Programowanie w języku Java - Instrukcje sterujące, pętle, liczby pseudolosowe

Zajęcia laboratoryjne nr 2 z programowania w języku Java - jedne zajęcia 1,5h.

1. Operatory i wyrażenia

Operatory dostępne w języku Java możemy podzielić na cztery grupy. Są to operatory arytmetyczne, logiczne, relacyjne oraz operatory przypisania.

Typ operatora	Operatory
Jednoargumentowe	+ – ++ – –
Arytmetyczne oraz przesunięcia	* / % + – << >>
Relacyjne	> < >= <= == !=
Logiczne i bitowe	&& \|\| & \| ^
Warunkowy (trójargumentowy)	A > B ? X : Y
Przypisania	= (oraz przypisania złożone)

Typ operatora

Operatory

Jednoargumentowe

+ – ++ – –

Arytmetyczne oraz przesunięcia

* / % + – << >>

Relacyjne

> < >= <= == !=

Logiczne i bitowe

&& || & | ^

Warunkowy (trójargumentowy)

A > B ? X : Y

Przypisania

= (oraz przypisania złożone)

Operatory arytmetyczne

Operatory arytmetyczne (odpowiedniki dobrze znanych operacji matematycznych) to operator sumy liczb i konkatenacji stringów +, operator różnicy liczb -, operator iloczynu liczb *, operator ilorazu liczb /, operator reszty z dzielenia (modulo) % oraz operatory inkrementacji i dekrementacji, tj. ++, --.

Wśród operatorów arytmetycznych szczególną rolę odgrywają jednoargumentowe operatory zwiększania ++ i zmniejszania --. Oba występują w dwóch postaciach:

przyrostkowej (postfix) - operator po argumencie - zmiennej,
przedrostkowej (prefix) - operator przed argumentem - zmienną.

Składnia wyrażenia arytmetycznego dla operatorów dwuargumentowych jest następująca:

[operand pierwszy] [operator dwuargumentowy] [operand drugi]

dla operatorów jednoargumentowych:

[operator jednoargumentowy][operand]

lub

[operand][operator jednoargumentowy]

Operatory logiczne

Operatory logiczne to operatory których operandami są wartości logiczne. Operatory dostępne w języku Java to: operator koniunkcji (tj. operator and) &, operator alternatywy (tj. operator or) |, operator alternatywy wykluczającej (tj. operator xor) ^ i jednoargumentowy operator negacji !. Operatory & i | posiadają dodatkowo wersje tzw. leniwe. Są to odpowiednio operatory && i ||.

Operatory relacyjne

Operatory relacyjne to operatory których używamy do porównywania wartości liczbowych oraz dodatkowo, do badania równości wartości logicznych i tożsamości obiektów. Operatory relacyjne używane wyłącznie do porównywania wartości liczbowych to: <, ⇐, > i >=. Są to odpowiedniki dobrze znanych operatorów matematycznych. Operator równości to == (dwa znaki =) a operator nierówności to !=.

Operator przypisania

Klasyczny operator przypisania to operator =. Operator ten przypisuje zmiennej wskazanej po swojej lewej stronie wartość wyrażenia prawej strony. Jeśli zmienna jest zmienną typu prostego to przypisanie wartości jest literalne. Jeśli zmienna jest zmienną typu obiektowego (tj. jest referencją), to do zmiennej tej przypisywane jest wskazanie na obiekt wskazany po prawej stronie operatora przypisania, nie zaś sam obiekt. Zmiennej typu obiektowego można także przypisać wartość null.

Java oferuje także złożone operatory przypisania. Z pośród nich interesujące są operatory: +=, -=, *= oraz /=. Operatory te służą do skracania zapisu klasycznych operacji arytmetycznych.

2. Instrukcje sterujące, pętle

Instrukcje sterujące odgrywają w programowaniu bardzo istotną rolę, bowiem pozwalają na zmianę sekwencji (kolejności) wykonania instrukcji programu.

Instrukcje warunkowe i wyboru

Instrukcja if (wyrażenie) [instrukcje]

if (i < 8) {
  //...
}

Instrukcja if (wyrażenie) [instrukcje] else [instrukcje]

if (i < 8) {
  //...
} else {
  //...
}

Instrukcja switch (wyrażenie) [case instrukcje]

switch (test) {
  case 1 : {
    //...
  } break;
  case 2 : {
    //...
  } break;
  //...
  default : {
    //...
  }
}

Instrukcje pętli

Pętla while (wyrażenie) [ciało pętli]

while (i < 8) {
  //...
}

Pętla do [ciało pętli] while (wyrażenie)

do {
  //...
} while (i < 8);

Pętla for({deklaracje zmiennych};{warunek pętli};{instrukcje inkrementacji}) [ciało pętli]

for (int i = 0; i < 8; i++) {
  //...
}

Pętla for-each for({deklaracja zmiennej pętli} : {kolekcja lub tablica}) [ciało pętli]

int[] myArray = { 1, 3, 5, 7, 11 };
for (int arrayElem : myArray) {
  System.out.println(arrayElem + " ");
}

Pętle nieskończone

for (;;) {
  //...
}

while (true) {
  //...
}

instrukcja break - przerywa iterację (wyjście z pętli)
instrukcja continue - przechodzi do następnej iteracji (wraca na początek pętli)
instrukcja continue [etykieta] - skacze do etykiety i ponownie wchodzi do pętli
instrukcja break [etykieta] - przechodzi poza koniec pętli oznaczonej etykietą

Składnia wszystkich instrukcji sterujących jest zgodna z językiem C

3. Porównywanie

Operator równości == może być użyty do sprawdzenia czy równe są dwie wartości liczbowe albo dwie wartości logiczne, lub do sprawdzenia czy dwie zmienne referencyjne mają tą samą wartość, tj. czy obydwie wskazują na ten sam obiekt (ten sam, nie taki sam). Za pomocą operatora równości możemy także sprawdzić czy referencja ma wartość null. Operator != jest negacją operatora ==.

typy proste
- operator relacji równości zwraca true lub false na podstawie porównania wartości zmiennych ( i==n ).
obiekty
- operator relacji porównuje referencje obiektów,
- aby porównać obiekty (ich właściwości) należy użyć metody equals(Object) z klasy Object

4. Konwersja typów

niejawna (automatyczna) – rozszerzanie typu
```
int i = 200;
long l = i;
```
jawna (z określeniem typu w nawiasach) – zawężanie typu
```
int k = (int) l;
```

5. Liczby pseudolosowe

Generator liczb pseudolosowych (Pseudo-Random Number Generator, lub PRNG) to program lub biblioteka, która na podstawie niewielkiej ilości informacji (ziarno, zarodek, ang. seed) generuje deterministycznie ciąg bitów, który pod pewnymi względami jest nieodróżnialny od ciągu uzyskanego z prawdziwie losowego źródła. Generatory liczb pseudolosowych nie generują ciągów prawdziwie losowych – generator inicjowany ziarnem, które może przyjąć k różnych wartości, jest w stanie wyprodukować co najwyżej k różnych ciągów liczb.

W języku Java dostępna jest klasa java.util.Random która umożliwia generowanie liczb pseudolosowych.

Przykład 1. Przykład losowania liczb pseudolosowych

public class TestRandom {

  public static void main(String[] args) {
    //Stworzenie obiektu generatora
    Random randomGenerator = new Random();
    for (int idx = 1; idx <= 10; ++idx){
      // Losowanie liczb od 0 do 99
      int randomInt = randomGenerator.nextInt(100);
      log("Generated : " + randomInt);
    }
  }
}

Przykład 2. Przykład losowania liczb pseudolosowych z zadanego zakresu

public class TestRandom {

  int MIN = 10;
  int MAX = 20;
  public static void main(String[] args) {
    //Stworzenie obiektu generatora
    Random randomGenerator = new Random();
    for (int idx = 1; idx <= 10; ++idx){
      // Losowanie liczb od 10 do 20
      // int randomNumber = randomGenerator.nextInt((MAX - MIN) + 1) + MIN;
      int range = MAX - MIN + 1;
      int fraction = randomGenerator.nextInt() % range;
      int randomNumber =  MIN + fraction;
      log("Generated : " + randomNumber);
    }
  }
}

6. Bibliografia

Bruce Eckels, "Thinking in Java. Edycja polska. Wydanie IV", wydawnictwo Helion.
Cay S. Horstmann, Gary Cornell, "Java. Podstawy. Wydanie IX", wydawnictwo Helion.
Cay S. Horstmann, Gary Cornell, "Java. Techniki zaawansowane. Wydanie IX", wydawnictwo Helion.
Krzysztof Barteczko, "Podstawy programowania w języku Java, PJWSTK", http://edu.pjwstk.edu.pl/wyklady/ppj/scb/
Konrad Kurczyna, ”Laboratorium Java”, Politechnika Świętokrzyska w Kielcach.
Mariusz Lipiński, "Nauka Javy", http://www.naukajavy.pl/