Greenfoot: Variablen Nicolas Ruh und Dieter Koch

Transkript

1 Greenfoot: Variablen Nicolas Ruh und Dieter Koch Sicher haben Sie schon mal ein Computerspiel gespielt. Bei den meisten Spielen wird irgendwo der Spielstand angezeigt, z.b. in Form von Punkten oder von erarbeitetem Geld. Dieser Wert ist ja sicher nicht immer der gleiche. Er muss also abgespeichert und verändert werden können. Ebenfalls muss man wieder z.b. für die Ausgabe am Bildschirm darauf zugreifen können. Was tun Sie zu Hause, wenn Sie von Ihrem Götti etwas kriegen, das Sie behalten und später wieder einmal vorzeigen und ev. sogar abändern möchten (oder müssen)? Sie schmeissen es in eine Kiste oder Schachtel, die Sie anschreiben, um den Gegenstand später wieder zu finden. Variablen in einem Computerprogramm kann man sich ebenfalls als solche Kisten vorstellen, wobei jede Kiste die drei folgenden Eigenschaften besitzt: Typ = Form und Grösse der Kiste Name = Aufschrift der Kiste Wert = Inhalt der Kiste Zum Typ: Ein einzelner Buchstabe braucht natürlich viel weniger Speicherplatz als ein ganzer Text, eine kleine Ganzzahl weniger als eine Dezimalzahl mit 12 Nachkommastellen. Deshalb reserviert man nicht für jeden Wert, den man abspeichern möchte, gleich viel Speicher. Stellen Sie sich ein grosses Containerschiff vor. Es gibt darauf eine grosse Menge von Kisten, alle haben die gleiche Grösse. Darf in jeder Kiste nur höchstens ein Gegenstand sein (also z.b. ein Auto oder eine Banane), so würde ziemlich viel Platz auf dem Schiff verschwendet. Auch im Computer beinhaltet jede Variable nur einen Wert. Um Speicherplatz effizient zu nutzen, werden also verschieden grosse Kisten benötigt. Die zweite Funktion des Variablentyps ist diejenige, bei der Interpretation des Kistenwertes zu helfen. Beispielsweise ist unter der Variable mit dem Namen vornameninitial der Wert 68 zu finden. Falls es sich dabei um eine Variable vom Typ char (Zeichen) handelt, weiss der Computer sofort, dass er bei einem Aufruf nicht die Zahl 68 sondern den Buchstaben D ausgeben soll. Rechts eine kleine Übersicht zu einfachen Datentypen, später mehr dazu. Zum Namen: Grundsätzlich kann man Variablennamen ziemlich frei aus Buchstaben und Zahlen zusammensetzen. Verboten ist dabei aber der Gebrauch von Spezialzeichen wie Leerzeichen, Umlauten, Akzenten und Satzzeichen. Damit wir den eigenen (und fremden) Quellcode besser lesen können, halten wir uns zudem an folgende Regeln (= Konventionen): Wir schreiben Variablen klein; z.b. vorname statt Vorname. Besteht eine Variable aus mehreren Teilwörtern, so schreiben wir bei jedem folgenden Teilwort den ersten Buchstaben gross (= camelcase); z.b. geburtsort statt geburtsort oder geburts_ort. Wir verwenden selbsterklärende Variablennamen, also z.b. alterinjahren statt x. Zum Wert: Vereinfacht gesagt: Der zu speichernde Wert muss dem Variablentyp entsprechen. Ist dies nicht der Fall, so gibt der Compiler eine Fehlermeldung aus. Das macht auch Sinn, denn wir haben ja sozusagen versucht, einen Tennisball in eine Pralinenschachtel zu stecken.

2 1. Variablen deklarieren und Werte zuweisen Um eine Variable benutzen zu können, müssen wir sie zunächst deklarieren. Bildlich gesprochen heisst dies, dass wir die Kiste bauen (resp. einen Platz im Gestell reservieren) und anschreiben. Die Befehlszeile int meinezahl; erstellt nun also eine Variable des Typs int (für integer, Ganzzahl) und gibt ihr den Namen meinezahl. Dabei steht der Typ immer vor dem Namen und das Ganze wird mit einem Semikolon (Strichpunkt) abgeschlossen. Weil ein Typ angegeben wird, wird hier eine neue Variable erstellt. Der Editor kennt das Schlüsselwort int und stellt es mit roter Farbe dar. Nun kann man dieser Variablen beliebig oft Werte zuweisen, also Dinge in die Kiste tun. Z.B. mit meinezahl = 2; Dabei gilt: Was rechts des Gleichheitszeichens steht wird genommen (ev. zuerst berechnet) und als Wert in die Variable links des Gleichheitszeichens geschrieben. Man kann sich daher ein einzelnes Gleichheitszeichen im Programmcode immer auch als nach links gerichteten Pfeil vorstellen: meinezahl 2. Selbstverständlich kann man rechts des Gleichheitszeichens auch die Namen bereits existierender Variablen verwenden. Falls ich also auf der Strasse eine Hunderternote finde, so kann ich den Effekt mit folgender Zuweisung ausdrücken: meinvermoegen = meinvermoegen + 100; Falls ich Röbi überfalle und mir all sein Geld aneigne dann mit: meinvermoegen = meinvermoegen + roebisvermoegen; roebisvermoegen = 0; Und wenn ich dann aus Reue die Hälfte meines Geldes der Kirche spende, so wirkt sich auch dies aus: meinvermoegen = 0.5*meinVermoegen; Wenn es sich anbietet, kann man die Deklaration und Zuweisung einer Variable übrigens auch in einer einzigen Zeile erledigen: int meinezahl = 7; 2. Variablen-Werte ausgeben Die Ausgabe kann auf ganz vielfältige Weise geschehen. Wir wollen uns im Moment darauf beschränken, unsere Resultate in ein Text-Fenster (eine sogenannte Konsole) zu schreiben. Dafür stellen wir Ihnen ein fast leeres Szenario zur Verfügung, es heisst ausgabe_in_konsole. Speichern Sie es in Ihrem persönlichen Ordner, entpacken Sie es gegebenenfalls (wenn die Dateiendung.zip ist) und öffnen Sie es in Greenfoot. Das Szenario besteht aus einer fast leeren Welt, einzig bestückt mit einer Instanz der Klasse Beispiel (zu erkennen am grünen Symbol links oben).

3 Öffnen Sie die Klasse Beispiel im Editor. Sie sehen, dass die act()-methode im Moment noch leer ist. Wir ergänzen diese nun folgendermassen: public void act() { int meinezahl=2; // Variable deklarieren und Wert zuweisen System.out.println(meineZahl); // Wert in Konsolenfenster ausgeben } Vgl. auch nachfolgende Abbildung: Kompilieren Sie das Ganze und klicken Sie auf die > Act -Schaltfläche. Die act()-methode wird nun aufgerufen und unser Code ausgeführt. Dabei wird ein Fenster geöffnet und die Zahl ausgegeben. Sehr spannend ist das Programm bis jetzt noch nicht, verändern wir daher die Variable vor der Ausgabe noch. Fügen Sie die zusätzliche Zeile ein: public void act() { int meinezahl=2; // Variable deklarieren und Wert zuweisen meinezahl = meinezahl + 1; // Wert verändern System.out.println(meineZahl); // Wert in Konsolenfenster ausgeben } Kompilieren und testen Sie. Jedesmal, wenn wir auf die > Act -Schaltfläche klicken, wird die gleiche Zahl ausgegeben. Dies liegt daran, dass die Variable meinezahl am Anfang der act()-methode also bei jedem Klick neu erstellt und mit einer 2 gefüllt wird. 3. Instanzvariablen verwenden Damit sich die Ausgabe verändert, müssen wir die wiederholte Neuerschaffung der Variable verhindern. Wir deklarieren und initialisieren (die allererste Zuweisung nennt man Initialisierung) daher die Variable als sogenannte Instanzvariable direkt in der Beispiel-Klasse also innerhalb des grün hinterlegten Klassen-

4 Blocks, aber nicht in einem der gelb hinterlegten Methoden-Blöcke. Dazu verschieben wir die entsprechende Zeile nach oben (in der Abbildung grün umrahmt). Die Variable wird jetzt ausserhalb der act()-methode deklariert und initialisiert, also nur ein Mal, ganz zu Beginn, noch bevor irgend etwas anderes passieren konnte. Der Code innerhalb der act()-methode arbeitet jetzt mit der bereits existierenden Variablen meinezahl (kein Typ angegeben, also keine neue Variable) und zwar, indem er zum aktuellen Wert Eins dazu zählt und das Ergebnis unter demselben Namen abspeichert. Bei jedem Aufruf der act()-methode wird also der Wert von meinezahl vergrössert und dann ausgegeben. Wie Sie sehen, kann es einen Unterschied machen, wo im Code eine Variable deklariert, also erschaffen wird. Eine Variable, die innerhalb einer Methode (im Editor erkennbar an der Gelben Schattierung) deklariert wird, lebt nur innerhalb dieser Methode. Das bedeutet zum Einen, dass sie neu erschaffen wird, wenn diese Methode aufgerufen wird. Zum Anderen heisst es auch, dass ich diese Variable nicht von ausserhalb dieser Methode (bspw. in einer anderen Methode) benutzen kann. Instanzvariablen dagegen erlauben genau das: jede Methode innerhalb einer Klasse (also einem Editorfenster, genauer: dem grün hinterlegten Bereich) kann auf diese Variable zugreifen und ihren momentanen Wert benutzen, oder auch verändern (mit einer Zuweisung). Eine Variable ist genau dann eine Instanzvariable, wenn sie zwar innerhalb der grünen Bereichs (der Klasse), aber nicht innerhalb eines gelben Bereichs (den Methoden) deklariert wird. Üblicherweise macht man das gleich ganz oben (s. Abbildung). Code, der an dieser Stelle steht, wird nur ein einziges Mal ausgeführt, nämlich ganz am Anfang (meist mit der Erschaffung der Welt; genauer: wenn eine Instanz der entsprechenden Klasse hier Beispiel erschaffen wird). Falls, wie oben, die Instanzvariable hier auch gleich initialisiert wird, dann gilt dieser Wert zu Beginn - aber nur solange der Wert dieser Variablen nicht vom Code in einer Methode verändert wird (s. oben, beim Aufruf von act() wird der Wert in der Kiste um 1 erhöht, und das bleibt dann so, bis er sich vielleicht erneut ändert).

5 4. Aufgaben zu int-variablen 1) Ändern Sie den Code so ab, dass a) nur gerade Zahlen ausgegeben werden: 2, 4, 6, b) die Zahl immer verdoppelt wird: 2, 4, 8, 16 c) die Siebenerreihe ausgegeben wird 2) Was wird ausgegeben, wenn die Veränderung an der Variablen mit meinezahl = -meinezahl; vorgenommen wird? (Zuerst überlegen, dann ausprobieren.) 3) Wir sehen unten links die Zeilen 9 bis 20 eines Beispielcodes. Welche Ausgabe liefert 3 Mal Act? Schreiben Sie die rechts stehende Tabelle ab und schreiben Sie in jeder Zeile den allfälligen neuen Wert einer Variablen hin (die erste Zeile ist schon ausgefüllt): Code-Zeile meinezahl summand Ausgabe Act 1. Mal Act 2. Mal Überprüfen Sie Ihre Antwort, indem Sie den Code 18 abschreiben und mehrmals auf > Act klicken. 4) Wie könnte man dann folgende Ausgaben erreichen? (Erstellen Sie ev. zunächst eine Variablen-Tabelle.) a) 2, -4, 6, -8, 10, -12, b) 2, 4, 7, 11, 16, 22, 29, 5) Man kann auch Resultate im Ausgabebefehl direkt berechnen lassen. Testen Sie dies mit meinezahl = meinezahl +1; System.out.println(meineZahl*6); Wie erreicht man dann die Ausgaben 9, 18, 27, 36, resp. 1, 4, 9, 16, 25,? 5. Weitere Variablentypen Nebst den Ganzzahlen sind für uns zunächst vor allem Zeichen und Zeichenketten sowie Fliesskommazahlen wichtig. Ein einzelnes Zeichen wird als char gespeichert. Eine Zeichenkette als String (es kann allerdings sein, dass eine Zeichenkette manchmal auch nur aus einem Zeichen besteht, oder sogar aus gar keinem). Für Fliesskommazahlen stehen die Datentypen float und double zur Verfügung. Double kann mehr Nachkommastellen speichern, braucht aber doppelt so viel Platz. char meinvornameninitial = 'D'; // Zeichen: einfache Anführungszeichen String meinvorname = "Dieter"; // Zeichenkette: doppelte Anführungszeichen double meineschuhgroesse = 43.5; // Fliesskommazahl doppelter Genauigkeit Achtung: Der Typbezeichner String wird gross geschrieben! Auch wird er - im Gegensatz zu den anderen Typen - vom Editor nicht rot dargestellt. Nun kann man Textteile verknüpfen und ausgeben lassen. System.out.println("Mein Vorname lautet " + meinvorname + "."); Der Operator + steht hier nicht für die Addition, sondern für die Verknüpfung zweier Zeichenketten, der sogenannten Konkatenation. Verknüpft man eine Zeichenkette mit einer Zahl, so wird die Zahl vor dem Verketten automatisch in eine Zeichenkette umgewandelt: System.out.println("Meine Schuhgroesse ist " + meineschuhgroesse + "."); Act 3. Mal 16 17

6 6. Aufgaben zu verschiedenen Variablentypen 6) Ändern Sie das Beispiel so ab, dass der folgende Text ausgegeben wird (Bsp. für meine Angaben): Mein Vorname beginnt mit einem D, er lautet naemlich Dieter. 7) Definieren Sie zwei Variablen: String meinvorname = "James"; String meinnachname = "Bond"; Verketten Sie geeignet, so dass für diese Wahl der Namen folgender Text ausgegeben wird: Mein Name ist Bond, James Bond. (Setzen Sie danach ihren eigenen Vornamen resp. Nachnamen ein.) 8) Definieren Sie drei Variablen: String person = "Trudi"; String menge = "viel"; String was = "Programme"; Verketten Sie geeignet, so dass für diese Wahl der Namen folgender Text ausgegeben wird: Trudi macht es viel Spass, Progamme zu schreiben. (Setzen Sie danach andere Werte für die Variablen ein.) 9) Es soll im Textfenster ausgegeben werden, wie oft schon auf die > Act -Schaltfläche geklickt wurde. 10) Schreiben Sie ein Programm, so dass man zu Beginn zwei Zahlenwerte in Variablen festlegen kann, deren Summe und Produkt dann berechnet und ausgegeben werden. Die Ausgabe für die Werte 3 und 5 würde lauten: Die Summe von 3 und 5 beträgt 8, das Produkt ) Probieren Sie den nachfolgenden Code aus. Was fällt auf? Können Sie sich die Unterschiede in der Ausgabe erklären? System.out.println("3+4="+3+4); System.out.println("3+4="+(3+4)); System.out.println(3+4+"=3+4"); System.out.println("3*4="+3*4); 12) Probieren Sie den nachfolgenden Code aus. Was fällt auf? Können Sie sich die Unterschiede in der Ausgabe erklären?. double meinebruchzahl = 7; System.out.println(meineBruchzahl / 2); int meineganzzahl = 7; System.out.println(meineGanzzahl / 2); 13) Welche Ausgaben erhält man, wenn man beide Variablen auf 8 initialisiert? 14) Probieren Sie den nachfolgenden Code aus. Was fällt auf? (Vergleichen Sie mit der ähnlichen Aufgabe weiter oben.) double meinebruchzahl = 7; System.out.println(0.5*meineBruchzahl); int meineganzzahl = 7; System.out.println(0.5*meineGanzzahl); System.out.println((int)0.5*meineGanzzahl); //nennt sich casting, hier zu int System.out.println((int)(0.5*meineGanzzahl)); //was genau wird gecastet? 15) Nutzen Sie ihre Erkenntnisse aus obigen zwei Aufgaben, um mit mehrmaligem Klicken auf die > Act - Schaltfläche folgende Zahlenreihen zu erhalten: a) 1, 1, 2, 2, 3, 3, 4, 4, b) 1, 1, 1, 2, 2, 2, 3, 3, 3, 4, c) 2, 4, 5, 7, 8, 10, 11, 13, (schwierig!)