Brückenkurs Programmieren - Sommersemerster 2013

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1 Brückenkurs Programmieren - Sommersemerster 2013 Tag 1 Ivo Senner Technische Hochschule Mittelhessen 30. September 2013 Ivo Senner (THM) Brückenkurs Programmieren 30. September / 41

2 Inhalt 1 Dieser Kurs 2 Einführung 3 Werkzeuge 4 Programmieren 5 Zusammenfassung Ivo Senner (THM) Brückenkurs Programmieren 30. September / 41

3 Dieser Kurs Über uns Ivo Senner (BSc Informatik) Master Student an der THM Software Engineering, Mobile Applications, IT-Security, Cloud-Technologien,... Seit 2009 Unterstützung der Programmierausbildung im Bachelor Ivo Senner (THM) Brückenkurs Programmieren 30. September / 41

4 Dieser Kurs Über uns Michael Lidwin (BSc Informatik) Master Student an der THM Ein Jahr in Irland studiert mit dem Schwerpunkt: Spieleentwicklung Software Engineering, Computergrafikprogrammierung, Bildverarbeitung,... Seit dem Sommersemester 2013 als Dozent für die objektorientierte Programmierung aktiv Ivo Senner (THM) Brückenkurs Programmieren 30. September / 41

5 Dieser Kurs Über uns Christopher Schölzel (MSc Informatik) Studium an der TU Kaiserslautern - Schwerpunkt KI Lehrkraft für besondere Aufgaben Promotion in der Bioinformatik Ivo Senner (THM) Brückenkurs Programmieren 30. September / 41

6 Dieser Kurs Das Ziel Grundlagen der Programmierung lernen (am Beispiel JavaScript) Erster Umgang mit Fachbegriffen (Variablen, Algorithmen, etc.) Auffrischung eventueller Vorkenntnisse Solide Basis für Ihr Studium aufbauen Interesse wecken & Spaß haben Ivo Senner (THM) Brückenkurs Programmieren 30. September / 41

7 Dieser Kurs Und Sie...? Name Studiengang Letzte Tätigkeit (Schule/Ausbildung/...) Vorkenntnisse Erwartungen Ivo Senner (THM) Brückenkurs Programmieren 30. September / 41

8 Dieser Kurs Aller Anfang ist schwer! Sie erhalten: Folien Übungsblätter Eine Plattform zum Experimentieren Persönliche Unterstützung Ivo Senner (THM) Brückenkurs Programmieren 30. September / 41

9 Dieser Kurs Aller Anfang ist schwer! Sie erhalten: Folien Übungsblätter Eine Plattform zum Experimentieren Persönliche Unterstützung Sie sollten: Mitschreiben Übungsaufgaben abarbeiten Eigeninitiative zeigen Ivo Senner (THM) Brückenkurs Programmieren 30. September / 41

10 Dieser Kurs Ablauf Geplant ist... Montag - Mittwoch, Freitag 9:00-16:00 Uhr Mittagspause gegen 12:00 Uhr Vormittags Theorie Nachmittags Praxis Ivo Senner (THM) Brückenkurs Programmieren 30. September / 41

11 Dieser Kurs Ablauf Geplant ist... Montag - Mittwoch, Freitag 9:00-16:00 Uhr Mittagspause gegen 12:00 Uhr Vormittags Theorie Nachmittags Praxis Eigene Wünsche? Ivo Senner (THM) Brückenkurs Programmieren 30. September / 41

12 Dieser Kurs Ablauf Montag: Grundlagen von Hard- und Software Konzepte und Werkzeuge der Programmierung Werkzeuge für diesen Kurs Erste Gehversuche & Einfache Daten Ivo Senner (THM) Brückenkurs Programmieren 30. September / 41

13 Dieser Kurs Ablauf Montag: Grundlagen von Hard- und Software Konzepte und Werkzeuge der Programmierung Werkzeuge für diesen Kurs Erste Gehversuche & Einfache Daten Dienstag: Kontrollstrukturen Operatoren und Operationen Komplexe Daten & Datenstrukturen Ivo Senner (THM) Brückenkurs Programmieren 30. September / 41

14 Dieser Kurs Ablauf Mittwoch: Funktionen Iteration/Rekursion Dokumentation Ivo Senner (THM) Brückenkurs Programmieren 30. September / 41

15 Dieser Kurs Ablauf Mittwoch: Funktionen Iteration/Rekursion Dokumentation Freitag: Gelerntes durch Übung verfestigen Spiel & Spass mit FabricJS Eigene Ideen... Ivo Senner (THM) Brückenkurs Programmieren 30. September / 41

16 Einführung Hard- und Software Warum ist die Programmierung so wichtig? Ivo Senner (THM) Brückenkurs Programmieren 30. September / 41

17 Einführung Hard- und Software Warum ist die Programmierung so wichtig? Der allgegenwärtige Computer Computer, Laptop, Drucker,... Kraftfahrzeuge Mobile Geräte (Handys/Smartphones, Tablets,...) Wearable Computing Internet of Things Ivo Senner (THM) Brückenkurs Programmieren 30. September / 41

18 Einführung Hard- und Software Warum ist die Programmierung so wichtig? Der allgegenwärtige Computer Computer, Laptop, Drucker,... Kraftfahrzeuge Mobile Geräte (Handys/Smartphones, Tablets,...) Wearable Computing Internet of Things All diese Geräte agieren durch genau definierte Programme! Ivo Senner (THM) Brückenkurs Programmieren 30. September / 41

19 Einführung Hardware Von Neumann Architektur Ivo Senner (THM) Brückenkurs Programmieren 30. September / 41

20 Einführung Hardware Von Neumann Architektur Komponenten Prozessor Arbeitsspeicher Ein- und Ausgabe Ivo Senner (THM) Brückenkurs Programmieren 30. September / 41

21 Einführung Hardware Von Neumann Architektur Komponenten Prozessor Arbeitsspeicher Ein- und Ausgabe Speicher CPU-Register (< 1 ns) CPU-Cache (< 10 ns) Arbeitsspeicher (60-70 ns) Festplatte etc. (> 1ms) Ivo Senner (THM) Brückenkurs Programmieren 30. September / 41

22 Einführung Software Eine Software ist die Kombination aus Instruktionen und Daten zur Steuerung von programmierbaren Maschinen. Ivo Senner (THM) Brückenkurs Programmieren 30. September / 41

23 Einführung Software Eine Software ist die Kombination aus Instruktionen und Daten zur Steuerung von programmierbaren Maschinen. Daten Bilder Texte Zahlen... Ivo Senner (THM) Brückenkurs Programmieren 30. September / 41

24 Einführung Software Eine Software ist die Kombination aus Instruktionen und Daten zur Steuerung von programmierbaren Maschinen. Daten Bilder Texte Zahlen... Programmiersprachen Abhängig von Problemstellung/Gerät Hardwarenah / Mikrocontroller Anwendungsentwicklung Mobile Geräte Webseiten/-dienste Scripts Ivo Senner (THM) Brückenkurs Programmieren 30. September / 41

25 Einführung Programmiersprachen Eine kleine Übersicht über geläufige Programmiersprachen Hardwarenah / Mikrocontroller Paradigma: Prozedural C Assembler Anwendungsentwicklung Paradigma: Objektorientiert C++ C# Java Mobile Geräte Paradigma: Objektorientiert Android: Java IPhone: Objective C Webseiten/-dienste Paradigma: Verschiedene Markup-Sprachen HTML, XML Programmiersprachen JavaScript, Java, C#, PHP, Python Ruby (on Rails), uvm. Ivo Senner (THM) Brückenkurs Programmieren 30. September / 41

26 Einführung Programmiersprachen Eine kleine Übersicht über geläufige Programmiersprachen Scripts Paradigma: Verschieden Bash/Batch Perl JavaScript PHP Ruby Python... Ivo Senner (THM) Brückenkurs Programmieren 30. September / 41

27 Werkzeuge Compiler und Interpreter Problem: Computer können nur mit 0en und 1en umgehen. D.h. Instruktionen werden durch genau definiert Folge von 0en und 1en dargestellt. Frage: Wie können wir nun ein Programm schreiben, welches wir und der Computer verstehen. Ivo Senner (THM) Brückenkurs Programmieren 30. September / 41

28 Werkzeuge Compiler und Interpreter Problem: Computer können nur mit 0en und 1en umgehen. D.h. Instruktionen werden durch genau definiert Folge von 0en und 1en dargestellt. Frage: Wie können wir nun ein Programm schreiben, welches wir und der Computer verstehen. Wir brauchen einen Übersetzer! Ivo Senner (THM) Brückenkurs Programmieren 30. September / 41

29 Werkzeuge Compiler und Interpreter Werkzeuge zum Übersetzen von Lesbaren - in Maschinencode Compiler Compiler sind spezielle Übersetzer, die Programmcode aus problemorientierten Programmiersprachen, sogenannten Hochsprachen, in eine Assemblersprache, maschinell ausführbare Maschinensprache oder Bytecode überführen. Ivo Senner (THM) Brückenkurs Programmieren 30. September / 41

30 Werkzeuge Compiler und Interpreter Werkzeuge zum Übersetzen von Lesbaren - in Maschinencode Compiler Compiler sind spezielle Übersetzer, die Programmcode aus problemorientierten Programmiersprachen, sogenannten Hochsprachen, in eine Assemblersprache, maschinell ausführbare Maschinensprache oder Bytecode überführen. Interpreter Ein Interpreter [...] ist ein Computerprogramm, das einen Programm-Quellcode im Gegensatz zu Assemblern oder Compilern nicht in eine auf dem System direkt ausführbare Datei übersetzt, sondern den Quellcode einliest, analysiert und ausführt. Quelle: Wikipedia Ivo Senner (THM) Brückenkurs Programmieren 30. September / 41

31 Werkzeuge Weitere notwendige Werkzeuge Frage: Was braucht man für die Programmierung sonst noch? Ivo Senner (THM) Brückenkurs Programmieren 30. September / 41

32 Werkzeuge Weitere notwendige Werkzeuge Frage: Was braucht man für die Programmierung sonst noch? Einen Texteditor! Ivo Senner (THM) Brückenkurs Programmieren 30. September / 41

33 Werkzeuge Weitere Werkzeuge und Hilfsmittel Es gibt allerdings viele Dinge, die bei der Programmierung hilfreich sein können Ivo Senner (THM) Brückenkurs Programmieren 30. September / 41

34 Werkzeuge Weitere Werkzeuge und Hilfsmittel Es gibt allerdings viele Dinge, die bei der Programmierung hilfreich sein können Befehlsreferenzen Syntaxhighlighting Codevervollständigung Informationen über Fehler... Ivo Senner (THM) Brückenkurs Programmieren 30. September / 41

35 Werkzeuge Weitere Werkzeuge und Hilfsmittel Es gibt allerdings viele Dinge, die bei der Programmierung hilfreich sein können Befehlsreferenzen Syntaxhighlighting Codevervollständigung Informationen über Fehler... Programme, die solche Mittel zur Verfügung stellen, nennt man Integrated Development Envionment (kurz: IDE) Ivo Senner (THM) Brückenkurs Programmieren 30. September / 41

36 Werkzeuge Beispiele für gängige IDE s Visual Studio Express Netbeans Eclipse Ivo Senner (THM) Brückenkurs Programmieren 30. September / 41

37 Werkzeuge Unsere IDE JSFabric Ivo Senner (THM) Brückenkurs Programmieren 30. September / 41

38 Werkzeuge Unsere IDE JSFabric Ivo Senner (THM) Brückenkurs Programmieren 30. September / 41

39 Programmieren Das erste Programm erblickt das Licht der Welt Hallo Welt 1 p r i n t l n ( " Hello World!" ) ; Was passiert wenn dieses Programm mithilfe von JSFabric ausgeführt wird? Ivo Senner (THM) Brückenkurs Programmieren 30. September / 41

40 Programmieren Das erste Programm erblickt das Licht der Welt Hallo Welt 1 p r i n t l n ( " Hello World!" ) ; Was passiert wenn dieses Programm mithilfe von JSFabric ausgeführt wird? Ivo Senner (THM) Brückenkurs Programmieren 30. September / 41

41 Programmieren Das erste Programm erblickt das Licht der Welt Hallo Welt 1 p r i n t l n ( " Hello World!" ) ; Bereits anhand dieses kleinen Programms kann man viele Dinge einer Sprache erkennen. println dient offensichtlich zur Ausgabe definiert einen Text Befehl erwarten zusätzliche Informationen in den Klammern dahinter Eine Zeile wird durch ein Semikolon beendet Ivo Senner (THM) Brückenkurs Programmieren 30. September / 41

42 Programmieren Variablen Variablen Wie bereits erwähnt besteht ein Programm nicht nur aus Befehlen. Aber wohin mit den Daten? Ivo Senner (THM) Brückenkurs Programmieren 30. September / 41

43 Programmieren Variablen Variablen Wie bereits erwähnt besteht ein Programm nicht nur aus Befehlen. Aber wohin mit den Daten? Variablen Variablen ermöglichen den Zugriff auf beliebige Stellen im Speicher. An diesen Stellen können die benötigten Daten abgelegt werden. In vielen Programmiersprachen definieren Variablen nicht nur ein Wort, mit dem auf den Speicher zugegriffen werden kann, sondern auch die Art der Daten. Ivo Senner (THM) Brückenkurs Programmieren 30. September / 41

44 Programmieren Variablen Variablen In JavaScript ist es nicht notwendig die Art der Daten anzugeben. Dies nennt man auch dynamische Typisierung. Variablen in Javascript 1 var z a h l = 5 ; 2 var p i = ; 3 var t e x t = " Hello World!" ; 4 d e f b u c h s t a b e = a Ivo Senner (THM) Brückenkurs Programmieren 30. September / 41

45 Programmieren Variablen Verwendung von Variablen JavaScript 1 var name = " Max Mustermann " ; 2 var a l t e r = 2 3 ; 3 4 p r i n t l n ( " Ich heisse " + name + "." ) ; 5 p r i n t l n ( " Ich bin " + a l t e r + " Jahre alt." ) ; Ivo Senner (THM) Brückenkurs Programmieren 30. September / 41

46 Programmieren Variablen Verwendung von Variablen JavaScript 1 var name = " Max Mustermann " ; 2 var a l t e r = 2 3 ; 3 4 p r i n t l n ( " Ich heisse " + name + "." ) ; 5 p r i n t l n ( " Ich bin " + a l t e r + " Jahre alt." ) ; Ausgabe Ich heisse Max Mustermann. Ich bin 23 Jahre alt. Ivo Senner (THM) Brückenkurs Programmieren 30. September / 41

47 Programmieren Variablen Verkettung von Argumenten JavaScript 1 var name = " Max Mustermann " ; 2 var a l t e r = 2 3 ; 3 4 p r i n t l n ( " Ich heisse " + name + "." ) ; 5 p r i n t l n ( " Ich bin bald " + a l t e r " Jahre alt." ) ; Ivo Senner (THM) Brückenkurs Programmieren 30. September / 41

48 Programmieren Variablen Verkettung von Argumenten JavaScript 1 var name = " Max Mustermann " ; 2 var a l t e r = 2 3 ; 3 4 p r i n t l n ( " Ich heisse " + name + "." ) ; 5 p r i n t l n ( " Ich bin bald " + a l t e r " Jahre alt." ) ; Ausgabe Ich heisse Max Mustermann. Ich bin 231 Jahre alt. Ivo Senner (THM) Brückenkurs Programmieren 30. September / 41

49 Programmieren Variablen Was macht das folgende Programm? JavaScript 1 var a = 1 5 ; 2 var b = a ; 3 var c = 2 3 ; 4 b = b + 2 ; 5 a = a + " + " + c ; 6 b = " Das Ergebnis ist : " ; 7 8 p r i n t l n ( b + a + c ) ; Ivo Senner (THM) Brückenkurs Programmieren 30. September / 41

50 Programmieren Variablen Was macht das folgende Programm? JavaScript 1 var a = 1 5 ; 2 var b = a ; 3 var c = 2 3 ; 4 b = b + 2 ; 5 a = a + " + " + c ; 6 b = " Das Ergebnis ist : " ; 7 8 p r i n t l n ( b + a + c ) ; Schreibtischtest! Ivo Senner (THM) Brückenkurs Programmieren 30. September / 41

51 Programmieren Variablen Schreibtischtest Zeile für Zeile nachvollziehen Zeile a b c Ausgabe 1 15 undefined undefined undefined " " " " "Das Ergebnis ist: " 23 6 " " "Das Ergebnis ist: " 23 "Das Ergebnis ist: " Ivo Senner (THM) Brückenkurs Programmieren 30. September / 41

52 Programmieren Algorithmen Algorithmen Ein Algorithmus beschreibt komplexe Aufgabe.... definiert Abfolge von einfachen Aktionen/Anweisungen.... wird verständlich und sinnvoll formuliert.... kann in unterschiedlichen Sprachen geschrieben werden.... ist wie ein Kochrezept. Ivo Senner (THM) Brückenkurs Programmieren 30. September / 41

53 Programmieren Algorithmen Algorithmen Beispiele für Algorithmen Arithmetisches Mittel x = i=1 x i Ivo Senner (THM) Brückenkurs Programmieren 30. September / 41

54 Programmieren Algorithmen Algorithmen Beispiele für Algorithmen Arithmetisches Mittel x = i=1 x i PQ-Formel x 1,2 = p 2 ± ( p 2 )2 q Ivo Senner (THM) Brückenkurs Programmieren 30. September / 41

55 Programmieren Programmierung von Algorithmen Programmierung von Algorithmen Das arithmetische Mittel dreier Zahlen x = i=1 x i Ivo Senner (THM) Brückenkurs Programmieren 30. September / 41

56 Programmieren Programmierung von Algorithmen Das arithmetische Mittel dreier Zahlen Algorithmus x = i=1 x i Pseudocode 1 Lese alle Zahlen ein 2 Summiere alle Zahlen 3 Teile die Summe durch die Anzahl der Zahlen 4 Gebe den erhaltenen Mittelwert aus Ivo Senner (THM) Brückenkurs Programmieren 30. September / 41

57 Programmieren Programmierung von Algorithmen Das arithmetische Mittel dreier Zahlenn Pseudocode 1 Lese alle Zahlen ein 2 Summiere alle Zahlen 3 Teile die Summe durch die Anzahl der Zahlen 4 Gebe den erhaltenen Mittelwert aus JavaScript-Code 1 var note1 = 9 0 ; 2 var note2 = 5 2 ; 3 var note3 = 8 6 ; 4 var summe = note1 + note2 + note3 ; 5 var m i t t e l w e r t = summe / 3 ; 6 p r i n t l n ( m i t t e l w e r t ) ; Ivo Senner (THM) Brückenkurs Programmieren 30. September / 41

58 Programmieren Programmierung von Algorithmen Die PQ-Formel Eine quadratische Gleichung Beispiel in der Normalform: f (x) = x 2 + 2x + 1 Nullstellen finden: x 2 + px + q = 0 Ivo Senner (THM) Brückenkurs Programmieren 30. September / 41

59 Programmieren Programmierung von Algorithmen Die PQ-Formel Eine quadratische Gleichung Beispiel in der Normalform: f (x) = x 2 + 2x + 1 Nullstellen finden: x 2 + px + q = 0 Die PQ-Formel x 1,2 = p 2 ± ( p 2 )2 q Ivo Senner (THM) Brückenkurs Programmieren 30. September / 41

60 Programmieren Programmierung von Algorithmen Die PQ-Formel Algorithmus x 1,2 = p 2 ± ( p 2 )2 q Ein erster Versuch 1 var p = 2 ; 2 var q = 1 ; 3 var x1 = p/2 + Math. s q r t ( Math. pow ( p /2, 2) q ) ; 4 var x2 = p/2 Math. s q r t ( Math. pow ( p /2, 2) q ) ; 5 p r i n t l n ( "x1 = " + x1 ) ; 6 p r i n t l n ( "x2 = " + x2 ) ; Ivo Senner (THM) Brückenkurs Programmieren 30. September / 41

61 Programmieren Programmierung von Algorithmen Die PQ-Formel Algorithmus x 1,2 = p 2 ± ( p 2 )2 q Das geht noch besser 1 var p = 2. 0 ; 2 var q = 1. 0 ; 3 var d i s k r i m i n a n t e = Math. pow ( p / 2. 0, 2) q ; 4 i f ( d i s k r i m i n a n t e == 0) { 5 var x1 = p / Math. s q r t ( d i s k r i m i n a n t e ) ; 6 p r i n t l n ( "x1 = " + x1 ) ; 7 } e l s e { 8 var x1 = p / Math. s q r t ( d i s k r i m i n a n t e ) ; 9 var x2 = p / 2. 0 Math. s q r t ( d i s k r i m i n a n t e ) ; 10 p r i n t l n ( "x1 = " + x1 ) ; 11 p r i n t l n ( "x2 = " + x2 ) ; 12 } Ivo Senner (THM) Brückenkurs Programmieren 30. September / 41

62 Programmieren Programmierung von Algorithmen Die PQ-Formel Die finale Lösung 1 var p = 2. 0 ; 2 var q = 1. 0 ; 3 var d i s k r i m i n a n t e = Math. pow ( p / 2. 0, 2) q ; 4 i f ( d i s k r i m i n a n t e < 0) { 5 p r i n t l n ( "Es gibt keine reele Loesung " ) ; 6 } e l s e i f ( d i s k r i m i n a n t e == 0) { 7 var x1 = p / Math. s q r t ( d i s k r i m i n a n t e ) ; 8 p r i n t l n ( "x1 = " + x1 ) ; 9 } e l s e { 10 var x1 = p / Math. s q r t ( d i s k r i m i n a n t e ) ; 11 var x2 = p / 2. 0 Math. s q r t ( d i s k r i m i n a n t e ) ; 12 p r i n t l n ( "x1 = " + x1 ) ; 13 p r i n t l n ( "x2 = " + x2 ) ; 14 } Ivo Senner (THM) Brückenkurs Programmieren 30. September / 41

63 Zusammenfassung Zusammenfassung Verarbeitung von Anweisungen durch Prozessor Variablen Schreibtischtest Pseudocode Algorithmen Erste Einführung in Verzweigungen (PQ-Formel) Ivo Senner (THM) Brückenkurs Programmieren 30. September / 41

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