Skip to main content Link Menu Expand (external link) Document Search Copy Copied
Ohjelmointi 1

Toistorakenteet

Ehtorakenteiden tavoin toistorakenteilla voidaan vaikuttaa koodin suorituksen etenemiseen. Toistorakenteiden avulla tietyt koodirivit voidaan toistaa eri logiikoilla tai tarvittaessa jopa “ikuisesti”.

Tällä opetusviikolla harjoittelemme pääasiassa koodin toistamista tietyn määrän kertoja, toiston keskeyttämistä, sekä käymään läpi kokonaislukuja. Toistorakenteita hyödynnetään myöhemmin myös listojen ja taulukoiden yhteydessä, jolloin käymme läpi niissä olevia arvoja yksitellen.

Sisällysluettelo

Johdanto toistorakenteisiin ja while-rakenteen hyödyntäminen 42:49

Tällä videolla perehdymme koodin toistamiseen ja while-toistorakenteeseen. Käymme läpi käsitteet alustus, toistoehto ja kasvatus. Videon jälkimmäisessä esimerkissä sovellamme toistoa käymällä arvoja läpi ensin 500:n ja lopuksi 1000:n arvon välein. Tutustumme myös hieman edistyneempään muotoiluun DecimalFormat-työkalulla.

Videon lähdekoodit: WhileToisto.java, HinnanValintaHTML.java.

While-toistorakenne

While-toistorakenne on yksinkertaisin tapa toistaa koodia Javalla. while-avainsanan jälkeen annetaan ehto sekä koodilohko, jota toistetaan niin kauan, kuin ehto on tosi:

while (ehto) {
    // Toistetaan, jos ehto == true ja
    // lopetetaan, kun ehto == false
}

Vuokaaviona while-toistorakenteen logiikka on seuraava:

While loop flow diagram

Kuva: P. Kemp. While loop flow diagram. CC0. Wikipedia

while vs. if

Syntaksin puolesta while ja if ovat hyvin samankaltaiset:

if (ehto) {
    // Suoritetaan *kerran*, jos ehto on tosi
}

while (ehto) {
    // Toistetaan *niin kauan kuin* ehto on tosi
}

Ehtorakenteesta poiketen toistorakenteessa toistettavassa lohkossa tehdään tyypillisesti muutoksia, jotka vaikuttavat tarkistettavaan ehtoon. Näiden muutosten avulla toisto saadaan tyypillisesti päättymään, kun haluttu logiikka on saatu valmiiksi.

Ehdon muuttaminen toistettavassa koodilohkossa

Jotta toistoehto muuttuisi jossain vaiheessa epätodeksi, tehdään toistettavassa koodilohkossa tyypillisesti operaatioita, jotka vaikuttavat toistoehtoon. Operaatio on usein jonkin muuttujan arvon kasvattaminen.

Kun koodia halutaan suorittaa tietty määrä kertoja, käytetään tyypillisesti muuttujaa, joka pitää kirjaa suorituskerroista. Tällaisesta muuttujasta käytetään myös termiä askeltaja. Seuraavassa esimerkissä luku-muuttujaa käytetään rajoittamaan suorituskertoja siten, että ruudulle tulostetaan vuorollaan luvut 1, 2, 3, 4 ja 5:

// https://2017-ohjelmointi.github.io/part2/, CC BY-NC-SA
public static void main(String[] args) {
    // alustetaan laskuri
    int luku = 1;

    // toistetaan kunnes luku saa arvon 6
    while (luku < 6) {
        System.out.println(luku);
        luku++; // sama kuin: luku = luku + 1;
    }
}

Voit katsoa myös videolta selostuksen yllä olevan koodin toiminnasta:

Tämä esimerkki videoineen on lainattu Helsingin yliopiston Agile Education Research -tutkimusryhmän ohjelmointikurssilta ja se on lisensoitu Creative Commons BY-NC-SA-lisenssillä. https://2017-ohjelmointi.github.io/part2/#section-40-toistolauseen-ehto-toiston-lopettajana

While-toistorakenteen hyödyntäminen

Tehdään oppitunnilla pieni Java-ohjelma, joka generoi HTML: <select>-elementin. Elementin idea on peräisin nettiauto.com:in hakutyökalusta, jossa haettavan auton hintaa voidaan rajoittaa vastaavalla tavalla.

Tämän yksinkertaistetun esimerkin avulla voit valita hinnan ylä- ja alarajan 500 euron välein väliltä 0-5 000 euroa:

Hinta -

Yllä olevat HTML-valintaelementit muodostetaan select sekä option-tagien avulla kutakuinkin seuraavasti:

<select name="min">
    <option>Minimi</option>
    <option value="0">0 €</option>
    <option value="500">500 €</option>
    <option value="1000"> 1 000 €</option>
    <option value="1500"> 1 500 €</option>
    <!-- ... -->
    <option value="5000"> 5 000 €</option>
</select>

Tässä tuntiesimerkissä kokeilemme itse generoida HTML-elementit Javan toistorakenteen avulla. Aikaisemmasta esimerkistä poiketen emme kasvatakaan lukua yhdellä, vaan 500:lla. Muuten koodi on hyvin samankaltainen. Lukujen muotoilussa hyödynnetään DecimalFormat-luokkaa siten, että muotoilussa on käytetty tuhaterotinta (.) ja ehdollisia numeroita (#): #,### €.

For-toistorakenne 23:25

Tällä videolla perehdymme for-toistorakenteeseen ja sen eroihin verrattuna while-rakenteeseen. Sovellamme toistorakennetta tehdäksemme vuosilukuja alaspäin läpikäyvän algoritmin. Perehdymme nykyisen vuosiluvun selvittämiseen ohjelmallisesti Javan Year-luokan avulla.

Videon lähdekoodit: ForToisto.java, VuosiluvunValinta.java

Alustus, toistoehto ja kasvatus

While-toistorakenteen lisäksi on olemassa myös for-toistorakenne. For on tyypillinen esimerkiksi silloin, kun haluttu suoritusten määrä on jo alussa tiedossa. Tällöin laskurin alustaminen, kasvattaminen ja toistoehto saadaan kirjoitettua kompaktiin muotoon samojen sulkujen sisään:

for (alustus; toistoehto; kasvatus) {
    // Tähän lohkoon kirjoitettu koodi
    // Toistetaan, kunnes ehto == false
}

For-rakenteessa suoritetaan ensin alustus. Sen jälkeen tarkastetaan onko toistoehto tosi, ja jos on, suoritetaan koodilohko. Koodilohkon suorittamisen jälkeen suoritetaan aina kasvatusoperaatio, jonka jälkeen ehto tarkastetaan uudestaan.

Jos haluamme esimerkiksi tulostaa luvut yhdestä viiteen, kuten edellä teimme while-toistorakenteen kanssa, se voisi tapahtua seuraavasti:

Kirjoitetaan alustukseen int luku = 1:

for (int luku = 1; toistoehto; kasvatus) {
    System.out.println(luku);
}

Sen jälkeen määritellään, millä ehdolla toistoa jatketaan. Nyt haluamme toistaa koodia luvuille yhdestä viiteen, eli luku < 6:

for (int luku = 1; luku < 6; kasvatus) {
    System.out.println(luku);
}

Jotta toisto etenee aina kierroksittain luvusta seuraavaan, täytyy luku-muuttujan arvoa kasvattaa joka kierroksen jälkeen yhdellä, eli luku++:

for (int luku = 1; luku < 6; luku++) {
    System.out.println(luku);
}

For- ja while-toistorakenteet

Loogisesti samat toistorakenteet on mahdollista toteuttaa sekä while- että for-toistorakenteina. Rakenteeksi kannattaakin valita aina tapauskohtaisesti tarkoitukseen paremmin sopiva. Tyypillisesti for-toistorakenne on oivallinen tilanteissa, joissa käymme jonkin ennalta tunnetun luku- tai arvojoukon läpi. While-rakenteella on puolestaan luontevaa toteuttaa toistaiseksi toistettavaa logiikkaa, jonka toistojen määrä tai käsiteltävä arvojoukko ei ole ennalta tiedossa.

for (int i = 0; i < 3; i++) {
    System.out.println(i);
}

Sama while-toistorakenne:

int i = 0; // toistossa käytettävän muuttujan alustus

while (i < 3) { // toistoehto
    System.out.println(i);
    i++; // muuttujan päivitys
}

Tämä esimerkki on lainattu Helsingin yliopiston Agile Education Research -tutkimusryhmän ohjelmointikurssilta ja se on lisensoitu Creative Commons BY-NC-SA-lisenssillä. https://2017-ohjelmointi.github.io/part6/#section-35-for-toistolause

Molemmat oheisista esimerkeistä tulostavat ruudulle luvut 0, 1 ja 2. Ainoa ero on se, että while-esimerkissä muuttuja i on olemassa myös toistorakenteen jälkeen.

For-toistorakenteen hyödyntäminen

Toteutetaan vertailun vuoksi toistorakenne, joka muodostaa nettiauto.com:in hakutyökalun mukaisen vuosiluvun valintaan käytettävän HTML-rakenteen. Aikaisemmasta esimerkistä poiketen tässä elementissä luvut ovat laskevassa järjestyksessä, ja suurin arvo vaihtuu aina kuluvan vuoden mukaan:

Vuosimalli -

Yllä olevat HTML-valintaelementit muodostetaan select sekä option-tagien avulla kutakuinkin seuraavasti:

<select name="min">
    <option>Minimi</option>
    <option value="2022">2022</option>
    <option value="2021">2021</option>
    <!-- ... -->
    <option value="2011">2011</option>
    <option value="2010">2010</option>
</select>

For-toistorakenteeksi muutettuna läpikäytävät arvot ovat nyt vuosilukuja. Vuosilukujen alkuarvo on nyt esimerkiksi int vuosi = 2022 ja toisto jatkuu niin kauan, kuin vuosi on vähintään 1886: vuosi >= 1886. Toistokertojen välissä ei tällä kertaa kasvateta, vaan vähennetään vuotta yhdellä vuosi--.

Yllä pienimpänä vuosilukuna käytettiin vuotta 1886, jota pidetään nykyaikaisten autojen syntymävuotena, mutta lopetusehdossa voi hyvin olla mikä vain vuosiluku.

Oikean vuosiluvun käyttäminen

Toiston alustuksessa ei kannata käyttää kovakoodattua vuosilukua, vaan Javan valmiita Year- tai LocalDate-luokkia. Nykyisen vuosiluvun saat selville esimerkiksi seuraavalla koodilla:

Year nykyinenVuosi = Year.now();
int vuosiluku = nykyinenVuosi.getValue();

Year-luokan käyttämiseksi joudut myös lisäämään luokkasi alkuun import-käskyn:

import java.time.Year;

Toistorakenteesta poistuminen eli break

Varsin usein haluamme suorittaa koodia toistaiseksi, kunnes käyttäjä esimerkiksi antaa tietyn syötteen. Tällöin voi olla hyödyllistä tehdä “ikuinen silmukka” eli:

// ehto on kovakoodattu, eli se ei tule koskaan muuttumaan epätodeksi:
while (true) {
    // "ikuisesti" toistettava koodi
}

Yllä esitetystä toistorakenteesta voidaan poistua tarvittaessa kesken toistettavan lohkon suorituksen komennolla break. Komento break on tyypillisesti toistorakenteen sisällä olevassa ehtolauseessa, jossa tarkastellaan, haluaako käyttäjä poistua toistorakenteesta, tai onko tapahtunut jokin muu toiston keskeyttävä tapahtuma.

/*
 * Tämä esimerkki on lainattu Helsingin yliopiston Agile Education Research -tutkimusryhmän
 * ohjelmointikurssilta ja se on lisensoitu Creative Commons BY-NC-SA-lisenssillä.
 * https://2017-ohjelmointi.github.io/part2/#section-47-toistolauseesta-poistuminen
 */
Scanner lukija = new Scanner(System.in);

while (true) {
    System.out.println("osaan ohjelmoida!");

    System.out.print("jatketaanko (ei lopettaa)? ");
    String komento = lukija.nextLine();
    if (komento.equals("ei")) {
        break;
    }
}

System.out.println("kiitos ja kuulemiin.");

Tässä esimerkissä merkkijonoja vertaillaan equals-metodilla, jota käsittelemme tarkemmin seuraavalla oppitunnilla.

Oppitunnin soveltavat esimerkit 50:15

Tällä videolla perehdymme erilaisiin muuttujien rooleihin ja eri tapoihin hyödyntää muuttujia osana ohjelmallista ongelmanratkaisua. Opettelemme keskeyttämään toiston heti tietyn ehdon toteuduttua break-avainsanalla.

Videon toisessa esimerkissä käsittelemme ohjelmointipiireissä klassikoksi muodostunutta FizzBuzz-esimerkkiä, joka kertaa ja syventää myös kurssilla käsiteltyjä ehtorakenteita sekä laskuoperaatioita.

Viimeisessä esimerkissä toteutamme Java-luokan, josta kutsutaan toisessa luokassa olevaa koodia. Lopputuloksena saamme ohjelman, joka laskee kurssin loppuarvosanan osasuoritusten arvosanojen perusteella.

Videon lähdekoodit:

FizzBuzz

FizzBuzz-tehtävä on ohjelmistokehittäjien työhaastatteluiden klassikko, jossa yllättävän ison osan haastatelluista kerrotaan epäonnistuvan. Tehtävä on ratkaistavissa tämän ja kahden aikaisemman oppituntimme perusteella.

The “Fizz-Buzz test” is an interview question designed to help filter out the 99.5% of programming job candidates who can’t seem to program their way out of a wet paper bag. The text of the programming assignment is as follows:

“Write a program that prints the numbers from 1 to 100. But for multiples of three print “Fizz” instead of the number and for the multiples of five print “Buzz”. For numbers which are multiples of both three and five print “FizzBuzz”.”

http://wiki.c2.com/?FizzBuzzTest

Sademäärien kysyminen toiston avulla

Kirjoitetaan ohjelma, joka kysyy päivittäisiä sademääriä ennalta tunnetun määrän yksi kerrallaan. Lopuksi tulostetaan lukumäärä, summa, minimi, maksimi sekä keskiarvo.

Tuntemattoman ajanjakson sademäärien kysyminen

Muutetaan ohjelmaa niin, että päivien lukumäärä ei ole ennalta tunnettu, vaan negatiivinen sademäärä lopettaa kysymisen.

Arvosana-asteikko

Tässä tehtävässä hyödynnämme kurssin etusivulla esitettyä OsasuoritustenArviointi-luokkaa ja laskemme kaikille mahdollisille pistemäärille (0-25) niitä vastaavat koearvosanat. Opimme samalla kutsumaan omassa projektissamme määritettyä metodia.

Metodin kutsuminen

Olemme aikaisemmin kutsuneet Javan valmiita metodeja, esim:

double halvempi = Math.min(hinta1, hinta2);

Tässä min on metodi, joka sijaitsee Math-luokassa. hinta1 ja hinta2 ovat metodille annettavia parametriarvoja. min palauttaa tuloksena double-tyyppisen luvun, joka yllä olevalla rivillä asetetaan talteen halvempi-muuttujaan. Käyttääksemme tätä metodia meidän ei tarvitse tietää, miten sen koodi on sisäisesti toteutettu.

Samalla logiikalla voimme kutsua omassa koodissamme olevaa metodia. Luokassa OsasuoritustenArviointi on metodi nimeltä laskeArvosana. Kyseinen metodi tarvitsee kaksi int-kokonaislukua: saadut pisteet ja maksimipisteet. Lopputuloksena metodi palauttaa liukuluvun väliltä 0-5, joka on annetuilla pisteillä saatava arvosana. Näillä tiedoilla osaamme kutsua metodia seuraavasti:

double arvosana = OsasuoritustenArviointi.laskeArvosana(omatPisteet, maksimiPisteet);

Tehdään seuraavaksi toistorakenne, joka käy läpi kaikki mahdolliset pistemäärät ja tulostaa niitä vastaavat arvosanat kokeessa, jossa maksimipisteet ovat 25.