מבוא למדעי המחשב, סמסטר א', תשע"א תרגול מס' 2 נושאים משתנים וטיפוסים אופרטורים פונקציות מתמטיות מהמחלקה Math המרת טיפוסים תנאים ולולאות

הקדמה תכנית מחשב נכתבת כטקסט בקובץ. הטקסט כתוב בשפת תכנות והוא מכיל את ההוראות המהוות את התוכנית. התוכנית עוברת תהליך הנקרא הידור ואחריה ניתן להפעיל את התוכנית. בקורס זה נכתוב תוכניות בשפה Java תוכניות ב Java נשמרות בקבצים בעלי סיומת java.

תוכנית ראשונה הקלידו את התוכנית הבאה בקובץ Hello.java. שימו לב לסימני פיסוק, ואותיות גדולות וקטנות. // This program prints "Hello World!" on the screen public class Hello { public static void main(String[] args) { System.out.println("Hello World!"); } הערה. לא חלק מהתוכנית. מוסיפים הערות כדי לעזור לקורא להבין מה התוכנית מבצעת. ניתן לסמן הערה ע"י // או /* */ class – הגדרה של מחלקה. כל תוכנית Java ממוקמת בתוך מחלקה. Hello – שם המחלקה מופיע מיד אחרי המילה class. נהוג לבחור שם משמעותי. שם המחלקה מתחיל באות גדולה. הגדרת המחלקה מופיעה בין סוגריים מסולסלות {} (שורה 2 עד שורה 6). public static void main(String[] args) – הכותרת של הפונקציה הראשית main. הקוד הרשום בפונקציה main מכתיב את סדר ריצת הפעולות בתוכנית. פקודת הדפסה. הטקסט המודפס מופיע בתוך גרשיים “Hello World!”. כל פקודה מסתיימת בתו ;

משתנים וטיפוסים* מהו משתנה? משתנה (variable) הוא יחידת מידע המאחסנת ערך במהלך ריצת התוכנית. ניתן להשתמש במשתנים על מנת לשמור ערכים, ולקבלם בשלב מאוחר יותר בתוכנית. ניתן לבצע פעולות חישוביות בעזרת משתנים. לכל משתנה יש טיפוס (type). הטיפוס קובע אילו סוגי ערכים המשתנה יכול להכיל.

הגדרת משתנים* יש להכריז על שמו של המשתנה וטיפוסו. למשל זוהי הגדרה על משתנה בשם num מטיפוס int (מספר שלם). int num; אפשר להגדיר מספר משתנים מאותו טיפוס בשורה אחת. int num1, num2;

*טווח הכרה של משתנה טווח ההכרה של משתנה (scope) הוא האזור בתוכנית שבו המשתנה מוגדר וניתן להשתמש בו. טווח ההכרה של משתנה תלוי בבלוק בו הוא מוגדר (בלוק מצוין ע"י סוגריים מסולסלים). טווח ההכרה של המשתנה מתחיל בשורה שבו המשתנה מוגדר ומסתיים בסוף הבלוק שבו נמצאת הגדרת המשתנה.

*פעולת השמה פעולת השמה (assignment) נותנת ערך למשתנה. = הוא סימן פעולת השמה, משמאל שם המשתנה ומימין הערך. פעולת השמה חייבת להופיע בתוך טווח ההכרה של המשתנה. למשל, הפקודה הבאה נותנת ערך 3 למשתנה num. num = 3; ניתן להגדיר את המשתנה ולבצע השמה בשורה אחת: int num1 = 1;

דוגמה: public class Example1 { public static void main(String[] args){ משתנים הגדרה שמות סקופ השמה פלט דוגמה: public class Example1 { public static void main(String[] args){ int num; num = 3; int num1 = 1, num2; num2 = num1; System.out.println("num = " + num); System.out.println("num1 = " + num1); System.out.println("num2 = " + num2); } scope of num scope of num1 and num2 הפלט (output) של התוכנית: num = 3 num1 = 1 num2 = 1

טיפוסים טיפוס של משתנה קובע: אילו ערכים יכול המשתנה להכיל מהן הפעולות שניתן לבצע על המשתנה רקע הזיכרון במחשב הוא זיכרון בינארי (binary). ביט (bit)- יחידת זיכרון בינארית. ביט יכול להיות 0 או 1. זיכרון המחשב נמדד ביחידות בסיסיות הנקראות בתים (bytes). 1 byte = 8 bit משתנים מאוחסנים בזיכרון המחשב נשמרים בבתים. מספר הבתים שדורש אחסון של משתנה תלוי בטיפוסו. לצורך הבנה מלאה של הנושא עליכם לקרוא באופן עצמאי על הנושא, התחלה טובה היא: Binary - Wikipedia.

טיפוסים פרימיטיביים טיפוסים נומריים שלמים 2. טיפוסים ממשיים הטיפוסים נומריים מייצגים מספרים שלמים: byte, short, int, long למשל: long longNum, longNum2; byte byteNum = 125; longNum = 1234567890; 2. טיפוסים ממשיים הטיפוסים הממשיים הם double, float. double doubleNum; doubleNum = 3.75; בתרגול זה נדון בטיפוסים הבסיסיים הנקראים טיפוסים פרימיטיביים.

טיפוסים פרימיטיביים 3. טיפוסים לוגיים 4. תווים הטיפוס הלוגי נקרא boolean. משתנים מטיפוס זה בעלי ערך true או false. boolean indicator; indicator = true; 4. תווים תו: char. סימן בודד התחום בגרשיים בודדות (למשל, 'a', 'A'). לפני סימן מיוחד יש תו backslash (למשל, newline '\n', tab '\t' , backspace '\b') char capitalN; capitalN = 'N';

טבלת סיכום טיפוסים מספריים מספר ה bytes ערכים byte 1 -27 עד 27-1 short 2 -215 עד 215-1 int 4 -231 עד 231-1 long 8 -263 עד 263-1 float double

קבועים קבוע (constant) הוא יחידת מידע המאחסנת ערך במהלך ריצת התוכנית. קבוע דומה למשתנה; ההבדל הוא שערכו של קבוע לא יכול להשתנות במהלך התוכנית מרגע שהקבוע קיבל את ערכו הראשוני. דוגמה: final int PASS_GRADE = 56; int grade; grade = PASS_GRADE; מתי כדאי להשתמש בקבוע? כאשר יש ערך קבוע שנמצא בשימוש רב בתוכנית. הגדרת קבוע בדומה להגדרת משתנה, בתוספת המילה השמורה final . נהוג להשתמש באותיות גדולות בשמות של קבועים.

אופרטורים על משתנים וערכים ניתן לבצע פעולות שונות, בהתאם לטיפוס. אופרטורים מבצעים חישוב ומחזירים תוצאה. אופרטורים אריתמטיים על משתנים וערכים מטיפוסים נומריים וממשיים אפשר לבצע פעולות אריתמטיות:

דוגמה 1 /* This program demonstrates addition and multiplication between integers. */ public class OperatorsExample1{ public static void main(String[] args){ int a = 3, b = 5; int c; c = a + b; System.out.println("c = "+ c); c = c * 2; } פלט התוכנית: c =8 c =16 c = 8 c = 16

דוגמה 2* התוכנית הבאה מדגימה את סדר הפעולות של הפעולות האריתמטיות: public class OperatorsExample { public static void main(String[] args) { int a = 18; int b = 42; int first = (a + b) * 2; int second = a + b * 2; System.out.println("first number is:" + first); System.out.println("second number is:" + second); } first number is:120 second number is:102

דוגמה 3 Enter a 3-digit number: 951 The reverse number is 159 import java.util.Scanner; /* This program accepts a 3-digit number from the user * reverses the digits and prints the result */ public class Reverse { public static void main(String[] args) { // Read a number from the user. Scanner sc = new Scanner(System.in); System.out.print("Enter a 3-digit number:"); int num = sc.nextInt(); // divide the number into ones, tens and hundreds. int ones = num % 10; int tens = (num % 100) / 10; int hundreds = num / 100; // calculate the reverse number int reverseNum = (ones * 100) + (tens * 10) + hundreds; System.out.println("The reverse number is " + reverseNum); } הסבר: השורה הראשונה import java.util.Scanner; טוענת את ספרית הScanner, המאפשר את פקודת קריאת הנתון מהמשתמש בשורה num = sc.nextInt();. דוגמה של ריצת התוכנית: Enter a 3-digit number: 346 The reverse number is 643 Enter a 3-digit number: 951 The reverse number is 159

אופרטורים יחסיים ב Java יש 6 אופרטורים המשווים בין שני מספרים ונותנים תשובה בוליאנית (true או false). Operator Name Description x < y Less than true if x is less than y, otherwise false. x > y Greater than true if x is greater than y, otherwise false. x <= y Less than or equal to true if x is less than or equal to y, otherwise false. x >= y Greater than or equal to true if x is greater than or equal to y, otherwise false. x == y Equal true if x equals y, otherwise false. x != y Not Equal true if x is not equal to y, otherwise false. שימו לב: לא להתבלבל בין פעולת השמה (=) לבין אופרטור שוויון (==).

דוגמה Enter the first number:10 Enter the second number:20 import java.util.Scanner; // This program compares two numbers with relational operators public class RelationalOperators { public static void main(String[] args) { Scanner sc = new Scanner(System.in); System.out.print("Enter the first number:"); int x = sc.nextInt(); System.out.print("Enter the second number:"); int y = sc.nextInt(); System.out.println("x<y is " + (x < y)); System.out.println("x>y is " + (x > y)); System.out.println("x<=y is " + (x <= y)); System.out.println("x>=y is " + (x >= y)); System.out.println("x==y is " + (x == y)); System.out.println("x!=y is " + (x != y)); } דוגמת ריצה: Enter the first number: 3 Enter the second number: 5 x<y is true x>y is false x<=y is true x>=y is false x==y is false x!=y is true Enter the first number:10 Enter the second number:20 x<y is true x>y is false x<=y is true x>=y is false x==y is false x!=y is true

אופרטורים לוגיים אופרטורים לוגיים פועלים על ערכים מטיפוס לוגי (בוליאני) וגם נותנים תשובה בוליאנית (true או false). Operator Name Description x && y And True if both x and y are true, otherwise false. x || y Or True if at least one of x or y are true, otherwise false. ! x Not True if x is false, otherwise false.

דוגמה Enter the first number:10 Enter the second number:9 import java.util.Scanner; // This program demonstrates logical operators. // It reads two integers from the user and checks if // they are larger than 10. public class LogicalOperators { public static void main(String[] args) { Scanner sc = new Scanner(System.in); System.out.print("Enter the first number:"); int x = sc.nextInt(); System.out.print("Enter the second number:"); int y = sc.nextInt(); System.out.println("(y<10)&&(x<10) is " + ((y<10) && (x<10))); System.out.println("(y<10)||(x<10) is " + ((y<10) || (x<10))); boolean state; state = ((y < 10) || (x < 10)); System.out.println("state is " + state); } למשל, אם המשתמש יכניס כקלט את המספרים 6 ו 12 נקבל: Enter the first number: 6 Enter the second number: 12 (y<10)&(x<10) is false (y<10)|(x<10) is true state is true Enter the first number:10 Enter the second number:9 (y<10)&&(x<10) is false (y<10)||(x<10) is true state is true

המחלקה Math המחלקה Math מאגדת בתוכה פונקציות מתמטיות שימושיות וקבועים. Math.abs(x) – ערך מוחלט של x. Math.max(x1,x2), Math.min(x1, x2) – המינימום והמקסימום (בהתאמה) בין x1 ו x2. Math.pow(x, y) – מחשב את x בחזקת y (xy). Math.sqrt(x) – שורש ריבועי של x. Math.random() – מחזיר מספר אקראי בין 0 ל 1. Math.PI – קבוע המייצג את הערך  (3.14159...)

דוגמה public class UseMath { public static void main(String[] args){ // This is an example of using Math methods double x = Math.abs(-3); x = Math.pow(x, 2 ); x = Math.max(x, Math.PI); System.out.println("max( (|-3|)^2 , Pi ) = " + x ); x = Math.random(); System.out.println("A random number between 0 and 1: "+ x); } max( (|-3|)^2 , Pi ) = 9.0 A random number between 0 and 1: 0.9764623048094814 המחלקה Math ומחלקות רבות נוספות כלולות בספריות Java הכלולות בהתקנת Java. מידע מפורט על מחלקת Math ומחלקות נוספות הכלולות ב Java ניתן למצוא בקישור http://java.sun.com/j2se/1.4.2/docs/api/java/lang/Math.html.

המרת טיפוס (Casting) לכל משתנה ב Java יש טיפוס ספציפי. מה קורה כאשר מערבים טיפוסים שונים בביטוי? במקרים מסוימים Java מטפלת בטיפוסים השונים באופן אוטומטי ובפעמים אחרות אנחנו חייבים לבצע המרה מפורשת של טיפוס נתונים אחד לאחר. המרות אוטומטיות כאשר מבצעים פעולה אריתמטית הערך המתקבל הינו בעל טיפוס מסוים. אם כך המרכיבים מאותו טיפוס אז הטיפוס המתקבל בפעולה הינו זהה. long y, w; long z = w + y; הערך של הביטוי x+y הינו מטיפוס long.

המרת טיפוס (Casting) כאשר מרכיבי הביטוי הינם מטיפוסים שונים הביטוי המתקבל יהיה מהטיפוס של המרכיב הכולל ביותר. הסדר של טיפוסים המספרים מן הפחות כולל לכולל ביותר הינו: byte, int, long, float, double. דוגמה האופרטור / עובד אחרת בהתאם לטיפוסים עליהם הוא מופעל. 5.0/2 --> 2.5 5.0/2.0 --> 2.5 5/2.0 --> 2.5 5/2 --> 2

המרת טיפוס (Casting) 2. המרות יזומות int i = 5; ניתן לבצע המרת טיפוס ע"י שימוש בפעולת השמה. הביטוי הימני עובר המרה לטיפוס של המשתנה המופיע בצד שמאל של ההשמה. int i = 5; double d; d = i; // d is 5.0 המרה כזו אפשרית רק כאשר הטיפוס של המשתנה בצד שמאל כללי יותר מהטיפוס של הביטוי בצד ימין.

המרת טיפוס (Casting) במקרה ההפוך, כאשר הטיפוס של המשתנה בצד שמאל כללי פחות מהטיפוס של הביטוי בצד ימין, נשתמש באופרטור ה type cast : (<type>). double d = 5.3; int i ; i = (int) d; // i is 5 שימוש נוסף באופרטור ה type cast הוא כאשר רוצים למנוע איבוד של חלק השבר בחלוקה של מספרים שלמים: double d; int x = 5, y = 2 ; d = ((double) x)/y; d = (double) x/y; הערה: שני השורות התחתונות מבצעות את אותו הדבר. פעולת ה type cast קודמת לאופרטור /. כאשר לא ברורה הקדימות רצוי להוסיף סוגריים.

משפט if-else משפט if-else הוא מבנה בסיסי בשפה המאפשר לשלוט בזרימת התוכנית. למשפט זה יש שני צורות: if (<condition>){ <statement> } <statement> } else { <alternative> הסבר: תחילה התנאי <condition> מוערך. אם ערכו true מתבצע <statement>. אחרת מתבצע < alternative> (אם יש במשפט else).

דוגמה ל- if import java.util.Scanner; public class Triangle {   public class Triangle { public static void main(String[] args) { Scanner sc = new Scanner(System.in); System.out.print("Enter the first number:"); double a = sc.nextInt(); System.out.print("Enter the second number:"); double b = sc.nextInt(); System.out.print("Enter the third number:"); double c = sc.nextInt(); if ((a + b <= c) || (a + c <= b) || (b + c <= a)){ System.out.println("There is no triangle with these sides."); } else{ System.out.println("There is a triangle with these sides."); בדוק אם שלושה מספרים נתונים הם אורכי צלעותיו של משולש. כאשר יש צורך לבצע מספר פקודות בתוך ה <statement> משתמשים בסוגריים מסולסלות.

לולאות לולאת while while (<condition>) { <statement> } לולאה מאפשרת לחזור על פעולות מספר פעמים כל עוד תנאי כלשהו מתקיים. לולאת while while (<condition>) { <statement> } לולאת for for(<initial>; <condition> ; <update>) { <statement> הסבר while: תחילה התנאי <condition> מוערך. אם ערכו true מתבצע <statement> והתנאי מוערך שוב וחוזר חלילה. עד אשר התנאי <condition> מוערך וערכו false. הסבר for : פעולת <initial> מתבצעת פעם יחידה. תנאי <condition> מוערך. אם ערכו true מתבצע <statement> ולאחר מכן <update> וחזרה ל 2. אם ערכו של <condition> false, הלולאה מסתיימת.

דוגמה* import java.util.Scanner;   // compute n! using while and for sentences. public class Factorial { public static void main(String[] args) { Scanner sc = new Scanner(System.in); System.out.print("Enter a non-negative number:"); int n = sc.nextInt(); int i = 1; // 1. using while int fact = 1; while (i <= n) { fact = fact * i; i = i + 1; } System.out.println("n!=" + fact); // 2. using for fact = 1; for (i = 1; i <= n; i = i + 1){

הערות על כתיבת קוד מכיוון שקטעי הקוד אותם נכתוב בקורס הזה ובכלל נקראים יותר מפעם אחת ישנם מספר כללים עליהם יש לשמור בכדי לדאוג שהקוד יהיה קריא וניתן להבנה מהירה שמות משתנים כאשר ניתן שמות למשתנים בתוכנית שלנו, יש לדאוג לתת שמות בעלי משמעות. שמות משתנים תמיד יתחילו באות קטנה ובנוסף, במידה ושם המשתנה מכיל יותר ממילה אחת, יש להשתמש באותיות גדולות בכדי לסמן התחלה של כל מילה (מוסכמה זו נקראת CamelCase). int numberOfStudentsEating; //better then nOSE הערות בקוד יש חשיבות גדולה לתוספת של הערות על קטע קוד, יש לתאר מה מטרת קטע הקוד בקצרה. עימוד (אינדנטציה) שימוש בעימוד על ידי הוספת טאבים לאחר פתיחת בלוק של קוד עוזרים להפוך את הקוד לקריא ומובן יותר (ניתן להבין את החלוקה לבלוקים).