Wyzwanie Java #2: Podstawowe instrukcje

W poprzednim wyzwaniu przygotowaliśmy sobie środowisko do pracy i stworzyliśmy swój pierwszy program. Dzisiaj chcemy podnieść poprzeczkę i poznać podstawowe instrukcje wykorzystywane w języku Java!

Przed nami takie rzeczy jak:

Komentarze
Zmienne i stałe
Typy danych
Operatory
Instrukcje sterujące
Pętle

Zaczynamy!

Komentarze

Zaczniemy od zagadnienia dość prostego, ale przydatnego na kolejnych etapach nauki, mianowicie komentarzy. Komentarz to tak naprawdę dowolny kawałek naszego kodu, który nie zostanie uwzględniony w programie. Komentarze mogą służyć do zostawienia krótkiej informacji dla innych programistów lub czasami “wyłączenia” kawałka kodu, w trakcie pisania i testowania naszego programu.

Wyróżniamy trzy rodzaje komentarzy:

liniowe - od znaków // do końca linii
blokowe - wszystko pomiędzy znakami /* i */
Javadoc - służy do tworzenia dokumentacji

Poniżej przykład użycia w kodzie takich komentarzy:

package pl.kodolamacz;

/**
 * To jest Javadoc 
 * dla klasy
 */
public class MyFirstJavaApplication {

    /**
     * Tutaj Javadoc 
     * dla funkcji
     */
    public static void main(String[] args) {

        // Tutaj jest komentarz liniowy

        /*
        To jest komentarz blokowy
        Może on mieć wiele linii
         */
    }

}

Komentarzy będziemy używać w przykładach kodu w celu wyjaśnienia niektórych instrukcji. Więcej o komentarzach możemy poczytać tutaj.

Zmienne

W poprzednim programie wczytywaliśmy od użytkownika jego imię i nazwisko, a następnie wyświetlaliśmy te informacje. Nasz program wyglądał mniej więcej tak:

package pl.kodolamacz;

import java.util.Scanner;

public class MyFirstJavaApplication {

    public static void main(String[] args) {

        Scanner scanner = new Scanner(System.in);

        System.out.println("Proszę podaj swoje imię:");
        String forename = scanner.nextLine();

        System.out.println("Proszę podaj swoje nazwisko:");
        String surname = scanner.nextLine();

        scanner.close();

        System.out.println("Witaj " + forename + " " + surname);
    }

}

Aby taki program mógł zadziałać, musieliśmy w jakiś sposób zapamiętać sobie naszą wartość, czyli imię i nazwisko użytkownika. Potrzebujemy do tego czegoś w rodzaju “pudełka” na dane, gdzie będziemy mogli w każdej chwili coś włożyć, a potem pobrać i w razie potrzeby włożyć coś innego. Takie “pudełka” na dane w językach programowania nazywamy zmiennymi (ang. variable).

W naszym kodzie z wyzwania stworzyliśmy dwie zmienne, forename i surname:

String forename = scanner.nextLine();
String surname = scanner.nextLine();

Nazwa zmiennej musi się zaczynać literą oraz może składać się z liter i cyfr. Za “literę” w Javie traktujemy dowolny znak Unicode, w tym także polskie znaki potocznie nazywane literami z ogonkami jak np. “ą”. Przyjęto jednak zwyczajowo, że nasze programy piszemy w języku angielskim, ułatwia to współpracę z programistami z całego świata oraz unikamy problemów z kodowaniem.

W nazwach zmiennych możemy używać zarówno dużych i małych liter, trzeba jednak pamiętać, że wielkość liter ma znaczenie i zmienna forename, Forename czy foreName to zupełnie inne zmienne. Przyjęto, że w Javie stosujemy notację camelCase, czyli nazwy zmiennych zaczynamy zawsze małą literą, zaś w przypadku nazw będących złożeniem kilku słów, każde kolejne słowo zaczyna się dużą literą, np. myDogName.

Dodatkowo nie można stosować w nazwach symboli taki jak ”+”, spacji oraz słów zarezerwowanych.

Więcej o “zwyczajach” stosowanych w języku Java, czyli tak zwanych konwencjach, możemy przeczytać tutaj. Oczywiście nie ma obowiązku ich przestrzegania, jest to jednak mocno zalecane i ułatwia współpracę z innymi programistami. Zdarza się także, że różne firmy tworzą własne reguły pisania kodu, gdybyśmy chcieli zobaczyć jak robi to firma Google wystarczy zajrzeć na tę stronę.

Typy danych

Java jest językiem o ścisłej kontroli typów. Oznacza to, że każda zmienna ma z góry określony typ, czyli informację o tym co można do takiej zmiennej zapisać. Typy dzielimy na proste (ang. primitive) oraz złożone, czyli obiekty o których powiemy sobie więcej w kolejnych wyzwaniach.

Do typów prostych zaliczamy:

byte - przechowuje liczby całkowite z zakresu od -128 do 127
short - przechowuje liczby całkowite z zakresu od -32 768 do 32 767
int - przechowuje liczby całkowite z zakresu -2³¹ do 2³¹-1
long - przechowuje liczby całkowite z zakresu -2⁶³ do 2⁶³-1
float - przechowuje liczby zmiennoprzecinkowe 32 bitowe zgodne ze standardem IEEE 754
double - przechowuje liczby zmiennoprzecinkowe 64 bitowe zgodne ze standardem IEEE 754
boolean - przechowuje wartość logiczną (prawda lub fałsz, ang. true or false)
char - przechowuje znaki (dokładnie znaki Unicode, 16-bit, 0-65,535)

Brzmi to dość skomplikowanie, ale wcale tak nie jest. Pierwsze cztery typy przechowują liczby - im większa liczba, tym “bardziej pojemny” typ musimy użyć, co oczywiście skutkuje zużyciem większego miejsca w pamięci komputera. Kolejne dwa typy, czyli float i double przechowują liczby niecałkowite, które nazywamy w informatyce zmiennoprzecinkowymi - im “więcej miejsc po przecinku”, tym typu o większej precyzji musimy użyć, czyli double zamiast float. Typ boolean przechowuje dwa rodzaje wartości, true lub false i zostanie pokazany w rozdziale z warunkami. Ostatni typ służy do przechowywania pojedynczych znaków, czyli np. liter lub cyfr.

Więcej informacji o typach możemy znaleźć pod tym adresem.

Łańcuchy znaków

W Javie nie ma wbudowanego typu prostego dla łańcucha znaków, czyli jakiegoś napisu. W zamian mamy klasę String pozwalającą nam na przypisanie napisów. O łańcuchach powiemy sobie więcej w innym wyzwaniu, gdzie skupimy się na obsłudze dat i napisów w Javie.

Poniżej przykład stworzenia dowolnego łańcucha:

String text = "To jest dowolny tekst";

Deklaracja

Zmienne w języku Java trzeba deklarować, czyli podać typ oraz nazwę zmiennej, np:

int days;
long miliseconds;
float avg;
double money;
boolean success;
char character;

Możemy też zadeklarować kilka zmiennych razem, gdy są tego samego typu:

int days, months;

ale nie jest to zalecane, gdyż utrudnia czytanie programów.

Inicjalizacja

Zmiennych które są tylko zadeklarowane nie możemy użyć, dlatego trzeba najpierw je zainicjalizować, czyli przypisać im jakąś wartość początkową:

days = 5;
miliseconds = 1212312807128L;
avg = 4.5f;
money = 50.6;
success = true;
character = 'a';

Najlepiej jest jednak deklarować zmienne i je inicjalizować w tej samej linijce jak poniżej:

int days = 5;
long miliseconds = 1212312807128L;
float avg = 4.5f;
double money = 50.6;
boolean success = true;
char character = 'a';

Jeśli nie jest to możliwe, należy deklarację napisać jak najbliżej w kodzie miejsca inicjalizacji, kod będzie łatwiejszy do analizowania.

W powyższym przykładzie powiedzieliśmy kompilatorowi, że nasza zmienna days ma mieć na początku wartość równą 5, zaś money wartość równą 50.6. Liczbę 5 oraz 50.6 w tym przypadku nazywamy literałem (ang. literal), czyli konkretną wartością zapisaną w naszym kodzie. Należy zauważyć, że literały w Javie domyślnie są typu int oraz double dlatego w przypadku literałów typu long i float pojawiły się odpowiednio litery L oraz f. Więcej przykładów takich literałów możemy znaleźć w dokumentacji na tej stronie.

Słowo var

W starszych wersjach języka Java zawsze musieliśmy podawać typ zmiennej. Od wersji 10 języka nie musimy tego robić, możemy pozwolić by kompilator domyślił się tego za nas. Korzystamy wtedy ze słówka var będącego skrótem słowa variable czyli zmienna. Powyższy fragment kodu możemy w takim razie zapisać jako:

var days = 5;
var money = 50.6;

W kolejnych przykładach kodu, będziemy na przemian korzystać ze słówka var lub deklaracji typu zmiennej, by przyzwyczaić się do obydwu możliwości.

Stałe

Wartość przechowywaną w zmiennej w każdej chwili możemy zmienić na inną (stąd też nazwa zmienna). Jednak czasami potrzebujemy powiedzieć kompilatorowi oraz innym programistom, że coś ma być “stałe”. Wtedy warto skorzystać ze słówka final.

Poniższy kod jest prawidłowy:

int days = 5;
days = 10;

zaś poniższy już nie:

final int days = 5;
days = 10; // tutaj będzie błąd!

Operatory

Na zmiennych możemy wykonywać różne operacje, np. arytmetyczne. Robimy to za pomocą operatorów.

Podstawowymi operatorami są znaki ”+”, ”-”, ”*”, ”/” oraz ”%” oznaczające operację odpowiednio dodawania, odejmowania, mnożenia, dzielenia oraz modulo (reszta z dzielenia). Także znak ”=” jest tak zwanym operatorem przypisania. Poniżej przykład użycia tych operatorów:

package pl.kodolamacz;

public class MyFirstJavaApplication {

    public static void main(String[] args) {

        double x = 10;
        double y = 2;

        var result = x + y;
        System.out.println(result);

        result = x - y;
        System.out.println(result);

        result = x * y;
        System.out.println(result);

        result = x / y;
        System.out.println(result);
        
        result = x % y;
        System.out.println(result);
    }

}

Czasami chcemy zwiększyć wartość naszej zmiennej bez konieczności zapisywania wyniku w innej zmiennej jak poniżej:

int x = 2;
int y = x + 5;

Wolimy wtedy napisać:

int x = 2;
x = x + 5;

Można to jednak jeszcze bardziej uprościć używając operatorów ”+=”, ”-=”, ”*=”, ”/=“. Dzięki nim zamiast pisać:

package pl.kodolamacz;

public class MyFirstJavaApplication {

    public static void main(String[] args) {

        double x = 10;
        double y = 2;

        x = x + y;
        System.out.println(x);

        x = x - y;
        System.out.println(x);

        x = x * y;
        System.out.println(x);

        x = x / y;
        System.out.println(x);
    }

}

… możemy napisać zwięźlej:

package pl.kodolamacz;

public class MyFirstJavaApplication {

    public static void main(String[] args) {

        double x = 10;
        double y = 2;

        x += y;
        System.out.println(x);

        x -= y;
        System.out.println(x);

        x *= y;
        System.out.println(x);

        x /= y;
        System.out.println(x);
    }

}

Zauważmy, że w obydwu przypadkach przy każdym działaniu zmieniamy wartość zmiennej “x”, dlatego wyniki będą inne, niż gdy korzystaliśmy ze zmiennej “result”.

Innymi przydatnymi i często używanymi operatorami są operatory inkrementacji ”++” i dekrementacji ”—” czyli zwiększenia i zmniejszenia zmiennej o wartość równą jeden. Poniżej krótki przykład użycia tych operatorów:

package pl.kodolamacz;

public class MyFirstJavaApplication {

    public static void main(String[] args) {

        double x = 10;
        System.out.println(x);

        x++;
        System.out.println(x);

        x--;
        System.out.println(x);
        
    }

}

Możemy także zapisać je tak:

package pl.kodolamacz;

public class MyFirstJavaApplication {

    public static void main(String[] args) {
        double x = 10;
        System.out.println(x);
        System.out.println(x++);
        System.out.println(x--);
        System.out.println(x);
    }

}

Niestety po uruchomieniu powyższego programu wyniki, które zobaczymy w terminalu mogą się różnić od tych, których byśmy się spodziewali. Dzieje się tak dlatego, że nasze zmienne zostaną najpierw przekazane do funkcji println i wyświetlone, a dopiero potem zostaną zastosowane operatory ”++” i ”—“. Gdybyśmy chcieli najpierw wykonać operacje inkrementacji i dekrementacji powinniśmy użyć tych operatorów z lewej strony zmiennej, co będzie oznaczało dla kompilatora “najpierw zwiększ, potem wyślij do funkcji println”. Poniżej przykład:

package pl.kodolamacz;

public class MyFirstJavaApplication {

    public static void main(String[] args) {
        double x = 10;
        System.out.println(x);
        System.out.println(++x);
        System.out.println(--x);
        System.out.println(x);
    }

}

Ostatnimi podstawowymi i często używanymi operatorami są operator równości ”==”, operator nierówności “!=” i cztery operatory większości ”>”, ”<”, ”>=”, ”<=”, pozwalające sprawdzić czy wartości dwóch zmiennych są równe, czy nie oraz która wartość jest większa. Operatory te zwracają prawdę (true) lub fałsz (false) czyli zmienną typu boolean. Poniżej przykład użycia tych operatorów:

package pl.kodolamacz;

public class MyFirstJavaApplication {

    public static void main(String[] args) {
        double x = 10;
        double y = 5;

        System.out.println(x == y); // czy x jest równe y
        System.out.println(x != y); // czy x jest różne od y

        System.out.println(x > y); // czy x jest większe od y
        System.out.println(x >= y); // czy x jest większe lub równe y

        System.out.println(x < y); // czy x jest mniejsze od y
        System.out.println(x <= y); // czy x jest mniejsze lub równe y
    }

}

Należy pamiętać, że operatory równości działają dla typów prostych. Dla typów złożonych, o których powiemy sobie w kolejnym wyzwaniu, mają zupełnie inne zastosowanie niż “porównanie wartości”. Jest to bardzo ważne, by o tym pamiętać. Dla przykładu takim typem złożonym jest poznany wcześniej String czyli łańcuch znaków. Jeśli chcemy porównać dwa łańcuchy, musimy użyć funkcji equals. Poniżej przykład porównania dwóch napisów:

package pl.kodolamacz;

public class MyFirstJavaApplication {

    public static void main(String[] args) {
        String text = "To jest dowolny tekst";
        var otherText = "To jest inny tekst";

        System.out.println(text.equals(otherText)); // Zwróci false, gdyż napisy są różne
    }

}

Operatory te są używane przede wszystkim w instrukcjach sterujących (patrz dalej).

Więcej operatorów możemy znaleźć pod tym adresem. Zamieszczona tam tabela nie tylko pokazuje wszystkie dostępne operatory w języku Java, ale także odzwierciedla kolejność wykonywania operacji gdy w jednej linijce kodu użyjemy kilku operatorów, podobnie jak w szkole podstawowej na lekcjach matematyki słuchaliśmy o kolejności wykonywania działań matematycznych. Tak samo jak na matematyce, w Javie także można się wspomagać nawiasami, gdy domyślna kolejność nam nie odpowiada.

Instrukcje warunkowe

W Javie, podobnie jak w większości języków programowania, działaniem naszego programu sterujemy za pomocą instrukcji warunkowych. Do budowania tych instrukcji korzystamy ze słówka kluczowego if oraz else.

W najprostszej postaci instrukcja warunkowa wygląda tak:

if (warunek) polecenie;

Jeśli chcemy dla danego warunku wykonać kilka instrukcji musimy użyć nawiasów { }:

if (warunek) {
    instrukcja 1;
    instrukcja 2;
}

Instrukcje wewnątrz nawiasów { } nazywamy blokiem instrukcji.

Gotowy kod Java może więc wyglądać tak:

package pl.kodolamacz;

public class MyFirstJavaApplication {

    public static void main(String[] args) {
        double x = 10;
        double y = 5;

        if(x > y){
            System.out.println("x jest większe od y");
        }
    }

}

Funkcja println zostanie wykonana tylko i wyłącznie wtedy, gdy wartość zmiennej x będzie większa od y (co w tym przypadku jest prawdą).

Jeśli chcemy wykonać jakąś akcję gdy warunek nie zostanie spełniony możemy użyć słowa kluczowego else:

package pl.kodolamacz;

public class MyFirstJavaApplication {

    public static void main(String[] args) {
        double x = 10;
        double y = 5;

        if(x > y){
            System.out.println("x jest większe od y");
        } else {
            System.out.println("x nie jest większe od y");
        }
    }

}

Instrukcję if można łączyć ze sobą robiąc kaskadę warunków:

package pl.kodolamacz;

public class MyFirstJavaApplication {

    public static void main(String[] args) {
        double x = 10;
        double y = 5;

        if(x > y){
            System.out.println("x jest większe od y");
        } else if (x < y) {
            System.out.println("x jest mniejsze od y");
        } else {
            System.out.println("x jest równe y");
        }
    }

}

Pętle

Innym mechanizmem sterowania pracą naszego programu są pętle. Pozwalają one na wykonanie wielokrotnie jakiejś operacji. W składni języka mamy dostępne trzy rodzaje pętli: while, do-while oraz for, która jest dostępna w dwóch wariantach.

Pętla while służy do wykonywania jakiejś instrukcji dopóki spełniony jest warunek:

while (warunek) instrukcja

Tak samo jak w przypadku instrukcji warunkowych możemy w pętli wykonywać całe bloki kodu dzięki nawiasom { }.

Poniższy program pobiera od użytkownika liczbę dopóki jej wartość nie będzie większa od 100:

package pl.kodolamacz;

import java.util.Scanner;

public class MyFirstJavaApplication {

    public static void main(String[] args) {

        Scanner scanner = new Scanner(System.in);

        System.out.println("Podaj proszę liczbę większą od 100:");
        var number = scanner.nextDouble();

        while (number <= 100) {
            System.out.println("Liczba nie jest większa od 100, podaj jeszcze raz:");
            number = scanner.nextDouble();
        }

        scanner.close();

        System.out.println("Dziękuję! Podałeś liczbę: " + number);
    }

}

Jeśli zmienna number już za pierwszym razem zostanie podana prawidłowa, nasza pętla nigdy się nie wykona, gdyż najpierw jest sprawdzany warunek.

Pętla do-while działa bardzo podobnie do while, jednak w tym przypadku najpierw wykonujemy blok kodu, a dopiero potem sprawdzamy warunek. Nasz program z użyciem pętli do-while będzie wyglądać tak:

package pl.kodolamacz;

import java.util.Scanner;

public class MyFirstJavaApplication {

    public static void main(String[] args) {

        Scanner scanner = new Scanner(System.in);

        double number;
        do {
            System.out.println("Podaj proszę liczbę większą od 100:");
            number = scanner.nextDouble();
        } while (number <= 100);

        scanner.close();

        System.out.println("Dziękuję! Podałeś liczbę: " + number);
    }

}

Pętla for służy do wykonania jakiejś instrukcji określoną liczbę razy. Jej składnia wygląda następująco:

for ( inicjalizacja zmiennych pomocniczych; warunek ; zmiana wartości zmiennych pomocniczych)
    instrukcja

Wyobraźmy sobie, że chcemy wyświetlić wszystkie liczby od 1 do 10. Nasz program z użyciem pętli while wyglądałby tak:

package pl.kodolamacz;

public class MyFirstJavaApplication {

    public static void main(String[] args) {

        var i = 1;
        while (i <= 10) {
            System.out.println(i++);
        }
    }

}

zaś w przypadku pętli for tak:

package pl.kodolamacz;

public class MyFirstJavaApplication {

    public static void main(String[] args) {

        for (var i = 1; i <= 10; i++) {
            System.out.println(i);
        }
    }

}

Jak widać na dwóch powyższych przykładach, obydwu pętli można stosować zamiennie w zależności od tego, której w danym momencie jest nam łatwiej użyć!

Pętla for ma jeszcze drugą wersję, tak zwany foreach, ale do tego przypadku wrócimy gdy poznamy tablice i kolekcje w Javie.

Wyzwanie

Nasze drugie wyzwanie będzie bardziej wymagające od poprzedniego. Chcemy byście napisali uproszczoną wersję kalkulatora! Uproszczoną dlatego, że nie będziemy mieć okienka z przyciskami, liczby jak i polecenia będziemy podawać w terminalu, np. tak:

Proszę podaj w oddzielnych linijkach jakąś liczbę, operację matematyczną +,-,*,/,%, a następnie kolejną liczbę:
12
+
3
Twój wynik to: 15
Chcesz wykonać kolejne działanie? Wpisz literę t lub n.

Rozwiązanie wyzwania #2 opublikujemy w piątek na stronie naszego wydarzenia na Facebooku. W międzyczasie będziemy tam też zamieszczać materiały dodatkowe, które uzupełnią Waszą wiedzę na temat Javy i pracy programisty.

Jak uda się Wam poprawnie wykonać zadanie - pochwalcie się tym koniecznie w przeznaczonym do tego poście na FB!

Kolejna część wyzwania za tydzień, 30 kwietnia o godz. 10:00.

Powodzenia!

Gotowe rozwiązanie zadania 2 znajdziecie tutaj.

Wszystkie wspisy z serii #javowewyzwanie:

Wprowadzenie

Wyzwanie 1 - Hello world!

Wyzwanie 2 - Podstawowe instrukcje

Wyzwanie 3 - Programowanie obiektowe

Wyzwanie 4 - Algorytmy i struktury danych w języku Java

Wyzwanie 5 - Interfejsy i dziedziczenie

Wyzwanie 6 - Operacje wejścia - wyjścia