; procedure BtlaufClick(Sender: TObject); procedure BterhitztClick(Sender: TObject); procedure BtTagClick(Sender: TObject); procedure BtNachtClick(Sender: TObject); private { Private-Deklarationen} public { Public-Deklarationen} Deklaration eines Formulars mit all seinen GUI-Objekten var GUI: TGUI; 11

12 Delphi-Quelltext Analyse eines einfachen vorgegebenen Delphi-Programms implementation {$R *.DFM} procedure TGUI.Bt_erhitztClick(Sender: TObject); begin Im_Rudi.Picture.LoadFromFile( Laeufer3.ico'); PAnzeige.Caption := 'Mir ist heiß!'; procedure TGUI.Bt_TagClick(Sender: TObject); begin GUI.Color := clwhite; Implementierung der Ereignisverarbeitung procedure TGUI.Bt_NachtClick(Sender: TObject); begin GUI.Color := clblack; 12

13 Ein erstes Programmierprojekt Anwendung der zuvor gewonnenen Erkenntnisse in einem neuen Kontext Bedienung der Entwicklungsumgebung Neues Projekt erstellen, Abspeichern in einem neuen Ordner,... Dateien eines Delphi-Projekts (Kurze Betrachtung) Delphi-Projekte haben an eine komplexe Struktur. Nützliche Konventionen: Von Beginn an Regeln beachten, um Probleme mit dieser Komplexität zu vermeiden. Für jedes Projekt einen eigenen Projektordner anlegen! Projektdatei und Formularunit sofort mit geeigneten Namen speichern! Namenskonvention für GUI-Objekte verbindlich vereinbaren! Vereinbarungen zur Strukturierung des Quelltextes treffen! Z. B. Styleguides. ( Beispiel: Simulation einer Ampel 13

14 Projekt: Simulation einer Ampel Zur Darstellung der Ampeln stehen Bilder zur Verfügung. In jeder Ampelphase wird nur ein Bild angezeigt, die anderen sind nicht sichtbar. Mit Hilfe von Schaltflächen können die Phasen gewechselt werden. GUI-Objekte: GUI : TGUI ImRot : TImage BtRot : TButton Dateien: ugui.pas Formularunit Ampel.dpr Projektdatei Ampel.exe Ausführbares Programm Ereignis: Schaltfläche BtRot wird gedrückt Ereignisbearbeitung: procedure TGUI.Bt_RotClick(Sender: TObject); begin ImRot.Visible := true; ImRotGelb.Visible := false; ImGruen.Visible := false; ImGelb.Visible := false; 14

15 Einführung des Variablenkonzepts Erweiterung des Programms Tag/Nacht: Rudi läuft über den Bildschirm Einführung eines einfaches Verarbeitungsmodells (EVA) Lokale Variablen als Zwischenspeicher: Eingabe: der Variable wird der aktuelle Attributwert zugewiesen Verarbeitung: Änderung des Variablenwerts Ausgabe: dem Attribut wird der neue Variablenwert zugewiesen Zur Implementierung müssen folgende Punkte geklärt werden: Wo und wie wird die Variable deklariert? Was sind Datentypen? Wozu dienen sie? Welche gibt es? Wie erfolgen die Typumwandlung? Zeichenkette Zahlentyp Zahlentyp Zeichenkette Weitere einfache Projektbeispiele: Einfache Ein- / Ausgabe-Situationen wie Body-Mass-Index, Währungsumrechner, Maßeinheiten-Umrechner, Promille-Rechner, einfacher Rechner 15

16 EVA-Prinzip Rudi läuft über den Bildschirm: procedure TGUI.BtlaufeClick(Sender: TObject); var xpos : integer; begin //Eingabe - Übernahme der Anzeige xpos := ImRudi.left; //Verarbeitung der Daten xpos := xpos + 5; //Ausgabe Aktualisierung der Anzeige ImRudi.left := xpos; Die lokale Variable xpos als Zwischenspeicher der aktuellen Position. Sie existiert nur während der Ausführung der Prozedur. Viele Eingabe Verarbeitung Ausgabe-Systeme können auf diese Weise mit Hilfe von lokalen Variablen realisiert werden. GUI-Objekte sind dazu da um Daten anzuzeigen bzw. zu kontrollieren. Dazu speichern sie sie natürlich auch. Die doppelte Buchführung erscheint zunächst wenig sinnvoll. Im Hinblick auf spätere Vertiefungen sollten von Anfang an eine GUI-Objekte und Datenmodell getrennt werden. Mögl. Erweiterungen: Mehrere Läufer Wettrennen ( Schrittweite zufallsgesteuert, Ablauf Timergesteuert) 16

17 Entwicklung eines einfachen Programms BMI berechnen procedure TGUI.BtberechnenClick(Sender: TObject); var Gewicht, Groesse, BMI : real; begin //Eingabe Gewicht := StrToFloat(EdGewicht.Text); Groesse := StrToFloat(EdGroesse.Text); //Verarbeitung BMI := Gewicht/Groesse/Groesse; //Ausgabe PAnzeige.Caption := FloatToStr(BMI); Anmerkungen: Zahlentypen Typumwandungsfunktion GUI-Objekte haben auch Fähigkeiten (Methoden)? Objektmethode Eingabefelder zurücksetzen procedure TGUI.BtloeschenClick(Sender: TObject); begin EdGewicht.Clear; EdGroesse.Clear; PAnzeige.Caption := ''; 17

18 Einführung der Kontrollstruktur "Fallunterscheidung" Beim Tag-Nacht-Programm sollen die Tage gezählt werden, wenn ein Übergang von Nacht auf Tag erfolgt. Die Tageszahl soll in einem Hinweis-Panel angezeigt werden. Erarbeitungsschritte: Logik mit Hilfe eines Struktogramms erarbeiten Ablauf mit Flussdiagramm veranschaulichen Syntaktische Details und Implementierung klären Werkzeuge: Structorizer: StruktEd: PAPDesigner: 18

19 Implementierung procedure TGUI.BtTagClick(Sender: TObject); var TagZahl : integer; begin if GUI.Color = clblack then begin TagZahl := StrToInt(PTagAnzeige.Caption); TagZahl := TagZahl + 1; PTagAnzeige.Caption := IntToStr(tagzahl); GUI.Color := clwhite; Caption := 'Tag'; Startwert für die Tageszahl im Objektinspektor einstellen Erweiterung: zweiseitige Fallunterscheidung Schachtelung von Fallunterscheidungen Beispiele: Rudi läuft nur tagsüber BMI-Erweiterung (geschlechts- und altersabhängige Rückmeldung) Ampelschaltung mit nur einem Schalter / Ampel mit Shapes Schaltjahresprüfung 19

20 Ein erstes Programmierprojekt Entwicklung eines interaktives Spiels Ziele: Anwendung des bisher Gelernten im größeren Zusammenhang Erste Erfahrungen mit systematischer Softwareentwicklung Durchführung: Anforderungen in einem Pflichtenheft genau spezifizieren Ergebnisse werden parallel zur Erstellung dokumentieren Kommentierte Diagramme (NSD / PAP) Beschreibung der Algorithmen Gütekriterien Benutzerfreundlichkeit achten Verständlichkeit des Quelltextes (vgl. etwa Einführung in die Software-Entwicklung mit Delphi - Teil 1) 20

21 Projekt 17 und 4 Aufgabe: Es ist ein Programm zu entwickeln, das das bekannte Kartenspiel simuliert. Anforderungen 1. Spielkarten werden durch einen Würfel ersetzt (Wertbereich [1;...;6]). Prototyp: 2. Es werden Zahlen gewürfelt und aufsummiert. Der Spieler kann nach jedem Spielzug entscheiden, ob er aufhört oder weiter spielen will. 3. Ist die Summe größer als 21, so hat der Spieler verloren. Hört der Spieler bei einer Summe kleiner oder gleich 21 auf, wird noch eine Zahl gewürfelt. Ist die neue Summe immer noch kleiner oder gleich 21, so hat der Spieler verloren, andernfalls gewonnen. 4. Alle Ausgaben werden gelöscht, wenn ein neues Spiel begonnen wird. (Benutzerfreundlichkeit) Problem: Eingabe der Spieldaten in lokale Variablen aus den GUI-Objekten ist ineffektiv!!! 21

22 Lokale und globale Variablen Bei komplexeren Systemen ist es günstig, ein von der GUI getrenntes Datenmodell zu entwickeln. Realisierung eines "internen Datenmodell mit globalen Variablen (als private Attribute des Formulars) Es stellt die Vorstufe zu eigenständig agierenden Objekten dar. Weitere Übungen ergeben sich im Kontext zustandsbasierter Modellierung, z. B. durch Einführung einer Zustandsvariablen für die einzelnen Spielphasen. Internes Datenmodell Lokale Variablen (temporäre Daten) type TGUI = class(tform) {Steuerelemente} procedure BtNeuClick(Sender: TObject); procedure BtZahlClick(Sender: TObject); procedure BtSpielbeendenClick(Sender: TObject); private { Private-Deklarationen} Punkte : integer; Ergebnis : string; public { Public-Deklarationen} procedure TGUI.BtZahlClick (Sender: TObject); var Zufall : integer; begin //Eingabe Zufall :=random(6) + 1; //Verarbeitung Punkte := Punkte + Zufall; Quelltext 22

23 Projekt Zahlenraten Aufgabe: Es ist ein Programm zu entwickeln, das ein Zahlenratespiel simuliert. Anforderungen: 1. Der Computer bestimmt eine Zufallszahl (1..100), die der Spieler zu erraten hat. 2. Der Spieler hat er beliebig viele Versuche. 3. Nach jeder Zahleneingabe wird angegeben, ob die Zahl zu groß oder zu klein ist. 4. Hat der Spieler die Zahl erraten, so wird die Anzahl der Versuche und eine Bewertung ausgegeben. 5. Alle Ausgaben werden gelöscht, wenn ein neues Spiel begonnen wird. (Benutzerfreundlichkeit) Prototyp: 23

24 Implementierung Internes Spieldatenmodell type TGUI = class(tform) BtEingabe : TButton; BtNeu : TButton; procedure TGUI.BtEingabeClick(Sender: TObject); private { Private-Deklarationen} RateZahl : integer; Versuchszahl : integer; public { Public-Deklarationen} Auswertung einer Zahleneingabe Zahlen raten Testzahl überprüfen { Eingabe: testzahl aus } Versuchzahl Versuchszahl + 1 testzahl = ratezahl? ja nein testzahl > ratezahl? kommentar "richtig" ja nein kommentar "zu groß" kommentar "zu klein" { Ausgabe: Kommentar, Versuchszahl } Erweiterungen 1. Baue eine Sicherheitsprüfung ein, dass die Eingabe einer Rate-Zahl nicht über der Feldgröße und nicht unter 0 liegen darf. 2. Erweitere das Programm so, dass die Feldgröße über ein Edit-Feld eingelesen wird. 24

25 Einführung der Kontrollstruktur "Wiederholung" Schwerpunkte solange-schleife Darstellung der Semantik mit einem Flussdiagramm Darstellung der Struktur mit einem Struktogramm Syntax einer while-anweisung verschiedene Schleifentypen für spezielle Situationen Einstiegsbeispiel: Wann werde ich Millionär? (Kapitalentwicklung) Anfordungen: Nach Eingabe von Anfangskapitals und Zinssatzes wird berechnet, nach wie viel Jahren das Kapital einen bestimmten Endbetrag erreicht hat. Die Zinsen werden jährlich gutgeschrieben (Zinseszins). 25

26 Projekt: Wann werden ich Millionär Algorithmus Implementierung PAP Struktogramm Delphi-Syntax while Kapital < Zielkapital do begin Wiederholungsblock 26

27 Kontrollstrukturen Es folgen weitere Beispiele zur Übung der while-schleife. Vertiefende Übungen (je nach Interesse): Entwicklung von Populationen Math. Algorithmen: Teilermengen, Primzahlentest, Heron, 3n+1 Problem 27

28 Links und Literator E. Modrow: Informatik mit Delphi, Band 1/2, Dümmler-Stam P. Damann, J. Wemßen: Objektorientierte Programmierung mit Delphi, Band 1. Klett-Verlag U. Bänisch: Praktische Informatik mit Delphi, Band 1/2. Cornelsen Frischalowski: Delphi 5.0, Band 1/2, Herdt-Verlag Pohl: Schülerübungen / Klausuren in Delphi, Heft 1/2, Verlag J. Pohl K. Merkert: R. Mechling: K. Heidler: Hessischer Bildungsserver: S. Spolwig: Weitere Hinweise unter: Einsteiger-Tutorial 28