Ohjelmoinnin peruskurssi Y1

Transkriptio

1 Ohjelmoinnin peruskurssi Y1 CS-A CS-A1111 Ohjelmoinnin peruskurssi Y / 38

2 Mahdollisuus antaa luentopalautetta Luennon aikana voit kirjoittaa kommentteja ja kysymyksiä sivulle presemo.aalto.fi/opey1luento8 Goblinissa vasemmassa reunassa olevassa valikossa on valinta Luentopalaute. Tätä kautta on mahdollisuus antaa nimettömänä palautetta luennosta. Myös harjoitustehtävistä voi antaa palautetta palautuksen yhteydessä, mutta tämä palaute ei ole nimetöntä. CS-A1111 Ohjelmoinnin peruskurssi Y / 38

3 Oppimistavoitteet: tämän luennon jälkeen Tiedät, mitä oliot ovat ja miksi niitä käytetään ohjelmoinnissa. Tiedät, miten olioiden ominaisuuksia ja niille mahdollisia toimenpiteitä voi määritellä luokan avulla. Tiedät, miten olioita voi luoda ja käyttää niitä määrittelevän luokan ulkopuolella. CS-A1111 Ohjelmoinnin peruskurssi Y / 38

4 Mitä oliot ovat? Esimerkki: halutaan laatia ohjelma, joka käsittelee erään ohjelmointikurssin opiskelijoita. Kurssilla on noin 100 opiskelijaa. Jokaisesta opiskelijasta halutaan ohjelman käyttöön ainakin nimi, opiskelijanumero, tenttiarvosana ja harjoitusarvosana. Ongelma: miten opiskelijoiden tietoja esitetään ja käsitellään ohjelmassa? Kirjoita ehdotuksia sivulle presemo.aalto.fi/opey1luento8 CS-A1111 Ohjelmoinnin peruskurssi Y / 38

5 Mitä oliot ovat? (jatkoa) 1. ratkaisu (surkea): otetaan käyttöön 400 muuttujaa eri arvoja varten. 2. ratkaisu (huono): otetaan käyttöön 4 eri listaa: nimet, opiskelijanumerot, tenttiarvosanat ja harjoitusarvosanat. Jokaisessa listassa on 100 alkiota ja saman opiskelijan tiedot ovat listassa aina samalla indeksillä. 3. ratkaisu (parempi): tehdään yhden opiskelijan tiedoista lista, jossa on neljä alkiota. Kurssin kaikista opiskelijoista muodostetaan lista, jonka alkiot ovat listoja. CS-A1111 Ohjelmoinnin peruskurssi Y / 38

6 Mitä oliot ovat (jatkoa) Olioita käyttävä ratkaisu: Tehdään jokaista oikeaa opiskelijaa kohti ohjelmaan yksi Opiskelija-olio. Luokassa Opiskelija kerrotaan, millaisia Opiskelija-oliot ovat ja millaisia toimintoja niille voi tehdä. Kurssin kaikkia opiskelijoita esitetään Opiskelija-olioita sisältävänä listana. Olioita käyttävän ratkaisun etuja: Yhden opiskelijan tiedot yksi kokonaisuus. Opiskelijan eri tiedot voidaan nimetä selvästi. Voidaan määritellä myös oliolle mahdolliset toimenpiteet. CS-A1111 Ohjelmoinnin peruskurssi Y / 38

7 Olioista Olioilla on kenttiä (ilmentymämuuttujia / attribuutteja). Esimerkiksi Opiskelija-oliolla voisi olla kentät nimi, opiskelijanumero, harjoitusarvosana ja tenttiarvosana. Kenttien avulla kuvataan olion ominaisuuksia. Jokaisella oliolla on omat kenttien arvot. nimi = "Teemu Teekkari" nimi = "Oili Opiskelija" opiskelijanumero = "445522" opiskelijanumero = "532111" tenttiarvosana = 3 tenttiarvosana = 4 harjoitusarvosana = 5 harjoitusarvosana = 4 nimi = "Iiro Ikiteekkari" opiskelijanumero = "18999T" tenttiarvosana = 2 harjoitusarvosana = 3 CS-A1111 Ohjelmoinnin peruskurssi Y / 38

8 Olion kenttien arvon muuttaminen Periaatteessa olion kenttien arvoihin voi viitata pistenotaation avulla. Jos muuttuja kurssilainen1 viittaa luotuun Opiskelija-olioon, voidaan olion tietoja voi periaatteessa käsitellä pistenotaation avulla seuraavasti: kurssilainen1.nimi = "Niilo Lahti" kurssilainen1.harjoitusarvosana = 5 print(kurssilainen1.harjoitusarvosana) kurssilainen1 nimi = "Niilo Lahti" opiskelijanumero = "532222" tenttiarvosana = 4 harjoitusarvosana = 5 CS-A1111 Ohjelmoinnin peruskurssi Y / 38

9 Olion kenttien arvon muuttaminen Periaatteessa olion kenttien arvoihin voi viitata pistenotaation avulla. Jos muuttuja kurssilainen1 viittaa luotuun Opiskelija-olioon, voidaan olion tietoja voi periaatteessa käsitellä pistenotaation avulla seuraavasti: kurssilainen1.nimi = "Niilo Lahti" kurssilainen1.harjoitusarvosana = 5 print(kurssilainen1.harjoitusarvosana) kurssilainen1 nimi = "Niilo Lahti" opiskelijanumero = "532222" tenttiarvosana = 4 harjoitusarvosana = 5 Tämä tapa ei ole kuitenkaan suositeltava (syy selitetty opetusmonisteessa). CS-A1111 Ohjelmoinnin peruskurssi Y / 38

10 Luokka ja olio Luokassa määritellään, millaisia luokan oliot ovat ja mitä operaatoita olioille voidaan tehdä. Opiskelija-olioiden käsittelemiseksi kirjoitetaan luokka Opiskelija. Luokkaan kirjoitetaan metodit, jotka määrittelevät Opiskelija-olioille mahdolliset operaatiot. Luokka on kuin koneen piirustukset ja olio kuin niiden mukaan tehty kone. Luokan määrittely aloitetaan luokan otsikolla: class Opiskelija: CS-A1111 Ohjelmoinnin peruskurssi Y / 38

11 Olioiden luonti Metodi init määrittelee, mitä tapahtuu, kun luodaan uusi luokan olio. def init (self, annettu_nimi, numero): self. nimi = annettu_nimi self. opiskelijanumero = numero self. tenttiarvosana = 0 self. harjoitusarvosana = 0 Kun metodi on määritelty, uusia Opiskelija-olioita voidaan luoda (yleensä luokan ulkopuolella): kurssilainen1 = Opiskelija("Matti Virta", "212233") kurssilainen2 = Opiskelija("Oili Lahti", "574455") CS-A1111 Ohjelmoinnin peruskurssi Y / 38

12 Olioiden luonti, esimerkki kurssilainen1 = Opiskelija("Matti Virta", "212233") kurssilainen2 = Opiskelija("Oili Lahti", "574455") kurssilainen1 nimi = "Matti Virta opiskelijanumero = "212233" tenttiarvosana = 0 harjoitusarvosana = 0 kurssilainen2 nimi = "Oili Lahti" opiskelijanumero = "574455" tenttiarvosana = 0 harjoitusarvosana = 0 CS-A1111 Ohjelmoinnin peruskurssi Y / 38

13 Muiden metodien määrittely ja kutsuminen Määritellään metodi, jonka avulla voidaan vaihtaa Opiskelija-olion tenttiarvosana. def muuta_tenttiarvosana(self, arvosana): if 0 <= arvosana <= 5: self. tenttiarvosana = arvosana Jos muuttuja kurssilainen1 viittaa aikaisemmin luotuun Opiskelija-olioon, voidaan tälle oliolle kutsua yllä määriteltyä metodia: kurssilainen1.muuta_tenttiarvosana(4) CS-A1111 Ohjelmoinnin peruskurssi Y / 38

14 Metodin kutsuminen, esimerkki kurssilainen1.muuta_tenttiarvosana(4) kurssilainen1 nimi = "Matti Virta opiskelijanumero = "212233" tenttiarvosana = 0 harjoitusarvosana = 0 kurssilainen2 nimi = "Oili Lahti" opiskelijanumero = "574455" tenttiarvosana = 0 harjoitusarvosana = 0 CS-A1111 Ohjelmoinnin peruskurssi Y / 38

15 Metodin kutsuminen, esimerkki kurssilainen1.muuta_tenttiarvosana(4) kurssilainen1 nimi = "Matti Virta opiskelijanumero = "212233" tenttiarvosana = 4 harjoitusarvosana = 0 kurssilainen2 nimi = "Oili Lahti" opiskelijanumero = "574455" tenttiarvosana = 0 harjoitusarvosana = 0 CS-A1111 Ohjelmoinnin peruskurssi Y / 38

16 Arvon palauttava metodi Määritellään metodi, jonka avulla voidaan laskea jonkin Opiskelija-olion kokonaisarvosana. def laske_kokonaisarvosana(self): if self. tenttiarvosana == 0 or \ self. harjoitusarvosana == 0: arvosana = 0 else: arvosana = (self. tenttiarvosana + \ self. harjoitusarvosana + 1) // 2 return arvosana Esimerkki metodin kutsumisesta (luokan ulkopuolella): tulos = kurssilainen1.laske_kokonaisarvosana() print("kokonaisarvosana on", tulos) CS-A1111 Ohjelmoinnin peruskurssi Y / 38

17 Metodit kenttien arvojen selvittämiseen Opiskelija-olion kenttiin ei pääse suoraan käsiksi luokan ulkopuolelta pistenotaation avulla. Määritellään metodit, joiden avulla voidaan kysyä Opiskelija-olio kenttien arvoja luokan ulkopuolelta: def kerro_nimi(self): return self. nimi def kerro_tenttiarvosana(self): return self. tenttiarvosana Kahdelle muulle kentälle määritellään vastaavat metodit. Esimerkki metodin kutsumisesta: print("nimi on", kurssilainen1.kerro_nimi()) CS-A1111 Ohjelmoinnin peruskurssi Y / 38

18 Opiskelija-luokka kokonaan class Opiskelija: def init (self, annettu_nimi, numero): self. nimi = annettu_nimi self. opiskelijanumero = numero self. tenttiarvosana = 0 self. harjoitusarvosana = 0 def kerro_nimi(self): return self. nimi def kerro_opiskelijanumero(self): return self. opiskelijanumero CS-A1111 Ohjelmoinnin peruskurssi Y / 38

19 Opiskelija-luokka jatkuu def kerro_tenttiarvosana(self): return self. tenttiarvosana def kerro_harjoitusarvosana(self): return self. harjoitusarvosana def muuta_tenttiarvosana(self, arvosana): if 0 <= arvosana <= 5: self. tenttiarvosana = arvosana def muuta_harjoitusarvosana(self, arvosana): if 0 <= arvosana <= 5: self. harjoitusarvosana = arvosana CS-A1111 Ohjelmoinnin peruskurssi Y / 38

20 Opiskelija-luokka jatkuu def laske_kokonaisarvosana(self): if self. tenttiarvosana == 0 or \ self. harjoitusarvosana == 0: arvosana = 0 else: arvosana = (self. tenttiarvosana + \ self. harjoitusarvosana + 1) // 2 return arvosana CS-A1111 Ohjelmoinnin peruskurssi Y / 38

21 Välitehtävä Kirjoita pääohjelma, joka tekee seuraavat asiat käyttämällä hyväksi Opiskelija-luokan metodeita: Luo uuden Opiskelija-olion, jonka nimi on Tiina Teekkari ja opiskelijanumero Asettaa Tiinan tenttiarvosanaksi 3:n ja harjoitusarvosanaksi 5:n. Laskee Tiinan kokonaisarvosanan ja tulostaa sen. CS-A1111 Ohjelmoinnin peruskurssi Y / 38

22 Esimerkki luokkaa käyttävästä pääohjelmasta Seuraavalla kalvolla on esimerkkiohjelma, joka pyytää kahden opiskelijan tiedot ja luo heitä vastaavat Opiskelija-oliot. Ohjelma on kirjoitettu luokan Opiskelija ulkopuolelle. Lisäksi on määritelty apufunktio kokonaisluvun lukemiseen. CS-A1111 Ohjelmoinnin peruskurssi Y / 38

23 Opiskelija-olioita käyttävä ohjelma, koodi def lue_kokonaisluku(): luku_onnistui = False while not luku_onnistui: try: luku = int(input()) luku_onnistui = True except ValueError: print("virheellinen kokonaisluku!") print("anna uusi!") return luku CS-A1111 Ohjelmoinnin peruskurssi Y / 38

24 Opiskelija-olioita käyttävä ohjelma, koodi jatkuu def main(): nimi1 = input("anna 1. opiskelijan nimi: ") op_nro1 = input("anna 1. opiskelijan numero: ") kurssilainen1 = Opiskelija(nimi1, op_nro1) nimi2 = input("anna 2. opiskelijan nimi: ") op_nro2 = input("anna 2. opiskelijan numero: ") kurssilainen2 = Opiskelija(nimi2, op_nro2) print("anna 1. opiskelijan tenttiarvosana.") tentti1 = lue_kokonaisluku() kurssilainen1.muuta_tenttiarvosana(tentti1) print("anna 1. opiskelijan harjoitusarvosana.") harjoitus1 = lue_kokonaisluku() kurssilainen1.muuta_harjoitusarvosana(harjoitus1) CS-A1111 Ohjelmoinnin peruskurssi Y / 38

25 Opiskelija-olioita käyttävä ohjelma, koodi jatkuu print("anna 2. opiskelijan tenttiarvosana.") tentti2 = lue_kokonaisluku() kurssilainen2.muuta_tenttiarvosana(tentti2) print("anna 2. opiskelijan harjoitusarvosana.") harjoitus2 = lue_kokonaisluku() kurssilainen2.muuta_harjoitusarvosana(harjoitus2) print("1. opiskelijan tiedot:") print(kurssilainen1.kerro_opiskelijanumero()) print(kurssilainen1.kerro_nimi()) print("tenttiarvosana:", kurssilainen1.kerro_tenttiarvosana()) print("harjoitusarvosana:", kurssilainen1.kerro_harjoitusarvosana()) print("kurssiarvosana:", kurssilainen1.laske_kokonaisarvosana()) CS-A1111 Ohjelmoinnin peruskurssi Y / 38

26 Opiskelija-olioita käyttävä ohjelma, koodi jatkuu print("2. opiskelijan tiedot:") print(kurssilainen2.kerro_opiskelijanumero()) print(kurssilainen2.kerro_nimi()) print("tenttiarvosana:", kurssilainen2.kerro_tenttiarvosana()) print("harjoitusarvosana:", kurssilainen2.kerro_harjoitusarvosana()) print("kurssiarvosana:", kurssilainen2.laske_kokonaisarvosana()) main() CS-A1111 Ohjelmoinnin peruskurssi Y / 38

27 Merkkijonoesitys oliosta Ohjelmissa halutaan hyvin usein tulostaa jonkin olion kaikkien kenttien arvot. Tulostaminen kuitenkin helpottuu, jos luokkaan määritellään metodi, joka tekee oliosta merkkijonoesityksen. Metodi palauttaa merkkijonon, joka sisältää olion kenttien arvot tai muuta haluttua tietoa oliosta. Tämän metodin nimeksi annetaan str. Tällöin olion tiedot voi tulostaa (esimerkiksi pääohjelmassa) käyttämällä suoraan olioon viittaavan muuttujan nimeä, esimerkiksi print(kurssilainen1) CS-A1111 Ohjelmoinnin peruskurssi Y / 38

28 Merkkijonoesitys Opiskelija-olioista Kirjoitetaan Opiskelija-luokkaan metodi str. def str (self): mjono = self. nimi + ", " + \ self. opiskelijanumero + \ ", tenttiarvosana: " + \ str(self. tenttiarvosana) + \ ", harjoitusarvosana: " + \ str(self. harjoitusarvosana) return mjono Nyt opiskelijoiden tiedot voidaan tulostaa selvästi helpommin (koodi seuraavalla kalvolla) CS-A1111 Ohjelmoinnin peruskurssi Y / 38

29 Opiskelijoiden tietojen tulostus, koodi print("1. opiskelijan tiedot:") print(kurssilainen1) print("kurssiarvosana:", kurssilainen1.laske_kokonaisarvosana()) print("2. opiskelijan tiedot:") print(kurssilainen2) print("kurssiarvosana:", kurssilainen2.laske_kokonaisarvosana()) CS-A1111 Ohjelmoinnin peruskurssi Y / 38

30 Luokka ja pääohjelma eri moduuleissa Käytännössä käytetään usein ohjelmia, jotka koostuvat useista eri luokista. Tällöin on yleensä selvintä kirjoittaa kukin luokka omaan moduuliinsa. Jos luokka Opiskelija on tallennettu tiedostoon opiskelija.py ja sen olioita käyttävä pääohjelma (tai muu ohjelma) toiseen moduuliin, pitää pääohjelmamoduulin alkuun kirjoittaa import opiskelija Lisäksi Opiskelija-olioita luodessa pitää luokan nimen edessä käyttää moduulin nimeä (muita metodeja kutsuttaessa muutoksia ei tarvita): kurssilainen1 = opiskelija.opiskelija(nimi1, op_nro1) kurssilainen2 = opiskelija.opiskelija(nimi2, op_nro2) CS-A1111 Ohjelmoinnin peruskurssi Y / 38

31 Toinen tapa käyttää import-käskyä Käskyä import voi käyttää myös toisella tavalla: from opiskelija import * Tätä tapaa käytettäessä ei luokan olioita luodessa tarvitse kirjoittaa moduulin nimeä luokan nimen eteen: kurssilainen1 = Opiskelija(nimi1, op_nro1) kurssilainen2 = Opiskelija(nimi2, op_nro2) CS-A1111 Ohjelmoinnin peruskurssi Y / 38

32 Olio metodin parametrina: luokka Tasovektori Halutaan kirjoittaa luokka kaksiulotteisen vektorin aī + b j kuvaamiseen. Kuvataan kertoimia a ja b kentillä x_kerroin ja y_kerroin. Määritellään metodit mm. vektorin pituuden ja kahden vektorin pistetulon laskemiseen. Pistetulon laskeva metodi tarvitsee tiedon kahdesta eri Tasovektori-oliosta. Toinen olio yksilöidään metodin kutsussa ennen pistettä ja metodin nimeä, toinen annetaan metodille parametrina. CS-A1111 Ohjelmoinnin peruskurssi Y / 38

33 Parametriolion kenttien arvon selvittäminen Parametrina saadun olion kentät voidaa selvittää joko pistenotaation avulla def pistetulo(self, toinen_vektori): tulo = self. x_kerroin * toinen_vektori. x_kerroin + \ self. y_kerroin * toinen_vektori. y_kerroin return tulo Toinen vaihtoehto on käyttää luokan metodeita: def pistetulo2(self, toinen_vektori): tulo = self. x_kerroin * \ toinen_vektori.kerro_x_kerroin() + \ self. y_kerroin * \ toinen_vektori.kerro_y_kerroin() return tulo CS-A1111 Ohjelmoinnin peruskurssi Y / 38

34 Luokka Tasovektori, koodi import math class Tasovektori: def init (self, eka_kerroin, toka_kerroin): self. x_kerroin = eka_kerroin self. y_kerroin = toka_kerroin def kerro_x_kerroin(self): return self. x_kerroin def kerro_y_kerroin(self): return self. y_kerroin CS-A1111 Ohjelmoinnin peruskurssi Y / 38

35 Luokka Tasovektori, koodi jatkuu def laske_pituus(self): return math.sqrt(self. x_kerroin ** 2 + \ self. y_kerroin ** 2) def kerro_luvulla(self, kertoja): self. x_kerroin *= kertoja self. y_kerroin *= kertoja def pistetulo(self, toinen_vektori): tulo = self. x_kerroin * \ toinen_vektori. x_kerroin + \ self. y_kerroin * \ toinen_vektori. y_kerroin return tulo CS-A1111 Ohjelmoinnin peruskurssi Y / 38

36 Luokka Tasovektori, koodi jatkuu def str (self): if self. y_kerroin >= 0: mjono = "{:.3f}i + {:.3f}j".format(\ self. x_kerroin, self. y_kerroin) else: mjono = "{:.3f}i - {:.3f}j".format(\ self. x_kerroin, - self. y_kerroin) return mjono CS-A1111 Ohjelmoinnin peruskurssi Y / 38

37 Esimerkki Tasovektori-olioiden käytöstä Seuraavien kalvojen pääohjelma luo kaksi Tasovektori-oliota ja kutsuu niille eri metodeita. Käsiteltävien vektoreiden tiedot pyydetään käyttäjältä. Desimaalilukujen lukemista varten on jälleen määritelty oma apufunktio. CS-A1111 Ohjelmoinnin peruskurssi Y / 38

38 Esimerkki vektoreiden käsittelystä, koodi import tasovektori def lue_desimaaliluku(): luku_onnistui = False while not luku_onnistui: try: luku = float(input()) luku_onnistui = True except ValueError: print("virheellinen desimaaliluku!") print("anna uusi!") return luku CS-A1111 Ohjelmoinnin peruskurssi Y / 38

39 Esimerkki vektoreiden käsittelystä, koodi jatkuu def main(): print("anna ensimmaisen vektorin i-kerroin.") i_kerroin = lue_desimaaliluku() print("anna ensimmaisen vektorin j-kerroin.") j_kerroin = lue_desimaaliluku() a_vektori = tasovektori.tasovektori(i_kerroin, j_kerroin) print("antamasi vektori on", a_vektori) print("anna toisen vektorin i-kerroin.") i_kerroin = lue_desimaaliluku() print("anna toisen vektorin j-kerroin.") j_kerroin = lue_desimaaliluku() b_vektori = tasovektori.tasovektori(i_kerroin, j_kerroin) print("antamasi vektori on", b_vektori) CS-A1111 Ohjelmoinnin peruskurssi Y / 38

40 Esimerkki vektoreiden käsittelystä, koodi jatkuu main() pituus1 = a_vektori.laske_pituus() pituus2 = b_vektori.laske_pituus() print("vektorin {:s} pituus on {:.3f}".format(\ str(a_vektori), pituus1)) print("vektorin {:s} pituus on {:.3f}".format(\ str(b_vektori), pituus2)) laskettu_tulo = a_vektori.pistetulo(b_vektori) print("vektoreiden pistetulo on {:.3f}.".format(\ laskettu_tulo)) print("milla luvulla ensimmainen vektori kerrotaan?") kerroin = lue_desimaaliluku() a_vektori.kerro_luvulla(kerroin) print("eka vektori kertomisen jalkeen", a_vektori) CS-A1111 Ohjelmoinnin peruskurssi Y / 38