Einführung in die Programmierung I. 2.3 Schleifen (Loops) Thomas R. Gross. Department Informatik ETH Zürich

Transkript

1 Einführung in die Programmierung I 2.3 Schleifen (Loops) Thomas R. Gross Department Informatik ETH Zürich

2 Uebersicht 2.2 Typen und Variable Deklaration von Variablen 2.3 Schleifen 2

3 Variable

4 Beispiel Lohnabrechnung Was ist an diesem Programm schlecht? public class Lohn{ public static void main(string[] args) { // Calculate net wages based on weekly hours worked // deduct AHV 4.2%, IV 0.7%, ALV 1.0%, 30 CHF/Stunde System.out.println("Hours worked:"); System.out.println( ); System.out.println("AHV:"); System.out.println(30*( ) *.042); System.out.println("IV:"); System.out.println(30*( ) *.007);...

5 Beispiel Lohnabrechnung... System.out.println("ALV:"); System.out.println(30*( ) *.01); System.out.println("Lohn:"); System.out.println(30*( ) ((30*( ) * *( ) * *( ) *.01) ); } //main } // Lohn

6 public class Lohn{ public static void main(string[] args) { // Calculate net wages based on weekly hours worke; deduct AHV 4.2%, IV 0.7%, ALV 1.0% System.out.println("Hours worked:"); System.out.println( ); System.out.println("AHV:"); System.out.println(30*( ) *.042); System.out.println("IV:"); System.out.println(30*( ) *.007); System.out.println("ALV:"); System.out.println(30*( ) *.01); } } System.out.println("Lohn:"); System.out.println(30*( ) ((30*( ) * (30*( ) * (30*( ) *.01) );

7 Der Ausdruck (Anzahl Stunden) ( ) wird wiederholt Abzüge werden mehrfach berechnet So viele println Anweisungen 7

8 Variable Variable ( variable ): Name der es erlaubt, auf einen gespeicherten Wert zuzugreifen Wert muss (irgendwo) vom Programm gespeichert werden In Speicherzelle(n) im Computer Aehnlich Schnellwahl (Telefon)

9 Variable Variable ( variable ): Name der es erlaubt, auf einen gespeicherten Wert zuzugreifen Wert muss (irgendwo) vom Programm gespeichert werden In Speicherzelle(n) im Computer Aehnlich Schnellwahl (Telefon)

10 Variable Wie man diese Wahlknöpfe benutzt: Konfiguration Einsatz Aehnlicher Ablauf für Variablen in einem Programm Deklaration - gibt Namen und Typ an Initialisierung - speichert einen Wert in der Variablen Gebrauch - in einem Ausdruck oder println Anweisung

11 Deklaration Deklaration einer Variablen: Reserviert Speicher für Werte Variable müssen deklariert sein bevor sie verwendet werden können. Syntax: type name; name ist ein Bezeichner ( identifier ) type ist der Typ int x; x double mygpa; mygpa

12 Zuweigungen ( Assignment ) Zuweisung: Eine Anweisung die einen Wert in einer Variable speichert. Der Wert kann ein Ausdruck sein, die Zuweisung speichert das Ergebnis Syntax: name = expression; int x; x = 3; double mygpa; mygpa = ; x 3 mygpa 3.25

13 Gebrauch von Variablen Nachdem eine Variable einen Wert erhalten hat, kann die Variable in Ausdrücken verwendet werden: int x; x = 3; System.out.println("x is " + x); // x is 3 System.out.println(5 * x - 1); // 5 * 3-1 Wiederholte Zuweisungen sind erlaubt: int x; x = 3; System.out.println(x + " here"); // 3 here x = 4 + 7; System.out.println("now x is " + x); // now x is 11 x 11 3

14 Deklaration/Initialisierung Deklaration und Initialisierung können in einer Anweisung gemacht werden. Syntax: type name = value; double mygpa = 3.95; mygpa 3.95 int x = (11 % 3) + 12; x 14

15 Zuweisung (Programm) und Algebra (Mathematik) Zuweisung verwendet =, aber eine Zuweisung ist keine algebraische Gleichung! = bedeutet: speichere den Wert der RHS in der Variable der LHS " Die rechte Seite des Ausdrucks wird zuerst ausgewertet, dann wird das Ergebnis in der Variable auf der linken Seite gespeichert Was passiert hier? int x = 3; x = x + 2; //??? x 35

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17 Zuweisungen und Typen Eine Variable kann nur Werte ihres eigenen Typs speichern. int x = 2.5; // ERROR: incompatible types Ein int Wert kann in einer double Variable gespeichert werden Wert in äquivalente reelle Zahl umgewandelt. double mygpa = 4; double avg = 11 / 2; Warum hat avg den Wert 5.0 und nicht 5.5? mygpa 4.0 avg 5.0

18 Compiler Fehler Meldungen Eine Variable kann erst nach einer Zuweisung verwendet werden. int x; System.out.println(x); // ERROR: x has no value Keine Doppeltdeklarationen. int x; int x; // ERROR: x already exists int x = 3; int x = 5; // ERROR: x already exists

19 Drucken des Wertes einer Variablen Operator + zum Drucken eines String und des Wertes einer Variable in einer Zeile. double punkte = ( ) / 3.0; System.out.println("Im Schnitt " + punkte + "Punkte"); int students = ; System.out.println("There are " + students + Output: Im Schnitt 83.2 Punkte There are 65 students in the course. " students in the course.");

20 Beispiel Lohnabrechnung Wir erinnern uns wie können wir dieses Programm verbessern? public class Lohn{ public static void main(string[] args) { // Calculate net wages based on weekly hours worked // deduct AHV 4.2%, IV 0.7%, ALV 1.0%, 30 CHF/Stunde System.out.println("Hours worked:"); System.out.println( ); System.out.println("AHV:"); System.out.println(30*( ) *.042); System.out.println("IV:"); System.out.println(30*( ) *.007);...

21 public class Lohn{ public static void main(string[] args) { // Calculate net wages based on weekly hours worke; deduct AHV 4.2%, IV 0.7%, ALV 1.0% System.out.println("Hours worked:"); System.out.println( ); System.out.println("AHV:"); System.out.println(30*( ) *.042); System.out.println("IV:"); System.out.println(30*( ) *.007); System.out.println("ALV:"); System.out.println(30*( ) *.01); } } System.out.println("Lohn:"); System.out.println(30*( ) ((30*( ) * (30*( ) * (30*( ) *.01) );

22 Lohnabrechnung, Version 2 public class Lohn{ public static void main(string[] args) { // Calculate net wages based on weekly hours worke; deduct AHV 4.2%, IV 0.7%, ALV 1.0% int stunden = ; int lohnbrutto = 30 * stunden; double ahvabzug = lohnbrutto *.042; double ivabzug = lohnbrutto *.007; double alvabzug = lohnbrutto *.01; double lohnnetto = lohnbrutto (ahvabzug + ivabzug +alvabzug); } } System.out.println("Lohn: " + lohnnetto);

23 Einfache Schleifen: for loop Schleifen erlauben wiederholte Ausführung einer (oder mehrerer) Anweisung(en). Schleifen ( loops ) kommen in verschiedenen Varianten Zuerst: for loop

24 for loops erlauben einfache Wiederholungen Bisherwaren Wiederholungeneigentlich redundant: System.out.println( Ich werde die Schulhausregeln beachten"); System.out.println( Ich werde die Schulhausregeln beachten"); System.out.println( Ich werde die Schulhausregeln beachten"); System.out.println( Ich werde die Schulhausregeln beachten"); System.out.println( Ich werde die Schulhausregeln beachten");

25 for loops erlauben Wiederholungen Bisherwaren Wiederholungeneigentlich redundant: System.out.println( Ich werde die Schulhausregeln beachten"); System.out.println( Ich werde die Schulhausregeln beachten"); System.out.println( Ich werde die Schulhausregeln beachten"); System.out.println( Ich werde die Schulhausregeln beachten"); System.out.println( Ich werde die Schulhausregeln beachten"); Trotzdem machen sie das Programm unübersichtlich Javas for loop Anweisung führt Anweisungen wiederholt aus. for (int i = 1; i <= 5; i++) { // repeat 5 times System.out.println( Ich werde die Schulhausregeln beachten"); }

26 for loop Syntax for (initialization; test; update) { statement; statement;... statement; } Initialisierung ("Initialization") wird einmal ausgeführt. Wiederhole diese Schritte: Prüfe ob test wahr ("true") ergibt. Wenn nicht, stop. Führe die Anweisung(en) ("statement"s) aus. Führe die Aktualisierung ("update") aus. header (Kopf) body (Rumpf)

27 Initialisierung for (int i = 1; i <= 5; i = i + 1) { System.out.println("Ich werde die Schulhausregeln beachten"); } Legt die Variable fest, die im Loop verwendet wird Wird einmal am Anfang der Schleife ausgeführt Diese Variable heisst Schleifenzähler ( loop counter ) Kann jeden Namen haben, nicht nur i Kann mit jedem Wert anfangen, nicht nur 1

28 Test for (int i = 1; i <= 5; i = i + 1) { System.out.println("Ich werde die Schulhausregeln beachten"); } Vergleicht die Zählervariable (loop counter) mit einem Grenzwert Verwendet Vergleichsoperatoren ( comparison operators ): < kleiner als ( less than ) <= kleiner als oder gleich ( less than or equal to ) > grösser als ( greater than ) >= grösser als oder gleich ( greater than or equal to )

29 Aktualisierung for (int i = 1; i <= 5; i = i + 1) { System.out.println("Ich werde die Schulhausregeln beachten"); } Die Zählervariable muss sich ändern Sonst findet die Schleife kein Ende test ergibt immer true Ein beliebiger Ausdruck zulässig Compiler prüft nicht dass die Zählervariable verwendet wird

30 Kurzformen für Zuweisungen Zuweisungen der Form j = j+1 tretten häufig auf Machen Programm unübersichtlich Früher: unnötige Extra-Arbeit für Compiler und Computer Kurzformen erlauben Inkrement (Addition von 1) und Dekrement (Subtraktion von 1) increment und decrement Veränderung immer um 1

31 Inkrement und Dekrement Kurzform Aequivalente ausführlichere Version variable++; variable = variable + 1; variable--; variable = variable - 1; Beispiele int x = 2; x++; // x = x + 1; // x now stores 3 double note = 4.5; note--; // note = note - 1; // note now stores 3.5

32 Schleife Kurzform häufig in Aktualisierungsblock einer Schleife for (int i = 1; i <= 6; i++) { } System.out.println("Ich werde die Schulhausregeln beachten"); Nachdem alle Anweisungen im Schleifenrumpf ( body ) ausgeführt wurden findet die Aktualisierung (der Zählervariable) statt

33 Wiederholungen für ein Interval [1..6] System.out.println("1 hoch 2 = " + 1 * 1); System.out.println("2 hoch 2 = " + 2 * 2); System.out.println("3 hoch 2 = " + 3 * 3); System.out.println("4 hoch 2 = " + 4 * 4); System.out.println("5 hoch 2 = " + 5 * 5); System.out.println("6 hoch 2 = " + 6 * 6);

34 Wiederholungen für ein Interval [1..6] System.out.println("1 hoch 2 = " + 1 * 1); System.out.println("2 hoch 2 = " + 2 * 2); System.out.println("3 hoch 2 = " + 3 * 3); System.out.println("4 hoch 2 = " + 4 * 4); System.out.println("5 hoch 2 = " + 5 * 5); System.out.println("6 hoch 2 = " + 6 * 6); Intuition: Ich will eine Zeile für jede Zahl von 1 bis 6 ausgeben Ein for loop erledigt genau diesen Job! for (int i = 1; i <= 6; i++) { System.out.println(i + " hoch 2 = " + (i * i)); } "Für jede ganze Zahl i von 1 bis 6, drucke..."

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36 Mehrere Anweisungen im Rumpf System.out.println("+----+"); for (int i = 1; i <= 3; i++) { System.out.println("\\ /"); System.out.println("/ \\"); } System.out.println("+----+"); Output: \ / / \ \ / / \ \ / / \

37 Schleifenkontrolle int hightemp = 5; for (int i = -3; i <= hightemp / 2; i++) { System.out.println(i + " C = " + (i * ) + " F"); } Output: -3 C = 26.6 F -2 C = 28.4 F -1 C = 30.2 F 0 C = 32.0 F 1 C = 33.8 F 2 C = 35.6 F

38 System.out.print Druckt ohne eine Reihe mit newline abzuschliessen Erlaubt es eine Zeile sukzessive auszugeben int hightemp = 5; for (int i = -3; i <= hightemp / 2; i++) { System.out.print((i * ) + " "); } Output: Verwende " " um die Zahlen zu trennen

39 Hochzählen, herunterzählen Die Aktualisierung ( update ) kann auch -- um den Schleifenzähler herunterzuzählen Aber der Vergleich in test muss dann > anstatt von < verwenden System.out.print("T-minus "); for (int i = 10; i >= 1; i--) { System.out.print(i + ", "); } System.out.println("blastoff!"); System.out.println("The end."); Output: T-minus 10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1, blastoff! The end.

40 Interaktive Programme mit Scanner

41 Input und System.in Interaktives Programm: Liest Input von der Konsolve ( console ). Während das Programm ausgeführt wird fragt das Programm den Benutzer Benutzer tippt Input in das Konsolen Fenster Der vom Benutzer eingegebene Input wird durch Anweisungen im Programm in Variablen gespeichert Später auch andere Art des Inputs (von anderen Fenstern)

42 Input und System.in Input komplizierter als Output Benutzer können sich auf unvorgesehene Weise verhalten Benutzer können Fehler machen Benutzer können unpassenden Input liefern Aber interaktive Programme sind viel interessanter.. Scanner: erlaubt es Input von unterschiedlichen Quellen zu lesen Funktioniert mit System.in (dem Gegenteil von System.out) Kann auch von Dateien, Web Seiten, Datenbanken, lesen

43 Scanner Syntax Scanner sind in der Bibliothek java.util definiert Muss erst bekannt gegeben werden import java.util.*; // so dass wir Scanner benutzen können Programm braucht ein Scanner Objekt um von der Konsole zu lesen: Dieses muss konstruiert werden Scanner name = new Scanner(System.in); Beispiel: Scanner console = new Scanner(System.in);

44 Scanner Methoden Method nextint() nextdouble() next() nextline() Description reads an int from the user and returns it reads a double from the user reads a one-word String from the user reads a one-line String from the user Jede Methode wartet bis der Benutzer die Eingabe mit der "ENTER" (oder "RETURN") Taste abschliesst. Der eingegebene Wert kann weiter verarbeitet werden. System.out.print("Wie alt sind Sie? "); // prompt int alter = console.nextint(); System.out.println("Ihre Eingabe " + alter); "prompt" (Aufforderung): Text der angibt welche Eingabe erwartet wird.

45 Scanner Beispiel import java.util.*; // so dass Scanner verwendent werden kann public class UserInputExample { public static void main(string[] args) { Scanner console = new Scanner(System.in); System.out.print("Wie alt sind Sie? "); int alter = console.nextint(); alter 29 jahre 36 } } int jahre = 65 - alter; System.out.println(jahre + " Jahre bis zur Pension!"); Console (user input underlined): 29 Wie alt sind Sie? 36 Jahre bis zur Pension!

46 Scanner Beispiel 2 import java.util.*; public class ScannerMultiply { public static void main(string[] args) { Scanner console = new Scanner(System.in); } System.out.print("Please type two numbers: "); int num1 = console.nextint(); int num2 = console.nextint(); int product = num1 * num2; System.out.println("The product is " + product); } Output (Benutzereingabe unterstrichen): Please type two numbers: 8 6 The product is 48 Der Scanner kann mehrere Zahlen in einer Zeile lesen.

47 Wo finde ich Informationen Dort finden wir mehr Informationen Z.Zt. noch nicht alle Konzepte erklärt Darum "ignorieren" wir die andere Aspekte (ausser denen, die wir für das Beispiel brauchen) 62

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49 Eingabe Elemente Der Scanner liest (für nextint()) eine Folge von Ziffern und wandelt diese in eine Zahl (int) um Braucht Beschreibung von legalen ints Z.B. EBNF Beschreibung Muss wissen wo eine int Beschreibung aufhört (anfängt) Beschreibung von Leerzeichen/Trennzeichen Auch wieder mit EBNF möglich Folge von Zeichen die der Scanner liest: Token Input Element Erwartete Zeichen hängen von Methode (z.b. nextdouble()) ab

50 Eingabe Elemente Folge von Zeichen die der Scanner liest: Token Token werden durch Leerraum ("whitespace") getrennt Leerzeichen ("space", "blank") Tabulator Zeichen ("tab"), Zeilenvorschub ("new line"). Wie viele Token sind in dieser Zeile? 23 John Smith 42.0 Token kann Kontext-abhängigsein $2.50 "hello World" 1.456E12 "45 18"

51 Eingabe Elemente Wenn das Token nicht den richtigen Typ hat gibt es (zur Laufzeit) eine Fehlermeldung. System.out.print("Was ist Ihr Alter? "); int alter = console.nextint(); Output: Was ist Ihr Alter? Timmy java.util.inputmismatchexception at java.util.scanner.next(unknown Source) at java.util.scanner.nextint(unknown Source)...

52 Noch ein Beispiel import java.util.*; // for Scanner public class IncNumber { public static void main(string[] args) { Scanner console = new Scanner(System.in); System.out.print("Type a number: "); int numberin = console.nextint(); System.out.println("Number + 1: " + (1 + numberin)); } } 71