1 Huomautus lukijalle

Tämä materiaali on tarkoitettu Helsingin yliopiston tietojenkäsittelytieteen laitoksen kursseille ohjelmoinnin perusteet ja ohjelmoinnin jatkokurssiohjelmoinnin MOOC-kurssille. Materiaali pohjautuu Helsingin yliopistolla vuodesta 2010 käytettyihin kurssimateriaaleihin, joiden sisältöön ovat vaikuttaneet muun muassa Matti Paksula, Antti Laaksonen, Pekka Mikkola, Juhana Laurinharju, Martin Pärtel, Joel Kaasinen ja Mikael Nousiainen.

Lue materiaalia siten, että teet samalla lukemasi esimerkit itse. Esimerkkeihin kannattaa tehdä pieniä muutoksia ja tarkkailla, miten muutokset vaikuttavat ohjelman toimintaan. Äkkiseltään voisi luulla, että esimerkkien tekeminen ja muokkaaminen hidastaa opiskelua. Tämä ei kuitenkaan pidä paikkansa. Ohjelmoimaan ei ole vielä tietääksemme kukaan ihminen oppinut lukemalla (tai esim. luentoa kuuntelemalla). Oppiminen perustuu oleellisesti aktiiviseen tekemiseen ja rutiinin kasvattamiseen. Esimerkkien ja erityisesti erilaisten omien kokeilujen tekeminen on parhaita tapoja "sisäistää" luettua tekstiä. Käytetyssä ohjelmointiympäristössä, Test My Codessa (TMC), on kokeiluja varten tehtäväpohja, jonka nimi on "Hiekkalaatikko".

Pyri tekemään tai ainakin yrittämään tehtäviä sitä mukaa kuin luet tekstiä. Jos et osaa heti tehdä jotain tehtävää, älä masennu, sillä saat ohjausta tehtävän tekemiseen pajassa sekä IRC:ssä kanavilla #ohpe ja #mooc.fi.

Tekstiä ei ole tarkoitettu vain kertaalleen luettavaksi. Joudut varmasti myöhemmin palaamaan jo aiemmin lukemiisi kohtiin tai aiemmin tekemiisi tehtäviin. Tämä teksti ei sisällä kaikkea oleellista ohjelmointiin liittyvää. Itse asiassa ei ole olemassa mitään kirjaa josta löytyisi kaikki oleellinen. Eli joudut joka tapauksessa ohjelmoijan urallasi etsimään tietoa myös omatoimisesti. Kurssin harjoitukset sisältävät jo jonkun verran ohjeita, mistä suunnista ja miten hyödyllistä tietoa on mahdollista löytää.

Materiaalissa on myös screencasteja, eli videoita, joita katsomalla voi pelkän valmiin koodin lukemisen sijaan seurata miten ohjelma muodostuu. Tämän lisäksi materiaalissa on kyselyjä, joiden vastauksia käytetään osana Helsingin yliopistolla tehtävää ohjelmoinnin oppimisen tutkimusta. Kyselyt ja tehtävät saa auki klikkaamalla kyselyn tai tehtävän nimeä.

1.1 Kurssin tehtävistä ja arvostelusta

Kurssilla on tehtäviä, joiden tekeminen on oleellinen osa kurssin suoritusta. Ensimmäisellä viikolla alkavat ohjelmointitehtävät, ja toisesta viikosta lähtien ohjelmointitehtävien lisäksi materiaalissa on myös selitystehtäviä, joissa annettuun kysymykseen tai ongelmaan tulee kirjoittaa selitys ohjeiden mukaan. Kurssin toisesta viikosta lähtien mukana on myös muutamia viikoittaisia tehtäviä, jotka tehdään pariohjelmointina pajassa. Katso kurssisivultakurssisivulta tarkempaa tietoa kurssin arvostelusta ja suoritustavoista.

Ohjelmointi- ja selitystehtävien lisäksi materiaalissa on tutkimuskysymyksiä ja kyselyitä. Kyselyihin vastaamalla tuet ohjelmoinnin oppimiseen liittyvää tutkimusta.Vastaamalla rehellisesti kaikkiin materiaalissa oleviin tutkimuskysymyksiin ja -kyselyihin saat lisäpisteitä, joilla voit paikata tekemättä jääneitä tehtäviä.

Näet tehtävien ja kyselyjen sisällön klikkaamalla niiden nimeä.

2 Ohjelma ja lähdekoodi

Tietokoneohjelmia verrataan usein leipomiseen. Tietokone on leipuri, tietokone-ohjelma resepti, ja tietokoneen resurssit -- esimerkiksi näyttö ja verkkokortti -- raaka-aineita. Leipurilla ja tietokoneella on kuitenkin merkittävä ero siinä, että vaikka leipuri kehittyy reseptejä toistaessa ja osaa esimerkiksi kokeilla uusia raaka-aineita, tietokoneella ei tällaista taitoa ole. Tietokone noudattaa ohjeita säntillisesti, jopa tyhmästi. Jos reseptissä on kirjoitusvirhe, tietokone ei tiedä miten toimia. Se ei myöskään osaa reagoida vaikkapa rikkinäiseen uuniin, ellei resepti kerro täsmällisesti mitä uunin rikkoutuessa tulee tehdä.

Toisin kuin leipuri, tietokone ei myöskään kehity siinä mielessä, että se oppisi virheistä. Ohjelmoijat, reseptien -- tai lähdekoodin -- kehittäjät, onneksi kuitenkin oppivat ja kehittyvät.

2.1 Lähdekoodi ja Komennot

Ohjelma -- resepti -- muodostuu lähdekoodista. Tietokone suorittaa lähdekoodissa olevia komentoja pääsääntöisesti rivi riviltä ylhäältä alaspäin ja vasemmalta oikealle. Lähdekoodi on ohjelmoijan kirjoittamaa, ja se tallennetaan tekstimuodossa. Jokaisen komennon yhteydessä tietokone toimii komennon määräämällä tavalla. Esimerkiksi tekstin (merkkijono) "Hei maailma" tulostuksessa käytetään komentoa:

System.out.println("Hei maailma");

Komento System.out.println tulostaa sille sulkeiden sisällä hipsuissa annetun merkkijonon. Komennon pääte ln on lyhenne sanasta line, eli komento tulostaa merkkijonon jälkeen myös rivinvaihdon. Komennon loppuun kirjoitetaan puolipiste ;.

2.2 Ohjelmarunko

Javassa ohjelmat käynnistetään kurssin aikana tutuksi tulevan rungon sisältä. Ohjelman "Esimerkki" runko on seuraavanlainen.

public class Esimerkki {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("Tulostettava teksti");
    }
}

Ohjelmarunko sijaitsee .java-päätteisessä tekstitiedostossa, jonka nimi on sama kuin ohjelman nimi -- tässä Esimerkki -- "public class Esimerkki". Ohjelma Esimerkki sijaitsee siis tiedostossa, jonka nimi on Esimerkki.java.

Tietokone aloittaa ohjelman suorituksen riviä public static void main(String[] args) { seuraavalta riviltä, ja käy komentoja yksitellen läpi. Ohjelmakoodin suoritus päättyy sulkevaan aaltosulkuun }. Tällä hetkellä ainoa suoritettava komento on System.out.println("Tulostettava teksti");, mikä tulostaa tekstin "Tulostettava teksti".

Jatkossa materiaalin esimerkeissä ei aina erikseen näytetä ohjelmarunkoa, mutta voit olettaa, että se tarvitaan.

2.3 Tutustuminen ohjelmointiympäristöön

public class Nimi {
    
    public static void main(String[] args) {
        // Kirjoita ohjelmasi tähän alle

    }
}

Essi Esimerkki

Oskari Opiskelija

2.4 Tulostamisesta ja komentojen osista

Tulostamiseen on käytännössä kaksi komentoa:

• System.out.println("sana"); tulostaa tekstin "sana" ja loppurivinvaihdon
• System.out.print("sana"); tulostaa tekstin "sana" ilman loppurivinvaihtoa

Tulostettavan tekstin osana voi olla myös erikoismerkkejä, joista tärkein on rivinvaihto, eli \n. Erikoismerkkejä on muitakin.

System.out.println("Ensimmäinen\nToinen\nKolmas");

Ylläoleva komento tulostaa seuraavaa:

Ensimmäinen
Toinen
Kolmas

Puolipiste

Puolipisteellä ; erotetaan komennot toisistaan. Voisimme oikeastaan kirjoittaa koko ohjelman yhdelle riville -- mikä ei kuitenkaan ole kovin ymmärrettävää.

Esimerkki puolipisteiden käytöstä

System.out.print("Hei "); System.out.print("maailma");
System.out.print("!");

Hei maailma!

Vaikka ohjelma toimii myös ilman rivinvaihtoja, on niiden käyttö hyvin tärkeää muita ajatellen. Selkeä lähdekoodin osien erottelu vaatii rivinvaihtojen käyttöä. Tätä ja muita lähdekoodin luettavuuteen liittyviä seikkoja tullaan painottamaan tällä kurssilla.

Komennoille lähetettävät "tiedot" eli parametrit

Komennon käsittelemä tieto eli komennon parametrit lähetetään komennolle lisäämällä ne komennon perässä olevien sulkujen () sisään. Esimerkiksi System.out.println -komennon parametriksi annetaan merkkijono hei hipsujen sisällä seuraavasti: System.out.println("hei").

Kommentit

Lähdekoodin kommentit ovat kätevä tapa merkitä asioita muistiin. Kommentti on mikä tahansa rivi, joka alkaa kahdella vinoviivalla //. Kaikki kommenttimerkkiä seuraava samalla rivillä oleva teksti tulkitaan kommentiksi.

// Tulostamme tekstin "Hei maailma"
System.out.print("Hei maailma");

System.out.print(" ja kaikki sen ihmiset."); // Lisäämme samalle riville tekstiä.

// System.out.print("tätä riviä ei suoriteta koska se on kommentoitu ulos");

Hei maailma ja kaikki sen ihmiset.

Esimerkissä alin rivi esittelee erityisen kätevän käyttökohteen kommenteille: kirjoitettua koodia ei tarvitse poistaa jos haluaa tilapäisesti kokeilla jotain.

Hei Maailma!
(Ja Mualima!)

2.5 Ohjelmointityylistä

Vaikka tietokone ja käyttämämme ohjelmointikieli ei aseta rajoituksia kirjoitettavan ohjelmakoodin ulkoasulle, olemme osana ohjelmoinnin opetuksen ja oppimisen tutkimista huomanneet että ohjelmoijan -- tai opiskelevan ohjelmoijan -- kirjoittaman koodin ulkoasulla on merkitystä myös oppimisen kannalta. Esimerkiksi lähdekoodin luettavuus ja sisennyksen säännönmukaisuus ovat asioita, jotka vaikuttavat lähdekoodin ymmärrettävyyteen, ja sitä kautta myös oppimistuloksiin. Seuraava koodi on säännönmukaisesti sisennettyä.

public class Esimerkki {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("Heippa vaan! Tämä koodi on siististi sisennetty.");
        System.out.println("public class -- ei sisennystä.");
        System.out.println("public static -- neljän merkin sisennys.");
        System.out.println("public static ... sisällä -- kahdeksan merkin sisennys -- tai enemmän.");
    }
}

Tämä koodi taas ei ole kovin ymmärrettävää.

               public class Esimerkki {
    public static void main(String[] args) {
System.out.println("Heippa vaan! Tämä koodi on siististi sisennetty.");
                              System.out.println("public class -- ei sisennystä.");
  System.out.println("public static -- neljän merkin sisennys."); 
System.out.println("public static ... sisällä -- kahdeksan merkin sisennys -- tai enemmän.");}}

Kurssilla käytettävässä Test My Code-ympäristössä tulee mukana Checkstyle-niminen työväline, joka ohjaa hyvään ohjelmointityyliin. Checkstyle tarkistaa mm. koodin sisennystä, metodien nimeämistä, tyhjiä lohkoja ja paljon muuta -- kurssin edetessä nämä käsitteet tulevat tutuiksi. Tällä kurssilla Checkstyle tarkistaa lähes ainoastaan tyylivirheitä -- ohjeita tulee kurssin edetessä.

Tyylivirheet näytetään ohjelmointiympäristössä keltaisella, ja normaalit testi-ilmoitukset punaisella. Kurssilla tutuksi tuleva tehtävän edistymispalkki muuttuu myöskin keltaiseksi, jos koodissa havaitaan tyylivirheitä. Vaikkakin näppäinyhdistelmä alt + shift + f (OS X control + shift + f) auttaa useimpien tyylivirheiden korjaamiseen, on koodia syytä kirjoittaa oikein alusta alkaen.

Tehtävä 3: Kuusi

Tee ohjelma, jonka tulostus on seuraava:

    *
   ***
  *****
 *******
*********
    *

HUOM: kirjoitit todennäköisesti aika monta kertaa System.out.println("..."). Kokeile kirjoittaa NetBeans:iin (main:in sisään) tyhjälle riville sout ja paina tabulaatoria (näppäin q:n vasemmalla puolella). Mitä tapahtuu? Tämä pieni apuväline säästänee jatkossa runsaasti aikaasi.

Tehtävä 4: Robottiohjain

Tehtäväpohjaan on liitetty valmis komponentti Ohjain jonka avulla on mahdollista ohjata pientä robottia.

Pääohjelma "importoi" eli ottaa komponentin käyttöönsä lisäämällä koodin yläosaan import robotti.Ohjain;. Komennolla Ohjain.kaynnista(); robottiohjain käynnistää robotin, ja luo ikkunan, jossa robotin kulkemista voi seurata.

Robottia liikutetaan komennoilla Ohjain.ylos();, Ohjain.oikealle();, Ohjain.alas();, ja Ohjain.vasemmalle();. Seuraavassa on esimerkkiohjelma robottiohjaimen käytöstä siten, että robottia siirretään kaksi ruutua ylöspäin:

import robotti.Ohjain;

public class Paaohjelma {
    public static void main(String[] args) {

        // käynnistetään robotti
        Ohjain.kaynnista();

        Ohjain.ylos();
        Ohjain.ylos();

        // sammutetaan robotti
        Ohjain.sammuta();
    }
}

Yllä oleva ohjelma päätyy seuraavaan tilanteeseen:

Kuten huomaat, robotti jättää liikkuessaan jäljen kohtiin, missä se on käynyt.

Tehtävänäsi on tehdä ohjelmarunkoon ohjelma, joka kuljettaa robottia siten, että lopputilanne on seuraavanlainen.

Yllä suuremman suorakulmion leveys on 7 askelta ja korkeus on 5 askelta, ja pienemmän suorakulmion leveys on 3 askelta, ja korkeus 2 askelta. Kun olet lähettänyt tehtävän tarkastettavaksi ja palautusautomaatti hyväksyy sen, voit muokata koodia ja tehdä vapaasti erilaisia kuvioita!

3 Muuttuja ja sijoitus

3.1 Muuttujat ja tietotyypit

Keskeinen käsite ohjelmoinnissa on muuttuja. Muuttujaa kannattaa ajatella lokerona, johon voi tallettaa annetun tyyppistä tietoa. Tiedolla on aina tyyppi. Tyyppejä ovat esimerkiksi teksti eli merkkijono (String), kokonaisluku (int) ja liukuluku (double) eli desimaaliluku. Muuttujaan asetetaan arvo yhtäsuuruusmerkillä (=).

int kuukausia = 12;

Yllä olevassa lauseessa asetetaan kokonaisluku-tyyppiä (int) olevaan muuttujaan nimeltä kuukausia arvo 12. Lause luetaan "muuttuja kuukausia saa arvon 12".

Muuttujan arvo voidaan yhdistää merkkijonoon +-merkillä seuraavan esimerkin mukaisesti.

String teksti = "sisältää tekstiä";
int kokonaisluku = 123;
double liukuluku = 3.141592653;

System.out.println("Tekstimuuttuja: " + teksti);
System.out.println("Kokonaislukumuuttuja: " + kokonaisluku);
System.out.println("Liukulukumuuttuja: " + liukuluku);

Tulostus:

Tekstimuuttuja: sisältää tekstiä
Kokonaislukumuuttuja: 123
Liukulukumuuttuja: 3.141592653

Tehtävä 5: Muuttuvat muuttujat

Tehtäväpohja sisältää ohjelman, joka tulostaa seuraavaa.

Kanoja:
3
Pekonia (kg):
5.5
Traktori:
Ei ole!

Tässä vielä tiivistelmä:
3
5.5
Ei ole!

Muuta ohjelmaa annetuista kohdista niin että tuloste on:

Kanoja:
9000
Pekonia (kg):
0.1
Traktori:
Zetor

Tässä vielä tiivistelmä:
9000
0.1
Zetor

3.2 Muuttujaan voi asettaa uuden arvon

Muuttuja säilyttää arvonsa kunnes siihen asetetaan toinen arvo. Huomaa että muuttujan tyyppi kirjoitetaan vain kun muuttuja esitellään ohjelmassa ensimmäistä kertaa.

int luku = 123;
System.out.println("Muuttujan arvo on " + luku);

luku = 42;
System.out.println("Muuttujan arvo on " + luku);

Tulostus:

Muuttujan arvo on 123
Muuttujan arvo on 42

Muuttuja ja lokero

Tarkastellaan edellisen ohjelmakoodin suoritusta askel askeleelta. Kun muuttuja esitellään ohjelmakoodissa ensimmäistä kertaa, eli sekä muuttujan tyyppi (tässä int) että sen nimi (tässä luku) kerrotaan, tietokone luo muuttujaa varten nimetyn lokeron. Tämän jälkeen yhtäsuuruusmerkin oikealla puolella oleva arvo kopioidaan tähän nimettyyn lokeroon.

Kun ohjelmakoodissa viitataan muuttujaan sen nimellä -- tässä halutaan tulostaa merkkijono "Muuttujan arvo on " sekä muuttujan luku arvo, muuttujan luku arvo haetaan sen nimellä löytyvästä lokerosta.

Kun muuttujaan asetetaan arvo (tässä luku = 42), tarkistetaan ensin löytyykö muuttujan nimistä lokeroa. Jos lokero löytyy, uusi arvo kopioidaan lokeroon vanhan arvon tilalle ja vanha arvo katoaa. Jos muuttujan nimellä ei löydy lokeroa, ohjelman suoritus päättyy virheilmoitukseen tai ohjelmaa ei voida käynnistää.

Seuraavaksi ohjelmakoodissa viitataan taas muuttujaan sen nimellä -- tässäkin halutaan tulostaa merkkijono "Muuttujan arvo on " sekä muuttujan luku arvo. Toimitaan kuten normaalisti, eli haetaan muuttujan luku arvo sen nimellä löytyvästä lokerosta.

3.3 Muuttujan tyyppi pysyy

Kun muuttujan tyyppi on kertaalleen määritelty, ei se enää muutu. Esimerkiksi merkkijonoa ei voi asettaa kokonaislukutyyppiseen muuttujaan, eikä merkkijonomuuttujaan voi asettaa kokonaislukua.

String merkkijono = "Hei maailma!";
merkkijono = 42; // Ei onnistu

int luku = 10;
merkkijono = luku; // Ei myöskään onnistu

Poikkeus kuitenkin löytyy: liukulukutyyppiseen muuttujaan voi asettaa kokonaisluvun, sillä Java osaa muuttaa kokonaisluvun liukuluvuksi asetuksen yhteydessä.

double liukuluku = 0.42;
liukuluku = 1; // Onnistuu

int luku = 10;
liukuluku = luku; // Onnistuu myös

Liukulukua ei kuitenkaan voi asettaa kokonaislukuun, sillä emme halua että desimaaliarvot leikkautuisivat vahingossa pois.

int luku = 4.2; // Ei onnistu

double liukuluku = 0.42;
luku = liukuluku; // Ei myöskään onnistu

3.4 Sallittu ja kuvaava muuttujan nimi

Muuttujan nimeämistä rajoittavat tietyt ehdot. Vaikka muuttujan nimessä voidaan käyttää ääkkösiä, on parempi olla kayttamatta niita, sillä merkistökoodauksesta saattaa tulla ongelmia.

Muuttujan nimessä ei saa olla tiettyjä erikoismerkkejä, kuten huutomerkkejä (!). Välilyönti ei ole sallittu, sillä se erottaa komentojen osat toisistaan. Välilyönti kannattaa korvata camelCase-tyylillä, jolloin nimi muistuttaneeKamelia. Huom! Muuttujien nimien ensimmäinen kirjain kirjoitetaan aina pienellä:

int camelCaseMuuttuja = 7;

Numeroita voidaan käyttää muuttujan nimessä, kunhan nimi ei ala numerolla. Nimi ei myöskään voi koostua pelkistä numeroista.

int 7muuttuja = 4; // Ei sallittu!
int muuttuja7 = 4; // Sallittu, mutta ei kuvaava muuttujan nimi

Muuttujan nimi ei myöskään saa olla jo entuudestaan käytössä. Tälläisiä nimiä ovat mm. aikaisemmin määritellyt muuttujat ja komennot, kuten System.out.print ja System.out.println.

int camelCase = 2;
int camelCase = 5; // Ei sallittu -- muuttuja camelCase on jo käytössä!

Muuttuja kannattaa nimetä siten, että sen käyttötarkoitus on selvää ilman kommentteja tai miettimistä. Tällä kurssilla muuttujat pitää nimetä kuvaavasti.

Sallittuja muuttujien nimiä

• kuukaudenViimeinenPaiva = 20
• ensimmainenVuosi = 1952
• nimi = "Essi"

Virheellisiä muuttujien nimiä

• kuukauden viimeinen päivä = 20
• 1paiva = 1952
• varo! = 1910
• 1920 = 1

Huom! Älä myöskään käytä ääkkösiä muuttujien nimissä!

4 Laskentaa

Laskentaoperaatiot ovat varsin suoraviivaisia: +, -, * ja /. Laskentajärjestys on myös varsin suoraviivainen: operaatiot lasketaan vasemmalta oikealle sulut huomioon ottaen. Kuitenkin * ja / lasketaan ennen + ja - operaatioita, samoin kuin perus- tai kansakoulumatematiikassa on tullut tutuksi. Tässä vielä tarkemmin laskujärjestyksestä javassa. Linkin takana oleva materiaali ei ole kuitenkaan aloittelijan kannalta kovin oleellista.

int eka = 2;
System.out.println(eka); // tulostaa 2
int toka = 4;
System.out.println(toka); // tulostaa 4

int summa = eka + toka; // muuttujaan summa asetetaan muuttujien eka ja toka arvojen summa
System.out.println(summa); // tulostaa 6

4.1 Laskujärjestyksen määrittely sulkujen avulla

Laskujärjestystä voi muokata sulkujen avulla. Sulkujen sisällä olevat laskuoperaatiot suoritetaan ennen niiden ulkopuolella olevia laskuoperaatioita.

int laskuSuluilla = (1 + 1) + 3 * (2 + 5);
System.out.println(laskuSuluilla); // tulostaa 23

int laskuSuluitta = 1 + 1 + 3 * 2 + 5;
System.out.println(laskuSuluitta); // tulostaa 13

Yllä olevan sulkuesimerkin voi suorittaa myös askeleittain.

int laskuSuluilla = (1 + 1);
System.out.println(laskuSuluilla); // tulostaa 2
laskuSuluilla = laskuSuluilla + 3 * (2 + 5);
System.out.println(laskuSuluilla); // tulostaa 23

int laskuSuluitta = 1 + 1;
laskuSuluitta = laskuSuluitta + 3 * 2;
laskuSuluitta = laskuSuluitta + 5;
System.out.println(laskuSuluitta); // tulostaa 13

Laskentaoperaatioita voidaan suorittaa lähes missä tahansa kohdassa ohjelmakoodia.

int eka = 2;
int toka = 4;

System.out.println(eka + toka); // tulostaa 6
System.out.println(2 + toka - eka - toka); // tulostaa 0

Tehtävä 6: Sekunnit vuodessa

Täydennä tehtäväpohjassa olevaa ohjelmaa siten, että se laskee kuinka monta sekuntia on vuodessa. Voit olettaa, että vuodessa on 365 päivää (eli ei ole karkausvuosi).

Ohjelman tulostus on seuraava:

Vuodessa on X sekuntia.

X:n kohdalle tulee ohjelmasi laskema tulos. Huom! Hyödynnä tässä tehtävässä muuttujia :)

4.2 Merkkijonot osana laskentaa

Tarkastellaan vielä lähemmin merkkijonojen yhdistämistä +-merkinnän avulla.

Jos operaatiota + sovelletaan kahden merkkijonon välille, syntyy uusi merkkijono, jossa kaksi merkkijonoa on yhdistetty. Huomaa nokkela välilyönnin käyttö lauseen "muuttujien" osana!

String tervehdys = "Hei ";
String nimi = "Matti";
String hyvastely = ", ja näkemiin!";

String lause = tervehdys + nimi + hyvastely;

System.out.println(lause);

Hei Matti, ja näkemiin!

Jos toinen operaation + kohteista on merkkijono, muutetaan myös toinen operaation kohteista merkkijonoksi. Alla olevassa esimerkissä kokonaisluku 2 on muutettu merkkijonoksi "2", ja siihen on yhdistetty merkkijono.

System.out.println("tuossa on kokonaisluku --> " + 2);
System.out.println(2 + " <-- tuossa on kokonaisluku");

tuossa on kokonaisluku --> 2
2 <-- tuossa on kokonaisluku

Edellä esitellyt laskusäännöt pätevät täälläkin:

System.out.println("Neljä: " + (2 + 2));
System.out.println("Mutta! kaksikymmentäkaksi: " + 2 + 2);

Neljä: 4
Mutta! kaksikymmentäkaksi: 22

Edellisiä tietoja yhdistelemällä pystymme tulostamaan muuttujan arvoja ja tekstiä sekaisin:

int x = 10;

System.out.println("muuttujan x arvo on: " + x);

int y = 5;
int z = 6;

System.out.println("y on " + y + " ja z on " + z);

Tulostus:

muuttujan x arvo on: 10
y on 5 ja z on 6

Tehtävä 7: Yhteenlasku

Tee ohjelma, jonka avulla voidaan laskea kahden kokonaisluvun summa. Ohjelman alussa määritellään kaksi muuttujaa, jotka sisältävät summattavat luvut. Voit tarvittaessa käyttää myös muita muuttujia.

Esimerkiksi jos muuttujissa on luvut 5 ja 4, ohjelman tulostus on seuraava:

5 + 4 = 9

Jos taas muuttujissa on luvut 73457 ja 12888, ohjelman tulostus on seuraava:

73457 + 12888 = 86345

Tehtävä 8: Kertolasku

Tee edellistä ohjelmaa vastaava ohjelma, joka laskee kahden kokonaislukumuuttujaan sijoitetun arvon kertolaskun.

Esimerkiksi jos muuttujissa on luvut 2 ja 8, ohjelman tulostus on seuraava:

2 * 8 = 16

Jos taas muuttujissa on luvut 277 ja 111, ohjelman tulostus on seuraava:

277 * 111 = 30747

Kuinka suuren kertolaskun ohjelmasi pystyy laskemaan?

4.3 Liukuluvut eli desimaaliluvut

Kokonaislukujen jako on hieman hankalampi operaatio. Liukuluku ja kokonaisluku menevät helposti sekaisin. Jos kaikki laskuoperaatiossa olevat muuttujat ovat kokonaislukuja, on tulos myös kokonaisluku.

int tulos = 3 / 2;
System.out.println(tulos); // Huom! tulostaa 1 (kokonaisluku), sillä 3 ja 2 ovat myös kokonaislukuja

int eka = 3:
int toka = 2;
double tulos = eka / toka;
System.out.println(tulos); // nytkin tulostus on 1, sillä eka ja toka ovat kokonaislukuja

Jos jakolaskun jakaja tai jaettava (tai molemmat!) ovat liukulukuja, tulee tulokseksi myös liukuluku

double kunJaettavaOnLiukuluku = 3.0 / 2;
System.out.println(kunJaettavaOnLiukuluku); // tulostaa 1.5

double kunJakajaOnLiukuluku = 3 / 2.0;
System.out.println(kunJakajaOnLiukuluku); // tulostaa 1.5

Kokonaisluku voidaan tarvittaessa muuttaa liukuluvuksi lisäämällä sen eteen tyyppimuunnosoperaatio (double):

int eka = 3;
int toka = 2;

double tulos1 = (double) eka / toka;
System.out.println(tulos1); // tulostaa 1.5

double tulos2 = eka / (double) toka;
System.out.println(tulos2); // tulostaa 1.5

double tulos3 = (double) (eka / toka);
System.out.println(tulos3); // tulostaa 1

Jälkimmäisessä tulos pyöristyy väärin sillä laskuoperaatio kokonaisluvuilla suoritetaan ennen tyyppimuunnosta.

Jos jakolaskun tulos asetetaan kokonaislukutyyppiseen muuttujaan, on tulos automaattisesti kokonaisluku

int tulosKokonaislukuKoskaTyyppiKokonaisluku = 3.0 / 2;  // tulos automaattisesti kokonaisluku: 1

Seuraava esimerkki tulostaa "1.5", sillä jaettavasta tehdään liukuluku kertomalla se liukuluvulla (1.0 * 3 = 3.0) ennen jakolaskua.

int jaettava = 3;
int jakaja = 2;

double tulos = 1.0 * jaettava / jakaja;
System.out.println(tulos);

Tehtävä 9: Kolmen luvun keskiarvo

Tehtäväpohjassa on ohjelma, jossa on kolme muuttujaa. Ohjelman tulostus on tällä hetkellä seuraava.

eka: 3
toka: 5
kolmas: 5

Muokkaa ohjelmaa siten, että ohjelma tulostaa myös muuttujien keskiarvon.

eka: 3
toka: 5
kolmas: 5
keskiarvo: 4.333333333333333

Huom! Jos muuttujien arvoja muutetaan, tulee myös tulostuksen muuttua.

eka: 5
toka: 7
kolmas: 4
keskiarvo: 5.333333333333333

Mitä seuraava tulostaa?

int jaettava = 3;
int jakaja = 2;

double tulos = jaettava / jakaja * 1.0;
System.out.println(tulos);

Tehtävä 10: Nelilaskin

Tehtäväpohjassa on ohjelma, jossa on kaksi muuttujaa. Ohjelman tulostus on tällä hetkellä seuraava.

1 + 3 = 4

Muokkaa ohjelmaa siten, että ohjelma laskee myös lukujen erotuksen, tulon, ja jakolaskun.

1 + 3 = 4
1 - 3 = -2
1 * 3 = 3
1 / 3 = 0.33333

Huom! Jos muuttujien arvoja muutetaan, tulee myös tulostuksen muuttua.

5 + 3 = 8
5 - 3 = 2
5 * 3 = 15
5 / 3 = 1.66666

Huom! Tehtävässä ei ole testejä jotka kertovat onko tulostus oikein vai ei. Tarmista että ohjelmasi toimii oikein ennen tehtävän palautusta suorittamalla se useammalla muuttujien arvoilla.

4.4 Muuttujan arvon asettamiseen liittyviä väärinkäsityksiä

Kun tietokone suorittaa ohjelmakoodia, suorittaa se sitä käsky kerrallaan, edeten aina täsmälleen siten, kuin ohjelmakoodissa sanotaan. Kun muuttujaan asetetaan arvo, tapahtuu aina sama asia, eli yhtäsuuruusmerkin oikealla puolella oleva arvo kopioidaan yhtäsuuruusmerkin vasemmalla puolella olevan muuttujan arvoksi, eli muuttujan nimeämään paikkaan.

On tärkeää, että ohjelmoija ymmärtää, että arvon asettaminen muuttujaan tekee aina saman asian.

Kolme yleistä väärinkäsitystä, jotka liittyvät muuttujan arvon asettamiseen ovat seuraavat:

• Muuttujan asettamisen näkeminen siirtona kopioimisen sijaan: ohjelmakoodin eka = toka suorituksen jälkeen ajatellaan, että muuttujan toka arvo on siirtynyt muuttujan eka arvoksi, jonka jälkeen muuttujalla toka ei ole enää arvoa, tai sen arvo on esimerkiksi nolla. Tämä ei pidä paikkansa, sillä ohjelmakoodin eka = toka suorituksessa muuttujan toka nimeämässä paikassa oleva arvo kopioidaan muuttujan eka nimeämään paikkaan. Muuttujan toka arvo ei siis muutu.
  
• Muuttujan asettamisen näkeminen riippuvuutena kopioimisen sijaan: ohjelmakoodin eka = toka suorituksen jälkeen ajatellaan, että mikä tahansa muutos muuttujaan toka vaikuttaa automaattisesti myös muuttujaan eka. Tämä ei pidä paikkansa, sillä asetus -- kopiointi -- on yksittäinen tapahtuma. Se tapahtuu vain silloin, ohjelmakoodi eka = toka suoritetaan.
  
• Kolmas väärinkäsitys liittyy kopioimisen suuntaan: ohjelmakoodin eka = toka suorituksessa ajatellaan, että muuttujan toka arvoksi kopioidaan muuttujan eka arvo. Tämä näkyy myös tilanteina, missä ohjelmoija voi vahingossa kirjoittaa esimerkiksi 42 = arvo -- onneksi ohjelmointiympäristöt tukevat myös tässä.

Ehkäpä paras tapa tietokoneen ohjelmakoodin suorittamisen ymmärtämiseen on paperin ja kynän käyttäminen. Kun luet ohjelmakoodia, kirjoita paperille uusien muuttujien nimet, sekä kirjoita ylös rivi riviltä, miten ohjelmakoodissa olevien muuttujien arvot muuttuvat. Havainnollistetaan suoritusta seuraavalla ohjelmakoodilla:

rivi 1: int eka = (1 + 1);
rivi 2: int toka = eka + 3 * (2 + 5);
rivi 3: 
rivi 4: eka = 5;
rivi 5:
rivi 6: int kolmas = eka + toka;
rivi 7: System.out.println(eka);
rivi 8: System.out.println(toka);
rivi 9: System.out.println(kolmas);

Alla on kirjoitettu ylläolevan ohjelmakoodin suoritus auki.

rivi 1: luodaan muuttuja eka
rivi 1: kopioidaan muuttujan eka arvoksi laskun 1 + 1 tulos
rivi 1: muuttujan eka arvo on 2

rivi 2: luodaan muuttuja toka
rivi 2: lasketaan 2 + 5, 2 + 5 ->  7
rivi 2: lasketaan 3 * 7, 3 * 7 -> 21
rivi 2: lasketaan eka + 21
rivi 2: kopioidaan muuttujan eka arvo laskuun, muuttujan eka arvo on 2
rivi 2: lasketaan 2 + 21, 2 + 21 -> 23
rivi 2: kopioidaan muuttujan toka arvoksi 23
rivi 2: muuttujan toka arvo on 23

rivi 3: (tyhjä, ei tehdä mitään)

rivi 4: kopioidaan muuttujan eka arvoksi 5
rivi 4: muuttujan eka arvo on 5

rivi 5: (tyhjä, ei tehdä mitään)

rivi 6: luodaan muuttuja kolmas
rivi 6: lasketaan eka + toka
rivi 6: kopioidaan muuttujan eka arvo laskuun, muuttujan eka arvo on 5
rivi 6: lasketaan 5 + toka
rivi 6: kopioidaan muuttujan toka arvo laskuun, muuttujan toka arvo on 23
rivi 6: lasketaan 5 + 23 -> 28
rivi 6: kopioidaan muuttujan kolmas arvoksi 28
rivi 6: muuttujan kolmas arvo on 28

rivo 7: tulostetaan muuttuja eka
rivi 7: kopioidaan muuttujan eka arvo tulostettavaksi, muuttujan eka arvo on 5
rivi 7: tulostetaan arvo 5

rivi 8: tulostetaan muuttuja toka
rivi 8: kopioidaan muuttujan toka arvo tulostettavaksi, muuttujan toka arvo on 23
rivi 8: tulostetaan arvo 23

rivi 9: tulostetaan muuttuja kolmas
rivi 9: kopioidaan muuttujan kolmas arvo tulostettavaksi, muuttujan kolmas arvo on 28
rivi 9: tulostetaan arvo 28

Kirjota allaolevan ohjelmakoodin suoritus auki.

int toka = 32;
int eka = toka; 
toka = 17;

Mikä muuttujan eka arvo on lopuksi?

5 Käyttäjän syötteen lukeminen

Seuraavaksi tutustumme syötteen lukemiseen käyttäjältä, johon käytämme Scanner-apuvälinettä. Apuväline tuodaan käyttöön lisäämällä komento import java.util.Scanner; ennen pääohjelmarungon aloitusta (public class ...).

import java.util.Scanner; // tuodaan lukemiseen käytetty apuväline Scanner käyttöömme

public class Esimerkki {

    public static void main(String[] args) {
        Scanner lukija = new Scanner(System.in);

        // ohjelmakoodi
    }
}

Älä hätäile vaikka pääohjelmarunko saattaa näyttää vaikeaselkoiselta! Jatkamme yhä koodausta kommentilla ohjelmakoodi merkittyyn kohtaan.

5.1 Merkkijonon lukeminen

Seuraava koodi lukee käyttäjän nimen ja tulostaa tervehdyksen (käyttäjän syöttämä teksti merkitty punaisella):

System.out.print("Mikä on nimesi? ");
String nimi = lukija.nextLine(); // Luetaan käyttäjältä rivi tekstiä ja asetetaan se muuttujaan nimi

System.out.println("Hei " + nimi);

Mikä on nimesi? Venla
Hei Venla

Seuraavassa on yllä oleva ohjelma pääohjelmarungon kanssa. Ohjelman nimi on Tervehdys.

import java.util.Scanner;

public class Tervehdys {

    public static void main(String[] args) {
        Scanner lukija = new Scanner(System.in);

        System.out.print("Kenelle sanotaan hei: ");
        String nimi = lukija.nextLine(); // Luetaan käyttäjältä rivi tekstiä ja asetetaan sen arvo muuttujaan nimi

        System.out.println("Hei " + nimi);
    }
}

Kun yllä oleva ohjelma ajetaan, pääset kirjoittamaan syötteen. NetBeansin tulostusvälilehti näyttää ajetun ohjelman jälkeen seuraavalta (käyttäjä syöttää nimen "Venla").

 

Tehtävä 11: Tulostus kolmesti

Tee ohjelma joka lukee käyttäjältä merkkijonon ja tulostaa merkkijonon kolmesti peräkkäin.

Mikä tulostetaan? kukka

kukkakukkakukka

Esimerkissä punainen väri tarkoittaa käyttäjän kirjoittamaa tekstiä. Tätä käytäntöä noudatetaan jatkossa esimerkeissä.

5.2 Kokonaisluvun lukeminen

Scanner-apuvälineemme ei ole hyvä kokonaislukujen lukemiseen, joten käytämme toista apuvälinettä merkkijonon kokonaisluvuksi muuttamisessa. Komento Integer.parseInt muuttaa sille annetussa tekstimuuttujassa olevan kokonaisluvun kokonaislukumuuttujaksi. Komennolle annetaan tekstimuuttuja sulkuihin, ja se palauttaa kokonaisluvun joka asetetaan kokonaislukumuuttujaan.

Käytännössä kytkemme kaksi komentoa yhteen. Ensin luemme käyttäjältä rivin, jonka annamme heti komennolle Integer.parseInt.

System.out.print("Anna kokonaisluku: ");
int kokonaisluku = Integer.parseInt(lukija.nextLine());

System.out.println("Annoit " + kokonaisluku);

Kysytään seuraavaksi käyttäjältä nimi, ja sen jälkeen ikä. Tällä kertaa esimerkissä on myös ohjelmarunko mukana.

import java.util.Scanner;

public class NimiJaIkaTervehdys {
    public static void main(String[] args) {
        Scanner lukija = new Scanner(System.in);

        System.out.print("Nimesi: ");
        String nimi = lukija.nextLine();   // Luetaan käyttäjältä rivi tekstiä

        System.out.print("Kuinka vanha olet: ");
        int ika = Integer.parseInt(lukija.nextLine()); // luetaan käyttäjältä tekstimuuttuja ja muutetaan se kokonaisluvuksi

        System.out.println("Nimesi on siis " + nimi + " ja ikäsi " + ika + ", hauska tutustua.");
    }
}

Tulostus esimerkiksi:

Nimesi: Nelli
Kuinka vanha olet: 4
Nimesi on siis Nelli ja ikäsi 4, hauska tutustua.

5.3 Yhteenveto

Käyttäjän kanssa keskustelevan ohjelman runko:

import java.util.Scanner;

public class OhjelmanNimi {
    public static void main(String[] args) {
        Scanner lukija = new Scanner(System.in);

        // koodi tähän
    }
}

Merkkijonon lukeminen:

String merkkijono = lukija.nextLine();

Kokonaisluvun lukeminen:

int kokonaisluku = Integer.parseInt(lukija.nextLine());

Tehtävä 12: Summaaja

Tee ohjelma, joka kysyy käyttäjältä kaksi kokonaislukua ja tulostaa niiden summan.

Anna ensimmäinen luku: 6
Anna toinen luku: 2

Lukujen summa: 8

Esimerkissä punainen väri tarkoittaa käyttäjän kirjoittamaa tekstiä. Tätä käytäntöä noudatetaan jatkossa esimerkeissä.

Tehtävä 13: Jakaja

Tee ohjelma, joka kysyy käyttäjältä kaksi kokonaislukua ja tulostaa niiden osamäärän. Varmista, että 3 / 2 = 1.5. Jos desimaaliosa katoaa, lue materiaalin kohdasta Liukuluvut eli desimaaliluvut missä vika on.

Anna ensimmäinen luku: 3
Anna toinen luku: 2

Jakolasku: 3 / 2 = 1.5

Tehtävä 14: Ympyrän kehän pituus

Ympyrän kehän pituus lasketaan kaavalla 2 * pii * säde. Tee ohjelma, joka kysyy käyttäjältä ympyrän säteen ja laskee sen perusteella ympyrän kehän pituuden. Javasta löytyy valmis piin arvo, saat sen kirjoittamalla Math.PI laskutoimitukseen.

Anna ympyrän säde: 20

Ympyrän kehä: 125.66370614359172

Tehtävä 15: Ikien summa

Tee ohjelma, joka kysyy kahden käyttäjän nimet ja iät. Tämän jälkeen ohjelma tulostaa henkilöiden ikien summan.

Kerro nimi: Charles Babbage
Kerro ikä: 224

Kerro nimi: Ada Lovelace
Kerro ikä: 200

Charles Babbage ja Ada Lovelace ovat yhteensä 424 vuotta vanhoja.

6 Valinta ja totuusarvot

Tähän mennessä tekemämme ohjelmat ovat edenneet suoraviivaisesti käskystä toiseen, toimien jokaisella suorituskerralla samalla tavalla. Jotta ohjelman suoritus voisi haarautua erilaisille suorituspoluille esimerkiksi käyttäjän antaman syötteen perusteella, tarvitsemme käyttöömme valintakäskyn.

int luku = 11;

if (luku > 10) {
    System.out.println("Luku oli suurempi kuin 10");
}

Ehto (luku > 10) on joko totta tai epätotta riippuen muuttujan luku arvosta. Yllä oleva valintakäsky luetaan "jos muuttujan luku arvo on suurempi kuin 10".

Ehdon jälkeen avaava aaltosulku { aloittaa lohkon (block), jonka sisältö suoritetaan jos ehto on tosi. Lohko loppuu sulkevaan aaltosulkuun }. Lohko voi olla kuinka pitkä tahansa.

Huomaa, että if -lauseen perään ei tule puolipistettä, sillä lause ei lopu ehto-osan jälkeen.

6.1 Koodin sisennys

Lohkojen sisällä oleva koodi sisennetään. Esimerkiksi if-komennon jälkeisen lohkon, eli {-merkkiä seuraavien rivien komentoja ei kirjoiteta samalle tasolle (eli yhtä "vasemmalle") kuin komentoa if, vaan ne sisennetään -- neljä välilyöntiä -- oikealle. Neljä merkkiä saa myös tabulaattorimerkillä (q:n vasemmalla puolella oleva näppäin). Kun lohko sulkeutuu, eli tulee }-merkki, sisennys loppuu. }-merkki on samalla tasolla kuin if.

if (luku > 10) {
luku = 9;
}

if (luku > 10) {
    luku = 9;
}

Kerro nopeus: 15

Kerro nopeus: 135

Ylinopeussakko!

6.2 Vertailuoperaattorit

Vertailuoperaattoreita ovat seuraavat:

• >suurempi kuin
• >=suurempi tai yhtäsuuri kuin
• <pienempi kuin
• <= pienempi tai yhtäsuuri kuin
• == yhtäsuuri kuin
• != erisuuri kuin

int luku = 55;

if (luku != 0) {
    System.out.println("Luku oli erisuuri kuin 0");
}

if (luku >= 1000) {
    System.out.println("Luku oli vähintään 1000");
}

Anna luku: 1983

Anna luku: 1984

Orwell

6.3 else

Jos valinnan ehto on epätotta, voidaan suorittaa vaihtoehtoinen lohko koodia, tämä käy komennon else avulla. Huomaa lähdekoodin sisennystyyli myös tässä.

int luku = 4;

if (luku > 5) {
    System.out.println("Lukusi on suurempi kuin viisi!");
} else {
    System.out.println("Lukusi on viisi tai alle!");
}

  Lukusi on viisi tai alle!

Huom! Komento else tulee samalle riville loppuvan aaltosulun kanssa. Jos et tee näin, tyylitarkastaja valittaa "Line xx: '}' should be on the same line."

Anna luku: 5

Luku on positiivinen.

Anna luku: -2

Luku ei ole positiivinen.

Kuinka vanha olet? 12

Et ole vielä täysi-ikäinen!

Kuinka vanha olet? 32

Olet jo täysi-ikäinen!

6.4 else if

Jos valittavissa olevia vaihtoehtoja on enemmän kuin kaksi kannattaa käyttää else if-komentoa, joka on kuten else, mutta lisäehdolla. else if tulee if-ehdon jälkeen. else if ehtoja voi olla useita.

int luku = 3;

if (luku == 1) {
    System.out.println("Luku on yksi");
} else if (luku == 2) {
    System.out.println("Lukuna on kaksi");
} else if (luku == 3) {
    System.out.println("Kolme lienee lukuna!");
} else {
    System.out.println("Jotain muuta!");
}

Kolme lienee lukuna!

Luetaan ylläoleva esimerkki: 'Jos luku on yksi, tulosta "Luku on yksi", muuten jos luku on kaksi, tulosta "Lukuna on kaksi", muuten jos lukuna on kolme, tulosta "Kolme lienee lukuna!". Muulloin, tulosta "Jotain muuta!"'.

Anna ensimmäinen luku: 5
Anna toinen luku: 3

Suurempi luku: 5

Anna ensimmäinen luku: 5
Anna toinen luku: 8

Suurempi luku: 8

Anna ensimmäinen luku: 5
Anna toinen luku: 5

Luvut ovat yhtä suuret!

6.5 Vertailujen suoritusjärjestys

Vertailut suoritetaan järjestyksessä ylhäältä alaspäin. Kun suorituksessa päästään lohkoon, jonka ehto on totta, suoritetaan lohko ja lopetetaan vertailu.

int luku = 5;

if (luku == 0) {
    System.out.println("Luku on nolla.");
} else if (luku > 0) {
    System.out.println("Luku on suurempi kuin nolla.");
} else if (luku > 2) {
    System.out.println("Luku on suurempi kuin kaksi.");
} else {
    System.out.println("Luku on pienempi kuin nolla.");
}

Luku on suurempi kuin nolla.

Yllä oleva esimerkki tulostaa merkkijonon "Luku on suurempi kuin nolla." vaikka myös ehto luku > 2 on totta. Vertailu siis lopetetaan ensimmäiseen valintakäskyyn, jonka ehto on totta.

Anna pisteet [0-100]: 37

Arvosana: hylätty

Anna pisteet [0-100]: 76

Arvosana: hyväksytty

Anna pisteet [0-100]: 95

Arvosana: 5

Anna pisteet [0-100]: -3

Arvosana: mahdotonta!

6.6 Loogiset operaatiot

Valinnan ehto voi olla myös monimutkaisempi, yksittäisten loogisten operaatioiden avulla koostettu ehto. Loogisia operaatioita ovat:

• ehto1 && ehto2 lausekkeen arvo on tosi molemmat ehdoista ovat tosia
• ehto1 || ehto2 lausekkeen arvo on tosi jos jompi kumpi tai molemmat ehdoista tosia

Seuraavassa yhdistetään &&:lla eli ja-operaatiolla kaksi yksittäistä ehtoa. Koodilla tarkistetaan, onko muuttujassa oleva luku suurempi kuin 4 ja pienempi kuin 11, eli siis välillä 5-10:

System.out.println("Onkohan luku väliltä 5-10: ");
int luku = 7;

if (luku > 4 && luku < 11) {
    System.out.println("On! :)");
} else {
    System.out.println("Ei ollut :(")
}

Onkohan luku väliltä 5-10:
On! :)

Seuraavassa annetaan ||:n eli tai-operaation avulla kaksi vaihtoehtoa, onko luku pienempi kuin 0 tai suurempi kuin 100. Ehto toteutuu jos luku täyttää jomman kumman ehdon:

System.out.println("Onkohan luku pienempi kuin 0 tai suurempi kuin 100");
int luku = 145;

if (luku < 0 || luku > 100) {
    System.out.println("On! :)");
} else {
    System.out.println("Ei ollut :(")
}

Onkohan luku pienempi kuin 0 tai suurempi kuin 100
On! :)

Kuinka vanha olet? 10
OK

Kuinka vanha olet? 55
OK

Kuinka vanha olet? -3
Mahdotonta!

Kuinka vanha olet? 150
Mahdotonta!

6.7 Totuusarvomuuttuja

Kaikki vertailut muuntuvat käytännössä totuusarvomuuttujaksi. Totuusarvomuuttujan tyyppi on boolean ja arvo true tai false.

boolean onkoTotta = true;
System.out.println("Totuusarvomuuttujan arvo on " + onkoTotta);

Totuusarvomuuttujan arvo on true

Vertailuoperaattoreita voi käyttää myös ehtojen ulkopuolella. Tällöin vertailun tuloksena saatu totuusarvo asetetaan talteen totuusarvomuuttujaan myöhempää käyttöä varten.

int eka = 1;
int toka = 3;

boolean onkoSuurempi = eka > toka;

Yllä olevassa esimerkissä totuusarvomuuttuja onkoSuurempi sisältää nyt totuusarvon false.

Totuusarvomuuttujaa voidaan käyttää valintakäskyssä ehtona.

int eka = 1;
int toka = 3;

boolean onkoPienempi = eka < toka;

if (onkoPienempi) {
    System.out.println("1 on pienempi kuin 3!");
}

Yllä olevassa kuvassa ohjelmakoodia on suoritettu niin pitkään, että ohjelman muuttujat on luotu ja niihin on asetettu arvot. Muuttujassa onkoPienempi on arvona true. Seuraavana suoritetaan vertailu if (onkoPienempi) -- muuttujaan onkoPienempi liittyvä arvo löytyy sen lokerosta, ja lopulta ohjelma tulostaa:

1 on pienempi kuin 3!

6.8 Jakojäännös

Jakojäännös on hieman harvemmin käytetty operaatio, joka on kuitenkin varsin näppärä kun halutaan tarkistaa esimerkiksi luvun jaollisuutta. Jakojäännösoperaation merkki on %.

int jakojaannos = 7 % 2; 
System.out.println(jakojaannos); // tulostaa 1

System.out.println(5 % 3); // tulostaa 2
System.out.println(7 % 4); // tulostaa 3
System.out.println(8 % 4); // tulostaa 0
System.out.println(1 % 2); // tulostaa 1

Jos haluamme tietää onko käyttäjän syöttämä luku jaollinen neljälläsadalla, tarkastamme onko syötetyn luvun jakojäännös neljänsadan suhteen nolla.

Scanner lukija = new Scanner(System.in);
int luku = Integer.parseInt(lukija.nextLine());
int jakojaannos = luku % 400;

if (jakojaannos == 0) {
    System.out.println("Luku " + luku + " on jaollinen neljälläsadalla.");
} else {
    System.out.println("Luku " + luku + " ei ole jaollinen neljälläsadalla.");
}

Koska jakojäännös on samanlainen operaatio kuin muutkin laskut, voi sen asettaa osaksi valintakäskyä.

Scanner lukija = new Scanner(System.in);
int luku = Integer.parseInt(lukija.nextLine());

if (luku % 400 == 0) {
    System.out.println("Luku " + luku + " on jaollinen neljälläsadalla.");
} else {
    System.out.println("Luku " + luku + " ei ole jaollinen neljälläsadalla.");
}

Anna luku: 2
Luku 2 on parillinen.

Anna luku: 7
Luku 7 on pariton.

6.9 Monimutkaisemman ongelman ratkaiseminen osa kerrallaan

Tutustutaan klassiseen ohjelmointiongelmaan:

Ohjelmoija lähtee ratkaisemaan tehtävää lukemalla ongelmakuvauksen, ja luomalla ohjelmakoodia ongelmakuvausta seuraten. Koska ohjelman suoritusehdot esitellään ongelmassa annetussa järjestyksessä, muodostuu ohjelman rakenne järjestyksen perusteella. Ohjelman rakenne muodostuu seuraavien askelten perusteella:

1. Tee ohjelma, joka lukee luvun käyttäjältä ja tulostaa sen.
2. Jos luku on jaollinen kolmella, tulosta luvun sijaan merkkijono "Fizz".
3. Jos luku on jaollinen viidellä, tulosta luvun sijaan merkkijono "Buzz".
4. Jos luku on jaollinen kolmella ja viidellä, tulosta luvun sijan merkkijono "FizzBuzz".

Jos-tyyppiset ehdot on helppo toteuttaa if - else if - else -valintakäskyjen avulla. Alla oleva koodi on toteutettu ylläolevien askelten perusteella, mutta se ei kuitenkaan toimi oikein. Miksi ei? Kokeile itse!

Scanner lukija = new Scanner(System.in);

int luku = Integer.parseInt(lukija.nextLine());

if (luku % 3 == 0) {
    System.out.println("Fizz");
} else if (luku % 5 == 0) {
    System.out.println("Buzz");
} else if (luku % 3 == 0 && luku % 5 == 0) {
    System.out.println("FizzBuzz");
} else {
    System.out.println(luku);
}

Alla kerrotaan syy edellisen ohjelman toimimattomuuteen, spoilerivaroitus!

Valintakäskyjen suoritusjärjestyksestä

Edellisessä lähestymistavassa ongelmana on se, että valintakäskyjen läpikäynti lopetetaan ensimmäiseen ehtoon, jonka arvo on totta. Esimerkiksi luvulla 15 tulostetaan merkkijono "Fizz", sillä luku on kolmella jaollinen (15 % 3 == 0).

Yksi lähestymistapa ylläolevan ajatusketjun kehittämiseen on ensin etsiä vaativin ehto ja toteuttaa se. Tämän jälkeen toteutettaisiin muut ehdot. Yllä olevassa esimerkissä ehto "jos luku on jaollinen kolmella ja viidellä" vaatii kahden tapauksen toteutumista. Nyt ajatusketju olisi muotoa.

1. Tee ohjelma, joka lukee luvun käyttäjältä ja tulostaa sen.
2. Jos luku on jaollinen kolmella ja viidellä, tulosta luvun sijan merkkijono "FizzBuzz".
3. Jos luku on jaollinen kolmella, tulosta luvun sijaan merkkijono "Fizz".
4. Jos luku on jaollinen viidellä, tulosta luvun sijaan merkkijono "Buzz".

Nyt ongelmakin tuntuu ratkeavan.

Scanner lukija = new Scanner(System.in);

int luku = Integer.parseInt(lukija.nextLine());

if (luku % 3 == 0 && luku % 5 == 0) {
    System.out.println("FizzBuzz");
} else if (luku % 3 == 0) {
    System.out.println("Fizz");
} else if (luku % 5 == 0) {
    System.out.println("Buzz");
} else {
    System.out.println(luku);
}

6.10 Valintakäskyistä ja lohkoista

Monimutkaisempien tarkistusten muodostamisessa voi hyödyntää sulkuja:

int luku = 99;

if ((luku > 0 && luku < 10) || luku > 100) {
    System.out.println("luku oli joko yhden ja yhdeksän väliltä tai yli sata");
} else {
    System.out.println("luku oli 0 tai pienempi tai väliltä 10-99");
}

luku oli 0 tai pienempi tai väliltä 10-99

Yllä oleva esimerkki toimii käytännössä samoin kuin seuraava esimerkki.

int luku = 99;

if (luku > 0 && luku < 10) {
    System.out.println("luku oli joko yhden ja yhdeksän väliltä tai yli sata");
} else if (luku > 100) {
    System.out.println("luku oli joko yhden ja yhdeksän väliltä tai yli sata");
} else {
    System.out.println("luku oli 0 tai pienempi tai väliltä 10-99");
}

Valintakäskyn lohkon sisällä voi olla mitä tahansa koodia, myös toinen valintakäsky.

int x = 45;
int luku = 55;

if (luku > 0) {
    System.out.println("Luku on positiivinen");

    if (luku > x) {
        System.out.println(" ja suurempi kuin muuttujan x arvo");
        System.out.println("muuttujan x arvohan on " + x);
    }
}

Anna vuosi: 2011
Vuosi ei ole karkausvuosi.

Anna vuosi: 2012
Vuosi on karkausvuosi.

Anna vuosi: 1800
Vuosi ei ole karkausvuosi.

Anna vuosi: 2000
Vuosi on karkausvuosi.

7 Merkkijonojen vertailu ja equals

Merkkijonoja, eli tekstejä, ei voi vertailla yhtäsuuri kuin (==) operaatiolla. Merkkijonojen vertailuun käytetään erillistä equals-komentoa, joka liittyy aina verrattavaan merkkijonoon.

String teksti = "kurssi";

if (teksti.equals("marsipaani")) {
    System.out.println("Teksti-muuttujassa on teksti marsipaani.");
} else {
    System.out.println("Teksti-muuttujassa ei ole tekstiä marsipaani.");
}

Komento equals liitetään aina siihen verrattavaan tekstimuuttujaan, "tekstimuuttuja piste equals teksti". Tekstimuuttujaa voidaan myös verrata toiseen tekstimuuttujaan.

String teksti = "kurssi";
String toinenTeksti = "pursi";

if (teksti.equals(toinenTeksti)) {
    System.out.println("Samat tekstit!");
} else {
    System.out.println("Ei samat tekstit!");
}

Merkkijonoja vertailtaessa on syytä varmistaa että verrattavalla tekstimuuttujalla on arvo. Jos muuttujalla ei ole arvoa, ohjelma tuottaa virheen NullPointerException, joka tarkoittaa ettei muuttujan arvoa ole asetettu tai se on tyhjä (null).

Seuraavassa käännetään !:n eli negaatio-operaation avulla ehdon arvo päinvastaiseksi:

System.out.println("Eihän merkkijono ole 'maito'");
String merkkijono = "piimä";

if (!(merkkijono.equals("maito"))) {  // tosi jos ehto merkkijono.equals("maito") on epätosi
    System.out.println("ei ollut!");
} else {
    System.out.println("oli");
}

ei ollut!

Negaatio-operaatio, eli !ehto, kääntää siis totuusarvon ympäri.

int eka = 1;
int toka = 3;

boolean onkoSuurempi = eka > toka;

if (!onkoSuurempi) {
    System.out.println("1 ei ole suurempi kuin 3");
}

1 ei ole suurempi kuin 3

Kirjoita merkkijono: totta
Oikein meni!

Kirjoita merkkijono: tottapa
Koitappa uudelleen!

Anna tunnus: aleksi
Anna salasana: tappara
Olet kirjautunut järjestelmään

Anna tunnus: elina
Anna salasana: kissa
Olet kirjautunut järjestelmään

Anna tunnus: aleksi
Anna salasana: jokerit
Virheellinen tunnus tai salasana!

8 Toiston alkeet

Valintakäskyjen avulla saamme ohjelman toimintaan ehdollisuutta, eli esim. jos käyttäjätunnus ja salasana ovat oikein, päästetään käyttäjä kirjautumaan ohjelmaan ja muuten ei.

Ehdollisuuden lisäksi tarvitsemme usein toistoa: käyttäjätunnusta ja salasanaa pitää pystyä kysymään uudelleen niin kauan kunnes oikea käyttäjätunnus/salasana-pari on annettu.

8.1 Ikuinen toisto

Yksinkertaisin toiston muoto on ikuinen toisto. Seuraava ohjelma tulostaa merkkijonoa osaan ohjelmoida! ikuisesti eli "äärettömän monta kertaa":

while (true) {
    System.out.println("osaan ohjelmoida!");
}

Komento while (true) saa sen aikaan, että siihen liittyvää lohkoa, eli {}:lla ympäröityjä komentoja -- tässä System.out.println("osaan ohjelmoida!"); -- suoritetaan äärettömän monta kertaa.

8.2 Toistolauseesta poistuminen

Ikuinen toisto ei yleensä ole se mitä halutaan. Saat NetBeansista käynnissä olevan ohjelman sammutettua painamalla tulostusikkunan vasemmalla puolella olevaa punaista nappia. Ohjelmakoodissa toistolauseesta poistutaan komennolla break.

Scanner lukija = new Scanner(System.in);

while (true) {
    System.out.println("osaan ohjelmoida!");

    System.out.print("jatketaanko (ei lopettaa)? ");
    String komento = lukija.nextLine();
    if (komento.equals("ei")) {
        break;
    }
}

System.out.println("kiitos ja kuulemiin.");

Kun tietokone suorittaa komennon break, siirtyy se toistolausetta seuraavan komennon suorittamiseen.

Ylläolevassa esimerkissä toisto etenee siten että ensin tulostuu osaan ohjelmoida! ja tämän jälkeen ohjelma kysyy käyttäjältä jatketaanko vielä. Jos käyttäjä vastaa ei, suoritetaan komento break. Tällöin suoritus siirtyy toistolausetta seuraavaan komentoon, joka tulostaa merkkijonon kiitos ja kuulemiin.

osaan ohjelmoida!
jatketaanko (ei lopettaa)? joo
osaan ohjelmoida!
jatketaanko (ei lopettaa)? ja
osaan ohjelmoida!
jatketaanko (ei lopettaa)? ei
kiitos ja kuulemiin.

8.3 Yhteenveto: while-true-break

8.4 Esimerkki: Laskin

Seuraavassa esimerkissä on toteutettu summa- ja erotustoiminnallisuudet tarjoava laskin. Laskin kysyy käyttäjältä komentoa. Komennolla lopetus suoritetaan break ja toisto loppuu. Jos komento ei ole lopetus, kysytään kahta lukua. Jos komento oli summa lasketaan lukujen summa ja tulostetaan se. Jos komento oli erotus toimitaan vastaavasti. Muussa tapauksessa ilmoitetaan että komento on tuntematon. Lopulta palataan toistolausekkeen alkuun, ja toistolausekkeessa olevan koodin suoritus alkaa uudelleen.

System.out.println("tervetuloa käyttämään laskinta");

while (true) {
    System.out.print("anna komento (summa, erotus, lopetus): ");
    String komento = lukija.nextLine();
    if (komento.equals("lopetus")) {
        break;
    }

    System.out.print("anna luvut ");
    int eka = Integer.parseInt(lukija.nextLine());
    int toka = Integer.parseInt(lukija.nextLine());

    if (komento.equals("summa")) {
        int summa = eka + toka;
        System.out.println("lukujen summa " + summa);
    } else if (komento.equals("erotus")) {
        int erotus = eka - toka;
        System.out.println("lukujen erotus " + erotus);
    } else {
        System.out.println("tuntematon komento");
    }
}

System.out.println("kiitos ja kuulemiin.");

Screencast joka näyttää miten ohjelma syntyy:

Tehtävä 27: Salasana

Tässä tehtävässä luodaan ohjelma joka kyselee käyttäjältä salasanaa. Jos salasana menee oikein, nähdään salainen viesti.

Anna salasana: nauris
Väärin!
Anna salasana: lanttu
Väärin!
Anna salasana: porkkana
Oikein!

Salaisuus on: znvavbfgv grugl!

Toteutetaan ohjelma kolmessa askeleessa.

27.1 Salasanan kysyminen

Testipalvelimelta tulevaan ohjelmarunkoon on määritelty muuttuja String salasana, jolle on asetettu arvoksi porkkana -- älä muuta tätä salasanaa. Toteuta lisätoiminnallisuus, jossa ohjelma kysyy käyttäjältä salasanaa ja vertailee sitä muuttujassa salasana olevaan arvoon. Muista mitä erityistä merkkijonojen vertailussa on!

Anna salasana: nauris
Väärin!

Anna salasana: porkkana
Oikein!

Anna salasana: bataatti
Väärin!

27.2 Salasanan kysyminen kunnes käyttäjä vastaa oikein

Muokkaa ohjelmaa siten, että se kysyy salasanaa kunnes käyttäjä syöttää oikean salasanan. Toteuta salasanan jatkuva kysyminen while (true) { ... } -toistolausekkeen avulla. Toistolausekkeesta pääsee pois, jos ja vain jos käyttäjän syöttämä salasana on sama kuin muuttujassa salasana oleva arvo.

Anna salasana: nauris
Väärin!
Anna salasana: lanttu
Väärin!
Anna salasana: porkkana
Oikein!

27.3 Salainen viesti

Lisää ohjelmaan oma salainen viestisi joka näytetään kun käyttäjä kirjoittaa salasanan oikein. Se voi olla mitä tahansa!

Anna salasana: nauris
Väärin!
Anna salasana: lanttu
Väärin!
Anna salasana: porkkana
Oikein!

Salaisuus on: znvavbfgv grugl!

Ylläoleva salaisuus on salattu käyttäen Rot13-algoritmia.

Tehtävä 28: Lämpötiloja

Saat tehtäväpohjan mukana komponentin nimeltään Kuvaaja. Kuvaaja piirtää sille annetuista luvuista kuvaajan. Lukuja annetaan kuvaajalle näin:

Kuvaaja.lisaaNumero(13.0);

double arvo = 10;
Kuvaaja.lisaaNumero(arvo);

Teemme ohjelman, joka piirtää kuvaajan sille annetuista päivittäisistä lämpötiloista.

28.1 Kysely

Tee ohjelma, joka kysyy käyttäjältä liukulukuja (double) ja lisää ne kuvaajaan. Liukulukuja tulee kysyä kunnes käyttäjä syöttää luvun, joka on pienempi kuin -1000. Tällaista lukua ei tule lisätä kuvaajaan.

Liukulukuja luetaan seuraavasti double luku = Double.parseDouble(lukija.nextLine());

HUOM: Tee kaikki muutokset tiedostoon Lampotiloja.java. Älä muokkaa tiedostoa Kuvaaja.java

28.2 Tarkastus

Paranna edellistä ohjelmaasi niin, että lämpötilat jotka ovat alle -30 tai yli 40 jätetään lisäämättä.

Tehtävä 29: Robottiohjain, versio 2

Robottimme on kehittynyt, sillä on silmät ja suunta! Huraa!

Tässä tehtävässä ohjaamme robottia, jonka tehtävänä on työntää varastossa oleva laatikko rahtialueelle. Kuvassa robotti on musta neliö jolla on silmät, laatikko harmaa, ja rahtialue turkoosi.

Uusi robottimme ei enää kuuntele käskyjä "ylös", "alas", "vasemmalle" ja "oikealle", vaan se kulkee siihen suuntaan, mihin se osoittaa. Robottia voi kääntää komennoilla Ohjain.vasen(); ja Ohjain.oikea();, jotka kääntävät robottia vastapäivään ja myötäpäivään. Robotin liikuttaminen tapahtuu komennoilla Ohjain.liiku();, joka siirtää robottia yhden askeleen robotin osoittamaan suuntaan, ja Ohjain.liikuMonta(int montako);, joka liikuttaa robottia annetun määrän askelia osoitettuun suuntaan.

Robotin alkutilanteessa se suuntaa katseensa oikealle. Alla olevassa tilanteessa robottia on käännetty vasemmalle, jolloin sen katse suuntaa ylös, ja sitä on komennettu liikkumaan kolme kertaa.

Tehtävä on jaettu useampaan osaan, joissa ensimmäisessä toteutetaan manuaalinen ohjaus robotille, ja seuraavissa kehitämme automaattista ohjausta.

29.1 Ohjaus komentoriviltä

Tässä tehtävässä tavoitteena on rakentaa robotille manuaalinen ohjaus. Rakenna ohjelma samalla tavalla kuin edellä oleva laskin-esimerkki. Ohjelman tulee seurata seuraavia komentoja:

1. sammuta sammuttaa robottiohjaimen (komento Ohjain.sammuta();) ja poistuu ohjelmasta.
2. vasen kääntää robottia vasemmalle (komento Ohjain.vasen();).
3. oikea kääntää robottia oikealle (komento Ohjain.oikea();).
4. liiku liikuttaa robottia yhden askeleen (komento Ohjain.liiku();).
5. liikuMonta kysyy käyttäjältä askelten lukumäärää ja liikuttaa robottia halutun määrän (komento Ohjain.liikuMonta(int montako);).

Huom! Komento Ohjain.sammuta() sammuttaa vain robottiohjaimen, ei ohjelmaasi jonka kautta robottiohjainta käytetään. Avainsanasta break saattaa olla tässä hyötyä..

Toteuta ohjelma siten, että ohjain suorittaa käyttäjän pyytämät komennot. Alla on esimerkki annetuista komennoista sekä kuva lopputilasta.

komento (sammuta, vasen, oikea, liiku, liikuMonta): liiku

komento (sammuta, vasen, oikea, liiku, liikuMonta): vasen

komento (sammuta, vasen, oikea, liiku, liikuMonta): liiku

komento (sammuta, vasen, oikea, liiku, liikuMonta): liiku

komento (sammuta, vasen, oikea, liiku, liikuMonta): oikea

komento (sammuta, vasen, oikea, liiku, liikuMonta): liikuMonta
Kuinka monta askelta: 3

Huom! Voit palauttaa tehtävän jo tässä välissä vaikka kaikki tehtävän osa-alueet eivät vielä menisikään läpi!

29.2 Viereen siirtyminen

Lisää tekstikäyttöliittymään komento "viereen", joka siirtää robotin laatikon viereen sen vasemmalle puolelle. Ratkaisua ohjelmoidessa voit olettaa, että robotti lähtee liikkeelle aina sen alkusijainnista, se katsoo aluksi aina samaan suuntaan, ja että rahtialue on aina samassa kohdassa.

Ohjaimeen on lisätty seuraavat komennot, joiden avulla saat käyttöösi robotin, laatikon ja rahtialueen sijainnin. Voit käyttää niitä robotin tarvitsemien siirtymien laskemiseen.

// kertoo robotin x- ja y-koordinaatit
int robottiX = Ohjain.robottiX();
int robottiY = Ohjain.robottiY();

// kertoo laatikon x- ja y-koordinaatit
int laatikkoX = Ohjain.laatikkoX();
int laatikkoY = Ohjain.laatikkoY();

// kertoo rahtialueen x- ja y-koordinaatit
int tavoiteX = Ohjain.tavoiteX();
int tavoiteY = Ohjain.tavoiteY();

Yllä komentojen lisäksi käytössä on komento Ohjain.asetaLaatikkoSatunnaisesti();, joka asettaa laatikon satunnaisesti pelialueelle, kuitenkin siten, että se on aina robotin oikealle yläpuolella, ja rahtialueen vasemmalla yläpuolella. Kutsu sitä ennen käynnistystä seuraavasti:

public class Paaohjelma {

    public static void main(String[] args) {
        Scanner lukija = new Scanner(System.in);

        Ohjain.asetaLaatikkoSatunnaisesti();
        Ohjain.kaynnista();

        // toteuta ohjelma tänne

        // oma toteutuksesi, joka saattaa alkaa muodossa
        while (true) {
        // ...

komento (sammuta, vasen, oikea, liiku, liikuMonta, viereen): viereen

Vinkki! Kannattanee hahmotella paperilla miten robotin siirtyminen ja liike riippuu laatikon sijainnista.

29.3 Automaattinen ohjaus

Lisää vielä käyttöliittymään komento "ratkaise", joka käskee robottia työntämään laatikon rahtialueelle. Kuten edellisessäkin osassa, voit olettaa että laatikko on aina robotin oikealla yläpuolella ja rahtialueen vasemmalla yläpuolella, robotti aloittaa liikkumisen aina samasta ruudusta, katsoo aluksi samaan suuntaan, ja että rahtialue on aina samassa ruudussa. Komennon "ratkaise" tulee toimia myös silloin, kun se annetaan komennon "viereen" jälkeen.

komento (sammuta, vasen, oikea, liiku, liikuMonta, viereen, ratkaise): ratkaise

Komennon "ratkaise" tulee toimia vaikka robotti ei olisi laatikon vieressä.