Brückenkurs Programmieren Tag 3: For-Schleifen und Funktionen Christopher Schölzel

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Brückenkurs Programmieren

Tag 3: For-Schleifen und Funktionen

Christopher Schölzel

Technische Hochschule Mittelhessen

4. September 2019

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Inhalt

Schleifen Einleitung For

Funktionen

Nachmittag: Iterative Refinement und Zufallszahlen

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Inhalt

Schleifen Einleitung For

Funktionen

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Warum Schleifen?

Aufgabe

Gib alle Zahlen von 1 bis 100 auf der Konsole aus.

Bisher: Eine Programmzeile pro Rechenoperation.

System.out.println(1);

System.out.println(2); System.out.println(3); System.out.println(4); System.out.println(5); System.out.println(6); System.out.println(7); System.out.println(8); System.out.println(9); System.out.println(10); System.out.println(11); System.out.println(12); System.out.println(13); System.out.println(14); System.out.println(15); System.out.println(16); System.out.println(17); System.out.println(18); System.out.println(19); System.out.println(20); System.out.println(21); System.out.println(22); System.out.println(23); System.out.println(24); System.out.println(25); System.out.println(26); System.out.println(27); System.out.println(28); System.out.println(29); System.out.println(30); System.out.println(31); System.out.println(32); System.out.println(33);

System.out.println(34); System.out.println(35); System.out.println(36); System.out.println(37); System.out.println(38); System.out.println(39); System.out.println(40); System.out.println(41); System.out.println(42); System.out.println(43); System.out.println(44); System.out.println(45); System.out.println(46); System.out.println(47); System.out.println(48); System.out.println(49); System.out.println(50); System.out.println(51); System.out.println(52); System.out.println(53); System.out.println(54); System.out.println(55); System.out.println(56); System.out.println(57); System.out.println(58); System.out.println(59); System.out.println(60); System.out.println(61); System.out.println(62); System.out.println(63); System.out.println(64); System.out.println(65); System.out.println(66);

System.out.println(67); System.out.println(68); System.out.println(69); System.out.println(70); System.out.println(71); System.out.println(72); System.out.println(73); System.out.println(74); System.out.println(75); System.out.println(76); System.out.println(77); System.out.println(78); System.out.println(79); System.out.println(80); System.out.println(81); System.out.println(82); System.out.println(83); System.out.println(84); System.out.println(85); System.out.println(86); System.out.println(87); System.out.println(88); System.out.println(89); System.out.println(90); System.out.println(91); System.out.println(92); System.out.println(93); System.out.println(94); System.out.println(95); System.out.println(96); System.out.println(97); System.out.println(98); System.out.println(99);

Bilquelle:http://muppet.wikia.com/wiki/The_Count_Counts 4 / 22

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Warum Schleifen?

Aufgabe

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Warum Schleifen?

Aufgabe

Bilquelle:http://muppet.wikia.com/wiki/The_Count_Counts 4 / 22

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Bekannte Wiederholungsanzahl: While

while-Schleifen sind sehr flexibel. Man kann sie auch für eine feste Anzahl von Wiederholungen verwenden.

int i = 0; // Initialisierung while (i < 100) { // Fortsetzungsbedingung

i = i + 1; // Schrittanweisung System.out.println(i);

}

Problem:

I Um zu verstehen, wie oft die Schleife durchlaufen wird, muss man drei Zeilen überblicken.

I In großen while-Schleifen geht die Schrittanweisung unter.

⇒ Fehleranfällig

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Bekannte Wiederholungsanzahl: While

while-Schleifen sind sehr flexibel. Man kann sie auch für eine feste Anzahl von Wiederholungen verwenden.

int i = 0; // Initialisierung while (i < 100) { // Fortsetzungsbedingung

i = i + 1; // Schrittanweisung System.out.println(i);

}

Problem:

I Um zu verstehen, wie oft die Schleife durchlaufen wird, muss man drei Zeilen überblicken.

I In großen while-Schleifen geht die Schrittanweisung unter.

⇒ Fehleranfällig

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Bekannte Wiederholungsanzahl: For

Definition

Eine for-Schleife ist eine Schleife mit Zählvariable (oft i für Index).

Ihr Kopf enthält nicht nur die Bedingung, sondern auch die Initialisierungund die Schrittanweisung.

Syntax: for-Schleife

for (Initialisierung; Bedingung; Schrittanweisung) { Anweisungsblock

}

Beispiel: for-Schleife

for (int i = 0; i < 100; i = i + 1) { System.out.println(i);

}

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Bekannte Wiederholungsanzahl: For

Definition

}

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Bekannte Wiederholungsanzahl: For

Definition

}

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Aufgabe: Statistik

Erzeuge eine zufällige Zahl mit Math.random(). Wiederhole das insgesamt 1000 mal und zähle, wie oft diese Zahl dabei größer als 0.3 ist.

Erinnerung: For-Syntax

}

Bonus:

I Erstelle ein Experiment für sechsseitige Würfel: Wie häufig wird die 6 gewürfelt?

I Wie ist das bei der Summe von zwei sechsseitigen Würfeln? Wie häufig ist die 7, wie häufig die 12?

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Aufgabe: Statistik

Erzeuge eine zufällige Zahl mit Math.random(). Wiederhole das insgesamt 1000 mal und zähle, wie oft diese Zahl dabei größer als 0.3 ist.

Erinnerung: For-Syntax

}

Bonus:

I Erstelle ein Experiment für sechsseitige Würfel: Wie häufig wird die 6 gewürfelt?

I Wie ist das bei der Summe von zwei sechsseitigen Würfeln? Wie häufig ist die 7, wie häufig die 12?

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For vs While

Beispiel: For

for(int i = 0;i < 100;i=i+1) { System.out.println(i);

}

Vergleich: While int i = 0;

while(i < 100) {

System.out.println(i);

i = i + 1;

}

Jede for-Schleife lässt sich auch als while-Schleife schreiben.

Vorteile von for:

I Schleifenkopf zeigt Anzahl der Durchläufe I Endlosschleife sofort erkennbar

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For vs While

Beispiel: For

for(int i = 0;i < 100;i=i+1) { System.out.println(i);

}

Vergleich: While int i = 0;

while(i < 100) {

System.out.println(i);

i = i + 1;

}

Jede for-Schleife lässt sich auch als while-Schleife schreiben.

Vorteile von for:

I Schleifenkopf zeigt Anzahl der Durchläufe I Endlosschleife sofort erkennbar

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Das Inkrement und die Faulheit

i = i + 1 ist für Informatiker viel zu viel Schreibarbeit!

Abkürzung für Zuweisungen

Der Ausdruck i += x ist eine Abkürzung für i = i + x. Solche Abkürzungen existieren auch für die anderen arithmetischen Operatoren

-, *, / und %.

Das reicht dem Informatiker aber immer noch nicht.

Inkrement und Dekrement

I Inkrement: i++ erhöht den Wert von i um 1. I Dekrement: i-- verringert den Wert von i um 1.

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Das Inkrement und die Faulheit

-, *, / und %.

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Das Inkrement und die Faulheit

-, *, / und %.

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Das Inkrement und die Faulheit

-, *, / und %.

I Inkrement: i++ erhöht den Wert von i um 1.

I Dekrement: i-- verringert den Wert von i um 1.

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Wert vs Seiteneffekt

Vorsicht vor Zuweisungen mit Inkrement/Dekrement-Operatoren!

int x = 0;

int y = x++;

Hier ist der Wert von x zwar am Ende 1, aber der Wert von y ist 0! Der Ausdruck x++ besteht aus zwei Teilen:

I Wertdes Ausdrucks = Wert der Variable vor dem Inkrement I ZusätzlicherSeiteneffekt: x wird um 1 erhöht

Definition

Dinge, die bei der Auswertung eines Ausdrucks zusätzlich zur Berechnung des Ausdruckswerts passieren, nennt man Seiteneffekte.

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Wert vs Seiteneffekt

int x = 0;

int y = x++;

Hier ist der Wert von x zwar am Ende 1, aber der Wert von y ist 0!

Der Ausdruck x++ besteht aus zwei Teilen:

I Wertdes Ausdrucks = Wert der Variable vor dem Inkrement I ZusätzlicherSeiteneffekt: x wird um 1 erhöht

Definition

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Wert vs Seiteneffekt

int x = 0;

int y = x++;

Hier ist der Wert von x zwar am Ende 1, aber der Wert von y ist 0! Der Ausdruck x++ besteht aus zwei Teilen:

I Wert des Ausdrucks = Wert der Variable vor dem Inkrement I Zusätzlicher Seiteneffekt: x wird um 1 erhöht

Definition

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Inhalt

Schleifen Einleitung For Funktionen

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Funktionen: Einleitung

Wollen wir den BMI von zwei Personen vergleichen, brauchen wir folgenden Code:

double w1 = 89.3;

double h1 = 1.92;

double w2 = 75.1;

double h2 = 1.85;

double bmi1 = w1 / (h1*h1);

double bmi2 = w2 / (h2*h2);

Probleme:

I Wir müssen zweimal das gleiche Schreiben. I Beim Kopieren könnten Fehler passieren.

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Funktionen: Einleitung

Wollen wir den BMI von zwei Personen vergleichen, brauchen wir folgenden Code:

double w1 = 89.3;

double h1 = 1.92;

double w2 = 75.1;

double h2 = 1.85;

double bmi1 = w1 / (h1*h1);

double bmi2 = w2 / (h2*h2);

Probleme:

I Wir müssen zweimal das gleiche Schreiben.

I Beim Kopieren könnten Fehler passieren.

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Funktionen: Definition

Definition

Durch das Definieren einer Funktiongibt man einer oft benötigten Teillösung einen Namen, damit man sie für verschiedeneEingabewerte (Argumente)anwenden kann und den richtigen Rückgabewertbekommt.

Rückgabewert: Leckerer Kaﬀee

Parameter/Argumente: Wasser, Pads Anweisungen (von außen unsichtbar):

Wasser kochen;

Padinhalt aufbrühen;

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Funktionen: Syntax

Syntax

Rückgabetyp name (Parameter1, Parameter2, ...) { Anweisungsblock

return Rückgabewert;

}

Beispiel

double bmi(double weight, double height) { double result = weight / (height * height);

return result;

}

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Funktionen: Aufruf

Syntax

name(Argument1, Argument2, ...);

Beispiel

bmi(89.3, 19.2);

Begriffsunterscheidung:

I Parameter: Variable für einen Eingabewert einer Funktion

I Argument: konkreter Wert, den diese Variable beim Funktionsaufruf annimmt

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Funktionen: Aufruf

Syntax

name(Argument1, Argument2, ...);

Beispiel

bmi(89.3, 19.2);

Begriffsunterscheidung:

I Parameter: Variable für einen Eingabewert einer Funktion

I Argument: konkreter Wert, den diese Variable beim Funktionsaufruf annimmt

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Funktionen: Parameter und Argumente

Wie funktioniert der Aufruf einer Funktion?

Definition

double bmi(double w, double h) { double result = w / (h * h);

return result;

}

Aufruf

double b = bmi(89.3, 19.2);

„Auflösung“ des Aufrufs

double w = 89.3; // 1. Argumentwerte in Parameter einsetzen double h = 19.2;

double result = w / (h * h); // 2. Funktionskörper ausführen double b = result; // 3. Rückgabewert einsetzen, wo

// vorher der Aufruf war

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Aufgabe: Anhaltewegsfunktion

Schreibe eine Funktion stoppingDistance(double), die die Formel für den Anhalteweg berechnet.

Anhalteweg= Tachowert·3

10 +Tachowert² 100

Erinnerung: Funktionsdefinition Rückgabetyp name (p1, p2, ...) {

Anweisungsblock return Rückgabewert;

}

Erinnerung: Funktionsaufruf name(a1, a2, ...);

Bonus: Erstelle auch Funktionen für die anderen Rechnungen von Tag 1.

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Aufgabe: Anhaltewegsfunktion

Schreibe eine Funktion stoppingDistance(double), die die Formel für den Anhalteweg berechnet.

Anhalteweg= Tachowert·3

10 +Tachowert² 100

Erinnerung: Funktionsdefinition Rückgabetyp name (p1, p2, ...) {

Anweisungsblock return Rückgabewert;

}

Erinnerung: Funktionsaufruf name(a1, a2, ...);

Bonus: Erstelle auch Funktionen für die anderen Rechnungen von Tag 1.

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Funktionen ohne Rückgabewert

Manche Funktionen errechnen keinen Rückgabewert, sondern erzeugen nur Seiteneffekte.

Für solche Funktionen gibt es den Rückabetyp void. Beispiel: Variable mit Namen ausgeben

void printIntVar(String name, int value) { System.out.println(name+" = "+value);

}

printIntVar("a",10);

printIntVar("x",-7);

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Wert vs Seiteneffekt in Funktionen

Seiteneffekte sind nicht immer unerwünscht. Sie können ...

I Zustandsänderungen herbeiführen I Ausgaben erzeugen

I Nachrichten an das Betriebssystem schicken

Man sollte einer Funktion aber immer ansehen können, ob sie Seiteneffekte erzeugt.

double bmi(double weight, double height) { double res = weight / (height * height);

System.out.println("Deine Mutter wiegt "+weight+" Tonnen!"); }

I double bmi(double, double) sieht nach Rechnung aus I erzeugt aber auch Ausgabe

⇒ Ausgabe lieber in eigener Funktion void deiMudder(double)

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Wert vs Seiteneffekt in Funktionen

Seiteneffekte sind nicht immer unerwünscht. Sie können ...

I Zustandsänderungen herbeiführen I Ausgaben erzeugen

I Nachrichten an das Betriebssystem schicken

Man sollte einer Funktion aber immer ansehen können, ob sie Seiteneffekte erzeugt.

double bmi(double weight, double height) { double res = weight / (height * height);

System.out.println("Deine Mutter wiegt "+weight+" Tonnen!");

}

I double bmi(double, double) sieht nach Rechnung aus I erzeugt aber auch Ausgabe

⇒ Ausgabe lieber in eigener Funktion void deiMudder(double)

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Zusammenfassung

for (int i=0;i<100;i++) { System.out.println(i);

}

Beispiel: Funktion

int rollDice(int sides) { double r = Math.random();

int ir = (int) (r*sides);

return ir+1;

}

Beispiel: While-Schleife String s = "";

while(s.length() < 10) { s = s + "#";

System.out.println(s);

}

Beispiel: Funktionsaufruf rollDice(6);

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Inhalt

Schleifen Einleitung For Funktionen

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Mögliche Themen zur Besprechung am Nachmittag

Iterative refinement

I Funktionen als Platzhalter in komplexen Programmen

I Top-Down vs Bottom-Up - wie komme ich an meine erste Zeile Code zu einem Problem?

I Was versteht man unter literate programming?

Zufallszahlen

I Erzeugt Math.random() echten Zufall?

I Mein eigener (dummer) Zufallszahlengenerator.

I Ereignisse mit beliebiger Wahrscheinlichkeit.

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