1. Programmeringsintro

Programmeringsteknik

Versionen från 27 juni 2007 kl. 13.06

Vad är en dator?

En dator i dagligt tal består väsentligen av ett tangentbord, en mus och en skärm som ibland sitter i samma låda som själva datorn. I tekniska sammanhang menar man ibland lådan med datorn och ibland endast processorn som sitter i lådan.

Processorn sitter fast på ett kretskort, ofta kallat moderkortet och är kopplat till flera olika minnen. Viktigaste minnena är registren i processorn, där alla beräkningar och tolkningar (t ex om ett tal är större än ett annat) sker, RAM-minnet (Random Access Memory) där program ligger när de körs, och skivminnet (ofta kallat hårddisk) där program och dokument lagras för att vara kvar även när datorn har stängts av (till skillnad från RAM-minnet som töms varje gång strömmen stängs av).

Uppgifter som man brukar se i annonser om datorer är t ex processorhastighet mätt i MHz (MegaHertz), dvs miljoner cykler per sekund eller till och med GHz (GigaHertz), dvs miljarder cykler per sekund. Betyder detta att en 2GHz CPU är dubbelt så snabb som en 1MHz CPU? Inte nödvändigtvis. Det beror också på hur mycket arbete varje CPU utför per cykel.

Datorns prestanda är också i högsta grad beroende av minnets storlek och hastighet. RAM-storlek som mäts i MB (MegaByte), dvs miljoner byte. En byte består av vanligen åtta bitar och kan t ex lagra ett tal mellan 0 och 255. En bit är den minsta minnesenheten på en dator och innehåller en etta eller en nolla. Skivminnet mäts också i byte och är något hundratal gånger större än RAM-minnet.

Ibland hör man benämningen "data". I IT-sammanhang betyder data endast information. Personer som använder data (eller ännu värre: "datan") för att referera till själva datorn upplevs ofta som mindre kunniga (se t ex Maria Bloms film Masjävlar) av de som skiljer på datorer och informationen som datorerna behandlar.

Om du glömmer bort vad ett visst ord betyder kan du slå upp det i vår ordlista över pythontermer.

På många ställen i den här kursen finns det testfrågor som du kan använda för att kolla om du har förstått. Prova först att lösa uppgifterna på egen hand. Det går också utmärkt att diskutera frågorna på kursens forum. Här är en första uppmjukningsfråga.

Vad är en dator?

1. Detsamma som en processor med minne.
2. Detsamma som en processor, skärm, dator, tangentbord och mus.
3. Detsamma som en data.

Svar: ->2. Detsamma som en processor, skärm, dator, tangentbord och mus.<-

Lösningen till uppgiften är skriven med osynligt bläck på föregående rad. Om du vill titta på svaret så håller du ned vänster musknapp och markerar den osynliga texten som finns mellan tecknen -> och <-.

Vad är ett program?

Ett (dator-) program är en uppsättning instruktioner som styr vad datorn ska göra. Vanligen finns det indata (t ex knapp- eller mustryckningar) som behandlas av datorn enligt instruktionerna i programmet vilket resulterar i utdata (t ex text, diagram, bilder) på skärmen.

En analogi är stickning där samma indata (garn) med ett program kan bli till utdata i form av ett par sockor och med ett annat program till en tröja.

Precis som själva datorn består ett datorprogram väsentligen av två saker: minne och instruktioner. Minnet kallas för variabler, instruktionerna kallas ofta för satser. Satserna är det som avgör hur variablerna manipuleras (dvs ändrar värde).

Vad är ett datorprogram? (Det kan finnas flera riktiga svar.)

1. Något som styr en dator.
2. Detsamma som en processor, skärm, tangentbord och mus.
3. Något som styr hu en dator manipulerar indata för att presentera utdata.
4. En samling obegripliga ord i godtycklig ordning.
5. En samling av variabler och satser.

Svar: 1, 3 och 5 är alla rätt.

Vad är ett programspråk?

En dator förstår endast sitt eget datorspråk, maskinkod, som är mycket svårhanterligt även för de flesta erfarna programmerare. För att underlätta för alla som programmerar skriver man därför vanligen program i ett programspråk som t ex Java, C++ eller som vi ska använda i denna kurs: Python. För att kunna få datorn att förstå och utföra program skrivna i Python krävs det att man översätter (kompilerar, tolkar, interpreterar) det till datorns eget språk.

Installera Python på din dator

För att kunna läsa den här kursen måste du installera Python på din dator. Python finns tillgängligt för många olika operativsystem, bland annat Linux/Unix, Mac OS X och Windows, och är enkelt att installera. På webbplatsen python.org hittar du all information du behöver för att kunna ladda ner och installera den senaste verionsen av Python på din dator.

Gå till http://python.org och följ instruktionerna för att installera Python. Om du får problem så kan du, som alltid, ställa en fråga i kursens webbforum eller kontakta kursens handledare.

Kom igång med Python och IDLE

Nästa steg är att börja använda Python och IDLE. IDLE är ett ett utvecklingsverktyg för Python med vars hjälp man enkelt och behändigt kan skriva och testa sina program. En kort och introduktion som visar hur man använder IDLE för att skriva sitt första program hittar du på den här adressen. Gå dit, läs texten och prova själv på att skriva och köra ett Python-program.

För Python finns det alltså två sätt att skriva program. Antingen skriver man programkod direkt i en pythontolk och ser resultatet av varje kommando efterhand som man skriver in sitt program. Detta fungerar bäst om man vill skriva mycket korta program som bara ska användas en gång eller om man vill testa hur något fungerar i Python.

Det andra sättet är att använda ett redigeringsprogram, till exempel det som är inbyggt i IDLE, och seda låta pythontolken översätta och köra programmet. Fördelen med detta är att det blir enklare att gå tillbaka och ändra programmet om det inte blev riktigt rätt eller om man kommer på roliga tillägg. När man skriver större program gör man alltid på detta sätt.

Eftersom tolken bara är ett dumt program kräver den att texten i programfilen (eller det du skriver i tolken) mycket strikt följer bestämda regler. Ett väldigt litet pythonprogram som kan kompileras och köras utan fel ser ut så här:

print "Hej!"

Om man skriver någonting som kompilatorn inte kan översätta kommer den att tala om var det är fel och vägra att översätta allt. Lyckas översättningen så går programmet att köra. I det här fallet kommer texten Hej! att skrivas ut.

Tilldelning

För att hålla reda på data i ett program används variabler. Alla variabler har ett namn för att kunna skilja dem åt. Du kan jämföra med minnet på en miniräknare. Enklare räknare har bara ett minne och behöver därför inte namnge det. Mer avancerade räknare har flera minnen som namnges med t ex ett nummer. Ett datorprogram kan hålla reda på en stor mängd data. När man programmerar kan man lägga in data som t ex längd vikt och ålder i datorns minne med hjälp av variabler. För att tilldela variablerna värden skriver man i Python t ex:

age = 18
length = 180
weight = 80

I vänsterledet (vänster om =) skriver man namnet på den variabel som ska få ett nytt värde och i högerledet (höger om =) värdet som tilldelas. Likhetstecknet kallas i programmeringssammanhang för tilldelning (eller tom tilldelningsoperator). Man kan också skriva variabler i högerledet:

my_cousins_age = age

Då tilldelas my_cousins_age samma värde som age har. Alla variabelnamn i Python måste börja med en (engelsk) bokstav (inte åäö), men efter den kan man blanda bokstäver och siffror.

Högerledet kan innehålla uträkningar som behöver utföras innan tilldelningen sker:

a = 3
b = a + 15

Ovanstående två rader ser till att b får värdet 18.

Ett bra sätt att förstå vad som händer i ett program är att stegvis går igenom det för hand och skriva upp alla variabelvärden. Varje variabel har endast ett värde åt gången och kommer inte ihåg vad för värde den haft tidigare.

Vad blir värdet på variabeln d efter följande rader?

a = 12
b = a
c = a + b + 3
d = c - b

Svar: d = 15

Vad är det för fel på följande kod?

6606 = svenska_flaggans_dag

1. 6606 är ett ogiltigt variabelnamn.
2. Det blir fel för att 6606 inte är svenska flaggans dag.
3. Man kan inte tilldela värdet 6606 ett nytt värde.

Svar: 1 och 3 är båda korrekta svar.

Olika slags värden

Det finns olika slags värden man tilldela variabler. Som vi tidigare sett kan man tilldela variabler värden i form av tal, men man kan också tilldela teckenföljder som t ex namn. I datalitteraturen kallas teckenföljderna för strängar (av engelskans string som bland annat betyder sträng och kedja).

namn1 = 'Oskar'
namn2 = "Kajsa"

För att skilja på variabelnamn och strängar omsluter man strängar med apostrofer eller citattecken.

namn3 = 'Sima'
namn4 = namn3

I exemplet ovan får namn4 värdet 'Sima'. Hade man skrivit apostrofer runt namn3 hade namn4 istället fått värdet 'namn3'.</p>

Vad blir det för värden på a och b efter följande rader?

djur = 'katt'
a = djur
b = 'djur'

Svar: a får värdet 'katt' och b får värdet 'djur'.

Uppräkning

Man kan öka värdet på variabler som tidigare har tilldelats ett värde med hjälp av uppräkningsoperatorn +=. Om variabeln innehåller en siffra räknas värdet upp. Efter följande rader

my_age = 19
my_age += 1

får my_age värdet 20. Den första raden ger my_age värdet 19 och den andra raden räknar upp my_age med 1. När du trycker på pil upp eller ned i telefonnummerlistan på din mobil utför den en upp- eller nedräkning på samma sätt som andra raden.</p>

Man kan åstadkomma samma sak med satserna:

my_age = 19
my_age = my_age + 1

Men så många tecken orkar få programmerare att skriva. Anledningen att variabeln heter my_age istället för min_ålder är att åäö inte fungerar i variabelnamn.

Om variabeln innhåller en sträng läggs den nya strängen till den gamla. Efter satserna:

husdjur = "hund "
husdjur += "och katt"

Kommer husdjur att vara "hund och katt"</p>

Vad är värdet på a och s efter följande rader?

a = 100
b = 10
a += b
s = "svaret är "
s += "a"

1. a = 10010, s = "svaret är 10010"
2. a = 110, s = "svaret är a"
3. a = 100, s = "svaret är 100"
4. a = 110, s = "svaret är 110"
5. 1 = 110, s = "svaret är 100"

Svar: Det korrekta svaret är 2: a = 110, s = "svaret är a".

Utskrifter

För att skriva ut värden på skärmen använder man instruktionen print. Prova följande pythonprogram i IDLE:

x = 15
print x
print 1001
print 14

Genom att använda ett kommatecken så kan man skriva ut flera saker på samma rad. Exempelvis skriver

print "Charles is", 19, "years old"

ut "Charles is 19 years old" på samma rad. Precis samma sak skrivs ut på samma sätt av:

age = 19
print "Charles is", age, "years old"

Vill man att en senare utskrift (t ex en som görs av en print-sats några rader senare) ska göras på samma rad som den man just skriver ut låter man ett komma stå sist på raden:

print "Charles is",
age = 2006-1987
print age, "years old"

Ovanstående skriver också ut samma sak som tidigare.

Kommentarer

# Skriv ut Charles ålder
print "Charles is",
age = 2006-1987
print age, "years old"

Den första raden i det här programmet, raden som börjar med #-tecknet, är en så kallad kommentar. Raden påverkar inte vad som händer när man kör programmet utan är enbart avsedd som information för den som läser programmet.

Kommentarer kan kanske verka överflödiga men är i själva verket mycket viktiga för att man ska kunna förstå och överblicka sina program.

Vad skrivs ut av följande kod?

# Skriv ut Annas telefonnummer
namn = 'Anna'
telefon = '06509911122'
mobil = '07079911322'
print namn, "har telefon", telefon

Svar: Anna har telefon 06509911122

Prov