2. Styrstrukturer

Programmeringsteknik

Versionen från 10 september 2014 kl. 15.37

Styrstrukturer

Problem: I Kims sovrum så finns det inget fönster. Eftersom Kim tycker om att ligga och dra sig om morgnarna så vore det bra att ha ett program som läser in väderinformation som temperatur och föreslår lämpliga kläder så att längsta möjliga tid kan ägnas åt snoozning.

Kunde vi mer om programmering skulle vi kunna skriva ett program som läser temperaturinformation från någon vädersajt, men i denna kurs (och som en första version av programmet) nöjer vi oss med att läsa informationen från tangentbordet. Sådana förenklingar är vanliga när man programmerar: man börjar med att förenkla problemet och löser det varefter man tar sig an allt svårare problem.

För att kunna skriva första versionen av ett sådant program behöver vi lära oss två saker: hur man läser inmatning från tangentbordet och hur man jämför tal.

Inläsning

För att läsa från tangentbordet använder man en input-sats, t ex

temperatur = input()

Efter denna sats kommer variablen temperatur att innehålla den sträng som den som körde programmet skrev på tangentbordet (och avslutade med returtangenten).

Vill man att variabeln temperatur ska vara ett tal istället omvandlar man med funktionen float för decimaltal eller int för heltal.

temperatur = float(input())

Tyvärr är det svårt för den som kör programmet att fatta att det är just temperatur som ska matas in eftersom programmet inte frågar efter något. Det fixar man lätt med en print-sats:

# Exempel som visar hur inläsning går till.
print("Ge utetemperatur: ")
temperatur = float(input())

Den här konstruktionen (skriv ut fråga och läs in svar) är så vanlig att man ordnat ett förkortat skrivsätt för den:

# Exempel som visar hur inläsning kan göras kortare.
temperatur = float(input("Ge utetemperatur: "))

Viktigt att förstå är att input-satser läser inmatningen i den ordning den kommer. Det går inte att hoppa över någon del av inmatningen. Om någon skriver t ex 17[retur]42[retur] och du endast vill läsa det andra talet (42) måste man först läsa det första (17).

Villkor

När vi väl vet temperaturen kan vi kolla om den är för låg genom att skriva:

temperatur = float(input("Ge utetemperatur: "))
if temperatur < 5:
    print("Burr, idag är det kallt!")

Detta program kommer att se ut så här på skärmen:

Ge utetemperatur: 1
Burr, idag är det kallt!

eller

Ge utetemperatur: 17

Detta program kommer alltså att skriva ut texten "Burr, idag är det kallt!" endast om (svaret på frågan om) utetemperaturen är mindre än 5. Strukturen på en if-sats är:

if < BOOLESKT UTTRYCK> :
	< EN ELLER FLERA SATSER SOM SKA EXEKVERAS>

En if-sats startar med reserverade ordet if, efter ordet if ska ett uttryck som resulterar ett booleskt värde (True eller False) komma. Efter uttrycket kommer tecknet kolon (:). Efter kolon kommer de satser som ska exekveras om värdet blir True. Dessa satser ska indenteras med mellanslags- eller tabulator-tangenten. För att undvika problem bör du inte blanda indentering gjord med mellanslag och tabbar i samma fil.

Konstanter

En konstant i Python är precis som en variabel, men som en konvention skriver man variabelnamnet med versaler.

KIMS_FRYSPUNKT = 5
temperatur = int(input("Ge utetemperatur: "))
if temperatur < KIMS_FRYSPUNKT:
    print("Burr, idag är det kallt ute!")

En konstant ändrar inte funktionen i ett program från användarens sida, men det gör programmet lättare att modifiera för programmeraren (ffa om programmet är stort) och rätt använd kan den också göra programmet tydligare.

Else-del i if-sats

Om villkoret temperatur < KIMS_FRYSPUNKT är False händer ingenting alls när man kör programmet. Det är trist programmering. Kim vill gärna ha feedback även då och bygger ut if-satsen så här:

KIMS_FRYSPUNKT = 5
temperatur = int(input("Ge utetemperatur: "))
if temperatur < KIMS_FRYSPUNKT:
    print("Burr, det är kallt ute!")    
else:
    print("Idag är det lagom varmt ute!")

Detta program kommer att se ut så här på skärmen:

Ge utetemperatur: 2
Burr, det är kallt ute!

eller

Ge utetemperatur: 17
Idag är det lagom varmt ute!

Satserna efter else kommer alltså att utföras när villkoret i if-satsen är False. Strukturen på en if-else-sats är:

if < BOOLESKT UTTRYCK> :
	< EN ELLER FLERA SATSER SOM SKA EXEKVERAS>
else:
    <EN ELLER FLERA SATSER SOM SKA EXEKVERAS>

Flera villkor

Plötsligt kommer Kim på att det kan bli ännu varmare och vill ha en tredje utskrift om temperaturen är över 20 och det därmed är badväder.

# Ett program som visar hur if-elif-else fungerar
KIMS_FRYSPUNKT = 5
KIMS_GLASSPUNKT = 20
temperatur = int(input("Ge utetemperatur: "))
if temperatur < KIMS_FRYSPUNKT:
    print("Burr, idag är det kallt ute!")
elif temperatur > KIMS_GLASSPUNKT:
    print("Idag är det sommar ute!")
else:
    print("Idag är det lagom varmt ute!")

Detta program kommer att se ut så här på skärmen

Ge utetemperatur: 3
Burr, idag är det kallt ute!

eller

Ge utetemperatur: 17
Idag är det lagom varmt ute!

eller

Ge utetemperatur: 25
Idag är det sommar ute!

Hur många villkor som helst kan kombineras med hjälp av elif. Villkoren kontrolleras i tur och ordning, uppifrån och ned. Det första villkor som blir True får programmet att fortsätta exekveringen på de närmast följande indenterade satserna efter kolon fram till nästa icke-indenterade sats. Därefter hoppas resten av if-satsen över. Om inget villkor blir True (och endast då) utförs de indenterade satserna efter else.

Strukturen på en if-else-sats är:

if <BOOLESKT UTTRYCK>:     
    <EN ELLER FLERA SATSER SOM SKA EXEKVERAS> 
elif <BOOLESKT UTTRYCK>:     
    <EN ELLER FLERA SATSER SOM SKA EXEKVERAS> 
else:      
    <EN ELLER FLERA SATSER SOM SKA EXEKVERAS>

Likhet

När man vill testa likhet så används dubbla likhetstecken. Enkelt likhetstecken används bara till tilldelning. Exempel:

betyg = 2123
if betyg == 2000:
    print("Du har precis kommit in på högskolan")
elif betyg > 2000:
    print("Du har kommit in på högskolan")
else:
    print("Du har inte kommit in på högskolan")

While-slingor

När en eller flera satser ska upprepas ett antal gånger är en while-sats ett bra hjälpmedel. Anta att man vill skriva ett program som skriver texten "Python" 5 gånger på skärmen. Detta kan man åstadkomma genom att använda en while-sats enligt nedan. Siffrorna i början på varje rad är för att vi ska kunna referera till raderna i texten. När man programmerar skriver man förstås utan siffror och kolon.

1: antal_varv = 0
2: while antal_varv < 5 :
3:   print("Python")
4:   antal_varv += 1

Innan vi går igenom programmet presenterar vi idén bakom programkoden.

För att lösa problemet behöver vi en räknare för att hålla reda på antalet gånger texten "Python" skrivits ut så att programmet kan sluta skriva ut texten efter 5:e gången.

Programmet har alltså följande uppgifter att utföra:

• Skriva ut texten "Python"
• Skapa en räknare och nollställa den
• Kontrollera räknarens värde
• Uppdatera räknarens värde

Nu ska vi gå igenom programmet i detalj.

I rad nummer 1 har vi koden "antal_varv = 0". Där har vi valt variabeln antal_varv som ska fungera som räknare och får startvärdet 0.

Resten av program är while-satsen. Syntaxen för en while-sats liknar syntaxen för if-satser som vi har sett tidigare i lektionen om villkor.

Rad nummer 2 är "while antal_varv < 5 :" som är följande instruktion för datorn:

"Exekvera alla indragna rader som kommer efter kolon så länge variabeln antal_varv har ett värde som är mindre än 5"

Rad nummer 3 (print("Python")) är en indragen rad och ingår därför i while-slingan. Den skriver ut texten "Python".

Rad nummer 4 (antal_varv += 1) ser till att räknaren ökar värdet med ett.

Uppdatering av antal_varv är ett viktig steg i while-satsen som tillsammans med villkoret "antal_varv < 5" (i rad 2) avgör om texten "Python" ska skrivas ut ytterligare en gång eller inte.

Hur exekveras programmet?

antal_varv=0
while antal_varv < 5 :
  print("Python")
  antal_varav += 1

I första raden av programmet får variabeln antal_varv värdet 0. Därefter exekveras uttrycket antal_varv < 5 och eftersom att 0 är mindre än 5 är villkoret uppfyllt (True) vilket får till följd att while-slingan startar. Det första som händer i den är att print("Python") exekveras. Därefter exekveras antal_varav += 1 och därmed ändrar antal_varv värde till 1. Nu är slingan slut och därför exekveras uttrycket antal_varv < 5 igen och eftersom att 1 är mindre än 5 går vi ett varv till i while-slingan. Där exekveras print("Python") och antal_varav += 1. Ovanstående tre satser upprepas ytterligare tre gånger tills antal_varv får värdet 5. När då uttrycket antal_varv < 5 exekveras, till skillnad mot alla tidigare gånger, blir värdet falskt (False) eftersom att 5 inte är mindre än 5. Och därför avslutas exekvering av while-satsen och i det här fallet avslutas även programmet då det inte finns några fler satser kvar att exekvera.

En oändlig while-slinga

Om man tar bort rad nummer 4 från programmet får man följande:

antal_varv = 0
while antal_varv < 5 :
  print("Python")

Vi ser att variabeln antal_varv inte kommer att ändras i while-satsen. Detta gör att villkoret (antal_varv < 5) kommer förbli sant under hela programmet alltså kommer texten "Python" att skrivas ut om och om igen oändligt många gånger.

Om du råkar ut för detta när du kör ett program kan du avbryta programmet genom att trycka ctrl-c. Det gör du genom att först trycka ner tangenten märkt "ctrl" på tangentbordet och fortsätta hålla den nere och samtidigt som du också trycker ner "C".

Struktur på while-sats

Strukturen på en while-sats är exakt som strukturen på en if-sats om man bara byter ut if mot while i en if-sats.

while <BOOLESKT UTTRYCK> :
  <EN ELLER FLERA SATSER SOM SKA EXEKVERAS>

En while-sats startar med reserverade ordet "while", efter ordet "while" ska ett uttryck som resulterar ett booleskt värde (True eller False) komma. Efter uttrycket kommer tecknet kolon (:). Efter kolon kommer de satser som ska exekveras flera gånger.

När ska man använda en while-sats?

En while-sats används när en eller flera rader kod ska exekveras ett bestämt eller obestämt antal gånger efter varandra.

Följande är exempel på program där antalet upprepningar är obestämd och beror på användarens inmatning:

tal=int(input("Gissa ett heltal mellan 1 och 100:"))
while tal != 74 :
  tal=int(input("fel, försök igen:"))
print("Grattis du gissade rätt!")

Observera att funktionen int omvandlar teckensträngen som användaren skriver in till ett heltalsvärde.

Test 2

Nu är det dags för kursens andra test. Under rubriken Examination på kursens förstasida hittar du samtliga test och inlämningsuppgifter. Testet rättas automatiskt och du har möjlighet att göra om testet flera gånger om du inte lyckas på första försöket.

Inlämningsuppgift 1

Om du lämnar in din uppgift efter torsdag 10/4-2014 så gäller följande uppgift: Inlämningsuppgift 1: Kaprekar

Fram till dess går det att lämna in följande: Inlämningsuppgift 1: Prat i kvadrat