JOHDATUS OHJELMOINTIIN

JOHDATUS OHJELMOINTIIN MAURI HEINONEN 14.1.2008

Tiivistelmä Tässä oppaassa on käyty lävitse ohjelmoinnin perusteita, lähtien liikkeelle siitä, mitä ohjelmointi oikeastaan on ja mitä erilaiset termit ohjelmoinnissa tarkoittavat. Termeistä on selvitetty mitä ovat mm. muuttujat sekä algoritmit. Kaikenkaikkiaan oppaan tarkoitus on kuvata lukijoilleen se, mitä kaikkea ohjelman valmistus pitää sisällään. i

Sisältö 1 Johdanto 1 2 Mitä ohjelmointi on? 2 3 Kuinka ohjelmia tehdään? 3 4 Algoritmi 5 5 Ideasta algoritmiksi 7 5.1 Asteittainen tarkentaminen......................... 7 5.2 Kontrollirakenteet.............................. 8 5.3 Algoritmin testaaminen........................... 9 5.4 Algoritmista ohjelmaksi........................... 9 5.4.1 Yksinkertainen ohjelma...................... 10 6 Algoritmin kuvaus tavat 11 6.1 Puoliohjelma................................ 11 6.2 Vuokaavio.................................. 11 7 Tietokoneen sielunelämä 13 8 Mikä on ohjelmointikieli? 15 8.1 Tietokoneen kielet.............................. 15 8.1.1 Konekieli ja assembly-kieli..................... 16 8.1.2 Korkean tason kielet........................ 17 8.1.3 Monikieliset koneet......................... 17 8.2 Ohjelmointimenetelmiä........................... 18 8.2.1 Rakenteinen ohjelmointi...................... 19 8.2.2 Olio-ohjelmointi.......................... 19 8.3 Ohjelmointia kuvilla............................ 22 8.4 Kieliä käyttäjille............................... 22 8.4.1 Makrokielet............................. 23 8.4.2 Neljännen sukupolven kielet.................... 23 8.4.3 Ohjelmistokomponentit....................... 24 9 Ohjelmointiin liittyviä termejä 25 9.1 Funktiot ja aliohjelmat........................... 25 9.2 Muuttujat.................................. 25 9.2.1 Muuttujan nimeäminen....................... 25 9.2.2 Muuttujan nimeämissäännöt.................... 26 9.2.3 Muuttujan tietotyyppi....................... 26 9.2.4 Muuttujan alustaminen....................... 26 9.2.5 Tyyppimuunnokset......................... 27 10 Ohjelman suunnittelu 28 10.1 Ohjelmoinnin vaiheet............................ 28 ii

10.1.1 Tehtävän Määrittely........................ 28 10.1.2 Suunnittelu............................. 28 10.1.3 Toteutus............................... 29 10.1.4 Testaus............................... 29 11 Kootut säännöt 30 11.1 Tyyli..................................... 30 11.2 Liittymät.................................. 31 11.3 Vianhaku.................................. 31 11.4 Testaus................................... 32 11.5 Suorituskyky................................ 32 11.6 Siirrettävyys................................. 33 iii

1 Johdanto Moni ohjelmointia osaava sanoo, että ohjelmointi on helppoa, sillä eihän se ole muuta kuin ykkösten ja nollien pyörittelyä, vai mahtaakohan se olla myös jotain muutakin? Voidaankin sanoa, että ohjelmoinnin oppimiseen, eli maallisemmin sanottuna tehtävien ratkaisemiseen tietokoneella, liittyy paljon sellaisia yleisiä asioita ja käsitteitä, jotka ovat muuttumattomia käytimmepä sitten mitä tahansa ohjelmointikieltä tai ohjelmointiympäristöä, olipa tietokoneemme sitten kotitietokone tai suuri palvelin, vieläpä riippumatta siitä, mikä meidän ohjelmoitava ongelmamme on. Tästä voimmekin päätellä, että ohjelmointi on paljon muutkin kuin vain ykkösten ja nollien pyörittelyä. Tässä oppaassa tutustutaan näihin yleisiin asioihin, jotka ovat kaikkien tietokoneohjelmien takana. Oppaassa esitetyt esimerkit on toteutettu Javalla. Toivon mielekkäitä lukuhetkiä oppaan parissa ja toivon myös, että olen onnistunut kirjoittamaan oppaassa käsiteltävät asiat niin helposti ja ymmärrettävästi, että ne olisivat helppo sisäistää. Mauri Heinonen 1

2 Mitä ohjelmointi on? Tähän kysymykseen ei oikeastaan pystytä vastaamaan. Tämä johtuu siitä, että ohjelmointi on laaja käsite, joka sisältää monia eri asioita. Mutta jos välttämättä halutaan vastata kysymykseen Mitä ohjelmointi on? yhdellä virkkeellä se kuuluisi seuraavasti: Ohjelmointi on ohjelmien tekemistä, eli jonkin tietyn ongelman muuttamista sellaiseen muotoon, jonka tietokone ymmärtää. Ohjelmointi ei ole tästä monimutkaisempaa. Meille annetaan ongelma (tehtävä), joka tulee muuttaa sellaiseen muotoon, jonka tietokone ymmärtää. Se miten pääsemme tavoiteltuun lopputulokseen vaatii useita vaiheita. Ongelmaa ei lähdetä ratkaisemaan suoraan kirjoittamalla ohjelmakoodia, vaan se vaatii useita tunteja suunnittelua ja mallintamista. On sanottu, että ohjelmointi on 1. Tiedettä (confidentiality), Ohjelmoinnin tutkimus on osa tietojenkäsittelytieteen tutkimusalaa. Sama tiede tutkii ohjelmointiin liittyviä ohjelmointikieliä, ohjelmistotekniikkoja sekä algoritmeja. Tietojenkäsittelytiede luo perustan sille, miten eri ongelmat ratkaistaan tietokoneella ja mitkä ongelmat yleensä on mahdollista ratkaista tietokoneella. 2. Taidetta, Ohjelmointi on luova prosessi. Innostunut ohjelmoija saattaa tuntea taiteilijan kaltaista inspiraatiota työhönsä, toisaalta hän saattaa tuntea masennusta tyhjällä ruudulla vilkkuvasta kohdistimesta silloin, kun työ ei ota edistyäkseen ( Kamalinta maalarille on valkea kangas, Pablo Picasso). 3. Käsityötä, Laajasta tutkimuksesta huolimatta ohjelmointia ei ole kyetty automatisoimaan, vaan se on käsityötä. Tätä käsityötä tukevia ja täydentäviä erilaisia menetelmiä ja lähestymistapoja on kuitenkin kehitetty. Ohjelmoitaessa luodaan toimintoja, jotka voivat yksinkertaisimmillaan esimerkiksi tulostaa käyttäjän näppäimen painalluksen tietokoneen näytölle tai laskea kaksi lukua yhteen. Jotta nuo toiminnot voidaan suorittaa, ohjelmoija kirjoittaa valitsemallaan ohjelmointikielellä koneelle sopivan käskyn (instruction) ja pyytää konetta toteuttamaan annetun käskyn. Ohjelmointikieli muodostuu täsmällisesti määritellystä joukosta käskyjä, jotka muodostavat käskykannan (instruction set). Käskyt yhdessä muodostavat ohjelman algoritmin (algorithm), jota käsitellään tarkemmin luvussa 4. Algoritmilla tarkoitetaan yleensä yksikäsitteisten lauseiden (expression) eli käskyjen muodostamaa järkevää kokonaisuutta, jolla ratkaistaan jokin ongelma. Algoritmia voidaan kuvata joko ohjelmointikielellä itsellään, vuokaavioilla (flowchart) tai pseudokielellä (pseudo code). Pseudokieli on luonnoskieli, joka on selväkielinen ja kuvaa samalla ongelman kulkua, tätä kutsutaan myöskin puoliohjelmaksi. 2

3 Kuinka ohjelmia tehdään? Useimmat tietokoneen käyttäjät turvautuvat ongelmanratkaisuvälineitä (tietokoneohjelmia) tarvitessaan ammattimaisesti tuotettuihin ohjelmiin, kuten taulukkolaskimiin, tietokantaohjelmiin, sivuntaitto-ohjelmiin jne. Joissakin tapauksissa on kuitenkin välttämätöntä tai ainakin suotavaa kirjoittaa oma ohjelma ennemmin kuin käyttää toisen valmiiksi tekemää ohjelmaa. Ohjelma (program, routine): Tietojenkäsittelytehtävän esitys tietokoneen toteuttavaksi tarkoitettuna määrittelynä tai käskysarjana. Ihmisen toimena tietokoneen ohjelmointi on varsin uutta puuhaa. Itse asiassa ohjelmointi onkin vain yksi erikoistapausjo iät ja ajat harjoitettua ongelmanratkaisua. Ohjelmointi (programming): Logo-guruP. Rosslähestyy kirjassaan "LOGO Programming" (Addison-WesleyPubl. Ltd, 1983)käsitettä ohjelmointi määritelmällä: Ohjelmointi on väline ideoiden tutkimiseen. Toinen Logo-persoona C. Leighmäärittelee ohjelmoinnin kirjassaan "Starting LOGO" (Sigma Press, 1984)seuraavasti: Ohjelmointi on tietokoneen opettamista asioiden tekemiseen. Ohjelmoitava (programmable): Järjestelmä onohjelmoitava,jos sillä on (vähintään!) kyky käsitellä muuttujiin talletettua dataa, ratkaista ehtoja perustuen em. dataanjasuorittaa toistorakenteita em.ehtojen perusteella. Tietokone onohjelmoitava järjestelmä ja ohjelmoitavuus ekee tietokoneesta työkalun,joka soveltuu lukuisiin tarkoituksiin. Edellisinehdoin ei taas esimerkiksi matkapuhelin, videonauhuri tai pyykinpesukoneole käyttäjän kannalta ohjelmoitavajärjestelmä. Tyypillisesti ongelmanratkaisuun kuuluu neljä vaihetta: 1. Ongelman ymmärtäminen. Ongelman tarkka määrittely on monesti kaikkein tärkein -ja kaikkein ylenkatsotuin -vaihe ongelmanratkaisuprosessissa. 2. Suunnitelman teko ongelman ratkaisemiseksi. Mitä resursseja on saatavilla? Ihmiset? Tieto? Tietokone? Ohjelmistot? Data?Kuinka resursseja käyttämällä ongelma saadaan ratkaistua? 3. Suunnitelma toteuttaminen. Tämä vaihe on osittain samanaikainen toisen vaiheen kanssa, koska monia ongelmanratkaisusuunnitelmiakehitetään toteutuksen aikana. 4. Ratkaisun arviointi. Onko ongelma ratkaistu oikein? Voiko ratkaisua soveltaa muihin ongelmiin? Myös ohjelmointi voidaan kuvata nelivaiheisena prosessina, joskin käytännössä nämä vaiheet menevät usein päällekkäin: 3

1. Ongelman määrittely 2. Algoritmin suunnittelu, tarkentaminenja testaaminen 3. Ohjelman kirjoittaminen 4. Ohjelman testaaminen ja virheiden etsintä Useimmat ohjelmointi ongelmat ovat liian monimutkaisia ratkaistaviksi yhdellä kertaa. Ohjelmointi vaiheessa ongelmaa tyypillisesti pilkotaan pienemmiksi ongelmiksi, jotka edelleen voidaan jakaa osaongelmiksi. Tämä asteittainen tarkentaminen on verrattavissa luonnoksen tekoon artikkelia tai kirjaa kirjoitettaessa. Ohjelmoijat kutsuvat joskus tätä suunnittelutapaa top-down -suunnitteluksi, koska suunnitteluprosessi alkaa huipulta tärkeimmistä ideoista ja tarkentuu vähitellen alaspäin mentäessä yksityiskohtaiseksi suunnitelmaksi. Asteittaisen tarkentamisen tuloksena syntyy algoritmi, joka tarkoittaa askel askeleelta läpikäytäviä ohjeita, joiden suorittaminen ratkaisee alkuperäisen ongelman. Ohjelmoija kirjoittaa algoritmin tavallisimmin pseudokoodina, joka on sekoitus ohjelmointikieltä ja jotain luonnollista kieltä, kuten englantia tai suomea. Kun algoritmin yksityiskohdat ovat kohdallaan, ohjelmoija voi muuttaa pseudokoodin tietokonekielelle eli kirjoittaa sen jollakin ohjelmointikielellä, sellaiseen muotoon, jonka tietokone sitten tulkkaamisen/kääntämisen jälkeen ymmärtää. ALGORITMI (ALGORITHM) ON ÄÄRELLINEN JOUKKO ASKEL ASKELEELTA SUO- RITETTAVIA TOIMIA TEHTÄVÄN SUORITTAMISEKSI. ESIMERKIKSI KAKKURESEP- TION ALGORITMI. 4

4 Algoritmi Algoritmilla arkoitetaan yksityiskohtaista kuvausta toimintaohjeista, joiden avulla useasta erillisestä työvaiheesta koostuva tehtävä saadaan suoritettua. Algoritminesitys on ohjelmointikielestä ja tietokoneesta riippumaton. Algoritmi voidaan esittää useillakin kuvaustavoilla, joita ovat erilaiset pseudokoodit ja (vuo)kaaviotekniikat. Tietyin varauksin algoritmin esittämiseen voidaan käyttää myös luonnollista kieltä. Algoritmilta edellytetään: Yleisyyttä: Algoritmin pitää soveltua kaikkiin saman ongelma-alueen ongelmiin. Deternrinistisyyttä: Jokaisessa työvaiheessa voidaan ratkaista yksiselitteisesti, mikä työvaihe suoritetaan seuraavaksi. Päättyvyyttä: Algoritmin suoritettavien työvaiheiden määrä on rajallinen ja suoritus päättyy kyseisen ongelman ratkaisuun. Algoritmin kolme perusohjausrakennetta ovat peräkkäisyys, toisto ja valinta. Nämä perusrakenteet ovat yksinkertaisia, mutta voidaan osoittaa, että monimutkaisemmat rakenteet voidaan aina palauttaa näihin kolmeen perusrakenteeseen. Näihin rakenteisiin perustuva algoritmi on helppo kirjoittaa ohjelmaksi rakenteista ohjelmointia tukevalla ohjelmointikielellä (kuten KAREL, Pascal, C,...). Monimutkaisuutta algoritmeihin tuo myös rakenteiden sisäkkäisyys, joka muodostuu seuraavaksi esitettävällä asteittain tarkentuvalla algoritmien muodostamistavalla. Esimerkki (tehtävä kuvataan luonnollisella kielellä): Tehdään kuppi lämmintä kaakaota Ensimmäisen tason osatehtävät voisivat olla: N O U D A K U P P I L Ä M M I T Ä M A I T O K A A D A M A I T O K U P P I I N L I S Ä Ä K A A K A A J A U H E Ensimmäinen taso voisi tarkentua esimerkiksi seuraavasti (toinen taso): L Ä M M I T Ä M A I T O: H A E K A T T I L A L A I T A M A I T O K A T T I L A A N K Ä Ä N N Ä L E V Y P Ä Ä L L E Ylhäältä - alas -suunnittelun vastakohta on alhaalta - ylös eli bottom - up -suunnittelu, jossa valmiista osista kootaan asteittain suurempia kokonaisuuksia, jotka lopulta ratkaisevat asetetun tehtävän. Esimerkki: Seuraavat osatehtävät: 5

A V A A K A A K A O P U R K K I L A I T A K O L M E L U S I K A L L I S T A J A U H E T T A K U P P I I N L A I T A L U S I K K A K U P P I I N S U L J E K A A K A O P U R K K I voidaan koostaa vaiheeksi L I S Ä Ä K A A K A O J A U H E Ohjelmointi ja ongelmanratkaisu liittyvät siis kiinteästi toisiinsa, vaikka ovatkin itsenäisiä vaiheita. Usein syynä sille, että ongelmaan ei voida tuottaa ratkaisuksi ohjelmaa, ei ole ohjelmointitaidon vaan ongelmanratkaisutaidon puute! Harjoitus 1 (ongelmanratkaisu) Pöydällä on kaksitoista samannäköistä palloa, joista yksitoista kappaletta painaa N grammaa ja yksi pallo N/2grammaa. Käytössäsi on myös kaksikuppinenvaaka, joka ei pysty kertomaan painoa grammoina,vaan ainoastaan ilmoittamaan vasemman vaakakupin sisältö on oikeaa vaakakuppia painavampi, oikean vaakakupin sisältö on vasenta vaakakuppia painavampi tai kummankin vaakakupin sisältö on yhtä painava vaakakuppeihin asetetun kuorman mukaan. Kumpaankin kuppiin voi näitä palloja lastata hyvin suuren määrän. Laadi nyt selvitys eri ratkaisutavoista löytää punnitsemalla tuo yksi eripainoinen pallo. (Lisäharjoitusta kaipaavat voivat kotiläksynä pohtia ratkaisuja tapaukselle, jossa kaksi palloa kahdestatoista on eripainoista!) 6

5 Ideasta algoritmiksi Kehitetään yksinkertainen algoritmi prosessin havainnollistamiseksi. Aloitetaan ongelman määrittelyllä: Opettaja haluaa ohjelmoida luvun arvaamiseen pelin, jonka avulla oppilaat opettelevat loogisia strategioita ja harjoittelevat aritmetiikkaa. Pelissä tietokone valitsee luvun yhden (1) ja sadan (100) väliltä ja antaa pelaajalle seitsemän mahdollisuutta arvata valittu luku. Jokaisen väärän vastauksen jälkeen tietokone kertoo pelaajalle, oliko arvaus suurempi vai pienempi kuin sen arpoma luku. Lyhyesti sanottuna ongelmana on kirjoittaa ohjelma, joka pelaa arvauspeliä. 5.1 Asteittainen tarkentaminen Ensimmäisessä jaossa ongelma jakautuu kolmeen osaan: alkuun, keskiosaan ja loppuun. Jokainen näistä on oma, alkuperäistä ongelmaa pienempi ongelma. ALOITA ArvaaLukuPeli TOISTA Y R I T Y S KUNNES ( L U K U O N A R V A T T U TAI S E I T S E M Ä N A R V A U S T A O N K Ä Y T E T T Y ) LOPETA ArvaaLukuPeli Nämä kolme osaa muodostavat algoritmin rungon. Valmiissa algoritmissa ne suoritetaan peräkkäin. Seuraava tarkennus lisää joitakin yksityiskohtia kaikkiin osiin: ALOITA ArvaaLukuPeli N Ä Y T Ä O H J E E T V A L I T S E L U K U 1-100 TOISTA Y R I T Y S KUNNES ( L U K U O N A R V A T T U TAI S E I T S E M Ä N A R V A U S T A O N K Ä Y T E T T Y ) LUE P E L A A J A N A R V A U S ANNA P A L A U T E A R V A U K S E E N TOISTON LOPPU N Ä Y T Ä L O P P U I L M O I T U S LOPETA ArvaaLukuPeli Keskimmäisessä osassa ohjeina on joukko käskyjä, joita toistetaan joka yrityksellä: kaikki mitä löytyy käskyjen TOISTA ja TOISTON LOPPU välistä. Ohjeista puuttuu edelleen välttämättömiä yksityiskohtia. Esimerkiksi kuinka tietokone antaa palautetta arvaukseen? Voimme korvata ANNA palaute arvaukseen ohjeilla, jotka vaihtelevat arvauksesta riippuen: 7

JOS ( A R V A U S == L U K U ) NIIN K E R R O S E J A L O P E T A MUUTEN JOS ( A R V A U S < L U K U ) NIIN K E R R O, E T T Ä A R V A U S O N L I I A N P I E N I MUUTEN K E R R O, E T T Ä A R V A U S O N L I I A N S U U R I JOS LOPPU JOS LOPPU Lopuksi meidän pitää antaa tietokoneelle mahdollisuus tietää, milloin seitsemän arvausta on käytetty. Voimme asettaa aluksi laskurin arvoksi nollan ja kasvattaa sitä yhdellä joka arvauksella. Kun laskurin arvo tulee seitsemään, TOISTO-toisto lopetetaan ja tietokone antaa viestin. Näiden tarkennusten jälkeen algoritmi näyttää seuraavalta: ALOITA ArvaaLukuPeli N Ä Y T Ä O H J E E T V A L I T S E L U K U 1-100 A S E T A L A S K U R I N A R V O K S I 0 TOISTA Y R I T Y S KUNNES ( L U K U O N A R V A T T U TAI L A S K U R I == 7 ) LUE P E L A A J A N A R V A U S JOS ( A R V A U S == L U K U ) NIIN K E R R O S E J A L O P E T A MUUTEN JOS ( A R V A U S < L U K U ) NIIN K E R R O, E T T Ä A R V A U S O N L I I A N P I E N I MUUTEN K E R R O, E T T Ä A R V A U S O N L I I A N S U U R I JOS LOPPU JOS LOPPU lisää laskurin arvoa yhdellä TOISTON LOPPU N Ä Y T Ä L O P P U I L M O I T U S LOPETA ArvaaLukuPeli 5.2 Kontrollirakenteet Tietokone ei ymmärrä tätä algoritmia, mutta pseudokoodi on selvä sellaiselle, joka tuntee kontrollirakenteet. Kontrollirakenteet, ohjausrakenteet(control structures): Loogiset rakenteet, jotka ohjaavat käskyjen suoritusjärjestystä. Tässä algoritmissa on käytetty kolmea peruskontrollirakennetta: peräkkäisyys, valinta ja toisto. Peräkkäisyyskontrollirakenne muodostuu ryhmästä käskyjä, jotka suoritetaan peräkkäin ensimmäisestä viimeiseen. Esimerkissämme, kuten useimmissa tietokonekielissä, peräkkäisyysonoletusrakenrre, ts. sitä noudatetaan ellei toisin ole käsketty: 8

N Ä Y T Ä O H J E E T V A L I T S E L U K U 1-100 A S E T A L A S K U R I N A R V O K S I 0 Valintakontrollirakennetta käytetään loogisten valintojen tekemiseen, jolla tarkoitetaan sitä, että valitaan jokin vaihtoehtoisista toimista tiettyjen ehtojen mukaan. Tyypillinen valintarakenne on muotoa IF (jokin ehto on tosi) THEN (tee jotain) ELSE (tee jotain muuta) eli JOS ( jokin ehto on tosi) NIIN (tee jotain) MUUTOIN (tee jotain muuta): IF (A R V A U S < L U K U) THEN K E R R O, E T T Ä A R V A U S O N L I I A N P I E N I ELSE K E R R O, E T T Ä A R V A U S O N L I I A N S U U R I Toistokontrollirakenne on sama asia kuin silmukkarakenne. Sen avulla voidaan käskyjoukkoa toistaa useita kertoja, kunnes (useimmiten) jokin ehto täyttyy. Algoritmissamme TOISTA ja TOISTON LOPPU -rakenteen väliin jääviä lauseita toistetaan, kunnes luku on arvattu oikein tai laskurin arvoksi tulee seitsemän: TOISTA Y R I T Y S KUNNES L U K U O N A R V A T I U TAI L A S K U R I= 7 L U E P E L A A J A N A R V A U S L I S Ä Ä L A S K U R I N A R V O A Y H D E L L Ä TOISTON LOPPU Kuten esimerkkimme osoittaa, yksinkertaisia kontrollirakenteita voidaan yhdistää monimutkaisemmiksi algoritmeiksi. Itse asiassa mikä tahansa tietokoneohjelma saadaan rakennettua näillä kolmella kontrollirakenteella. 5.3 Algoritmin testaaminen Seuraavana on vuorossa algoritmin testaaminen. Tässä vaiheessa on tarkoituksena testata algoritmin logiikkaa. Testauksen teemme suorittamalla käskyjä eri lukuarvoilla. Voimme esimerkiksi tähdätä numeroon 35 ja arvata lukuja 15, 72, 52 ja 35. Näillä numeroilla tulee testattua kaikki kolme IF-THEN-ELSE -rakenteen vaihtoehtoa (pienempi, suurempi ja yhtäsuuri) ja ne osoittavat, mitä tapahtuu, kun pelaaja valitsee oikean luvun. Meidän pitäisi myös testata algoritmia seitsemällä väärällä arvauksella, jotta varmistumme, että algoritmi päättyy oikein pelaajan hävitessä pelin. 5.4 Algoritmista ohjelmaksi Kun testaus on ehty, on algoritmi valmis ohjelmoitavaksi. Koska algoritmilla on ohjelman looginen rakenne, koodaus on yksinkertainen ja suoraviivainen. 9

Koodaus (coding): Ohjelman kirjoittaminen algoritmin pohjalta. Algoritmin lauseet kääntyvät suoraan koodiriveiksi ohjelmoijalle sopivimmalle ohjelmointikielelle. 5.4.1 Yksinkertainen ohjelma Katsotaan ohjelmaa, joka on kirjoitettu Java-kielellä. Kuten monet muutkin tietokoneohjelmat, koostuu ohjelma kolmesta osasta (vrt. keittokirja): 1. Ohjelman otsikko sisältää ohjelman nimen ja standarditiedostot (vrt. ruokaohjeen nimi ja kuvaus ruuasta). 2. Määrittelyosa sisältää muuttujien ja muiden tarvittavien asioiden esittelyn (vrt. ruokaohjeen tarveainelista). 3. Lauseosa koostuu käskyistä, jotka on koottu { ja } -lohkosulkujen sisään (vrt. ruuanvalmistusvaiheet). class ArvaaLukuPeli { import java.io.*; import java.util.*; // MA U R I HE I N O N E N, 6.8.2004 public static void main( String args[] ) throws java.io.ioexception { // Alustetaan tarvittavat kokonaislukumuuttujat int luku = (int) (100 * Math.random()); int arvaus = -1; int laskuri = 1; System.out.println( Tervetuloa arvauspeliin. Valitsen luvun 1-100 väliltä ja ); System.out.println( sinun pitää arvata, mikä se on. Sinulla on 7 yritystä. ); } do { System.out.print( Mikä on arvauksesi? ); arvaus = Integer.parseInt(new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in)).readLine()); if ( arvaus == luku ) { System.out.println( Sinä arvasit oikein! ); } else { if ( arvaus < luku ) { System.out.println( Liian pieni luku, arvaa uudelleen! ); } else { System.out.println( Liian suuri luku, arvaa uudelleen! ); } } laskuri++; } while (( arvaus == luku ) ( laskuri <= 7 )); if ( arvaus!= luku ) { System.out.println( Narrasin sinua 7 kertaa, luku oli + luku +! ); } } Kuten huomaat, niin tämä ohjelmalistaus näyttää täysin erilaiselta kuin alkuperäinen yksityiskohtainen algoritmimme. Yksi tärkeä ero niillä on, koska nyt kyseessä on tietokoneohjelma, jolloin jokaisella sanalla, symbolilla ja välimerkillä on täsmällinen, yksiselitteinen merkitys siinä vaiheessa, kun tämä lähdekoodi tulkataan/käännetään tietokoneen ymmärtämään muotoon. 10

6 Algoritmin kuvaus tavat 6.1 Puoliohjelma Tavallisin sanallinen kuvauskieli on puoliohjelma (pseudokoodi). Se on eräänlainen välivaihe suomen kielellä (tai englannin kielellä) esitetyn toiminta ohjeen ja tietokoneohjelman välillä. Puoliohjelma on ohjelma, jonka kirjoitat oman kielesi ja tiettyjen ohjelmointikielistä riippumattomien määrämuotoisten ilmaisujen avulla. Puoliohjelmassa käytetään useimmiten englanninkielisiä sanoja, kuten IF, THEN, EL- SE, WHILE, UNTIL, jne. tai vastaavia suomenkielisiä sanoja JOS, NIIN, MUUTEN, TOISTA, KUNNES jne. 6.2 Vuokaavio Kaavion muotoisista kuvauskielistä ovat tavallisimpia ns. vuokaaviot ja rakenteiset lohkokaaviot. Vuokaaviossa käytetään ohjelman (tai sen osan) etenemisen kuvaamiseen erilaisia kaaviosymboleita. Tavallisimmat symbolit on koottu seuraavaan taulukkoon: Katsotaan seuraavaksi pientä yksinkertaista esimerkkiä vuokaavion käyttämisestä. Oletetaan, että olemme saaneet seuraavan yksinkertaisen tehtävän: Kauppias antaa yli 250mk:n ostoksista 5%:n alennuksen ja yli 500mk:n ostoksista 8%:n alennuksen. Laadi ohjelma, joka tulostaa alennetun hinnan, kun syöttötietona annetaan ostosten hinta. Jokainen tietokone ohjelma voidaan toteuttaa kolmen perusrakenteen avulla. Näiden perusrakenteiden avulla määrätään ohjelman suorituksen etenemisjärjestys. Nämä perusrakenteet ovat: 11

Peräkkäisrakenne. Tämä rakenne koostuu useasta peräkkäin suoritettavasta toiminnosta, jotka suoritetaan kirjoitusjärjestyksessä, ellei toisin määrätä. Toistorakenne. Toimintosarjaa toistetaan, kunnes ehto tulee voimaan. Valintarakenne. Tässä rakenteessa suoritetaan jompikumpi kahdesta toiminnosta (toimintasarjasta) sen mukaan, onko ennalta annettu ehto tosi vai epätosi. 12

7 Tietokoneen sielunelämä Kuten me kaikki tiedämme tietokone on perusolemukseltaan vain joukko sähköisiä laitteita ja laitteisiin kytkettyjä komponentteja. Ja kuten tiedämme se koostuu pääasiassa erilaisista väylistä, muistipiireistä, johtimista, piirilevyistä yms. Jotta tietokone alkaisi toimia käyttäjän haluamalla tavalla, tulee koneen toiminnalle määritellä ohjeita. Näitä ohjeita noudattaen tietokone toteuttaa käyttäjän haluamia tehtäviä. Ohjeet, joita kutsutaan ohjelmiksi (program), on tallennettu tietokoneen pysyvään muistiin (yleensä kiintolevylle), josta ne noudetaan aina tarvittaessa. Näin ohjelmoijan kannalta tietokone on periaatteessa vain joukko peräkkäisiä muistipaikkoja, joihin voidaan tallentaa jokin tieto. Yleisesti, kun ohjelmoija puhuu muistista, hän tarkoittaa sillä keskusmuistia eli RAM -muistia (Random Access Memory). Tämän jälkeen, kun data on syötetty muistiin varsinaisen työn hoitaa suoritin, jotta voidaan muuttaa näiden muistipaikkojen sisältöä tietokoneohjelman mukaan, eli siten kuin mitä me, ohjelmoijat, haluamme. Kun ohjelmoija laatii ohjelmia, sitä kutsutaan ohjelmoinniksi (programming) ja ohjelmien koodaajaa ohjelmoijaksi (programmer). Ohjelman tekemiseen tarvitaan väline, jota kutsutaan ohjelmointikieleksi, kuten Visual Basic, C, C++, C#, PHP, Java tai Perl, (programming language). Ohjelmointikieli on joukko tarkkaan määriteltyjä ohjeita, joita yhdistelemällä voi toteuttaa hyvinkin vaativia tehtäviä, koulussamme on mahdollista opiskella joko Perl?kieltä tai C++ -kieltä. Erilaiset suorittimet, ja näin siis erilaiset tietokoneet, ymmärtämät erilaisia käskyjä. Kuitenkin käskyt ovat aina hyvin yksinkertaisia, esimerkiksi 1. nollaa muistipaikka 100 2. nollaa muistipaikka 1 3. lisää muistipaikkaan 100 luku, jonka saat muistipaikasta 200+muistipaikan 1 sisältö 4. lisää muistipaikan 1 sisältöä yhdellä 5. jos muistipaikan 1 sisältö ei ole viisi, palaa kohtaan 3 Tällainen ohjelma laskisi muistipaikkaan 100 muistipaikkojen 200..204 sisältöjen summan. Tätä kutsutaan konekieleksi. Tietokoneen ohjelmointi konekielellä on aivan mahdollista. Kuitenkaan se ei ole kovinkaan nopeaa, ja ohjelman toiminnan ymmärtäminen on hankalaa. Siksi on kehitetty erilaisia korkeamman tason ohjelmointikieliä, joissa ohjeet voidaan antaa joidenkin englanninkielisten sanojen ja itse nimettyjen tunnusten avulla. Tällainen korkeamman tason ohjelmointikielellä toteutettu ohjelma täytyy ennen käyttöä kääntää ylempänä kuvattuun muotoon (eli kokekielelle), jotta se voidaan suorittaa tietokoneessa. Käännös voidaan joko tehdä kerralla koko ohjelmalle (tällöin käytetään kääntäjää) tai kääntää ja suorittaa rivi kerrallaan (jolloin käytetään tehtävään tulkkia). Ensin mainitussa tapauksessa puhutaan kääntämisestä, viimeksi mainittua kutsutaan tulkkaukseksi - yhteys vieraan kielen 13

kääntämiseen ja tulkkaamiseen on ilmeinen. Jokaisella prosessorityypillä on oma konekielensä. 14

8 Mikä on ohjelmointikieli? Kaikki tietokoneohjelmat ovat ohjelmoitu jollakin tietyllä ohjelmointikielellä, jonka avulla määritellään ohjeet, kuinka ohjelman tulee toimia. Jopa kaikkien tuntemamme ja varmastikin myös joka päivä käyttämämme Internet Explorer on joukon ohjelmoija jollakin, todennäköisesti C++, ohjelmointikielellä väsäämä ratkaisu johonkin ongelmaa, tässä tapauksessa Internettiin pääsyyn. Näin päästäänkin kysymyksen: Mikä on ohjelmointikieli?. Sillä emmehän me pysty luomaan ohjelmaa ilman kieltä, jonka avulla sen tekisimme. Oikeastaan ohjelmointikieli on juuri ohjelmointiin suunniteltu ilmaisukieli, jolla ohjelmoijat työskentelevät. Nämä ohjelmointi kielet lajitellaan keskenään eri kategorioihin, joihin tutustumme myöhemmin. Kuitenkin kaikissa ohjelmointikielissä on joukko komentoja ja rakenteita, joiden avulla ohjelmoija laatii toimintaohjeet. Toimintaohjeet ovat kuin ajo-ohjeet tai kakkuresepti, niiden tulee olla täsmälliset, jotta ohjelma (tietokone) osaa suoriutua kaikista tilanteista. Toisin kuin autoilija/leipoja, niin tietokone ei voi kysyä apua miten sen tulisi toimia suoriutuakseen sille määrätyistä tehtävistä. Voidaankin todeta, että tietokone on juuri niin viisas kuin mitä käyttämäsi ohjelman tekijä on. Tietokone ei pysty ajattelemaan tai arvailemaan mitä ohjelmoija nyt sitten seuraavaksi mahtanee haluta, vaan sinun tulee ohjelmoijana määritellä tarkat toimintaohjeet tietokoneelle, ennen kuin voit levittää ohjelmaa. Java on yksi sadoista maailmalla käytössä olevista tietokonekielistä. Joitakin niistä käyttävät ammattiohjelmoijat kirjoittaessaan ohjelmistoja meille muille. Jotkut kielet on tarkoitettu auttamaan opiskelijoita oppimaan ohjelmoinnin perusteet. Jotkut kielet taas on tarkoitettu tietokoneen käyttäjien avuksi automatisoimaan toistuvia tehtäviä ja räätälöimään ohjelmistosovelluksia käyttäjille sopiviksi. Tietokoneiden alkuajoista lähtien on ohjelmointikielien tavoitteena ollut helpottaa ihmisen ja tietokoneen välistä kommunikointia. Ohjelmointikieli (programming language): Ohjelmien (laskentaprosessien) systemaattinen kuvaustekniikka. Ohjelmointikieli on liittymä/väline ohjelmistotuotantoa varten ja tämän liittymän kautta ohjelmoija kommunikoi tietokoneen kanssa kirjoittaessaan I. koodatessaan tietokoneohjelmaa. Ohjelman kirjoittaminen on siis kielenkäytlöprosessi. 8.1 Tietokoneen kielet Tietokoneohjelma toimii laitteiston, ohjelmiston ja käyttävien ihmisten luoman maailmankuvan asettamissa rajoissa. Ohjelmointikielen yksi tärkeimpiä ominaisuuksia on sen yksikäsitteisyys, eli sillä kirjoitetut ilmaukset voidaan tulkita vain yhdellä tavalla. Ohjelmointikielellä on kielioppi (syntaksi), joka määrittelee, millaisia ohjelmia saa kirjoittaa. Ohjelmointikielen semantiikka antaa ohjelman osille merkityksen. Ohjelmointikielet ovat niin kutsuttuja formaaleja kieliä. 15

8.1.1 Konekieli ja assembly-kieli Jokaisella tietokoneella on oma äidinkieli eli ns. konekieli. Konekieli (machine language): Tietokoneen peruskieli, joka koostuu nollista ja ykkösistä. Eri konekielien välillä on yhtäläisyyksiä. Kaikista löytyy käskyt mm. seuraaviin tehtäviin: neljän pemslaskutoimituksen suorittaminen lukuparien vertailu käskyjen toisto Konekielet ovat kuitenkin eri kieliä, kuten ranska ja englanti. Näin ollen yhteen konekieleen perustuvat koneet eivät ymmärrä toisella konekielellä kirjoitettuja ohjelmia. Koneen näkökulmasta katsottuna konekieli on pelkkää binäärikoodia. Käskyt, muistipaikat, luvut ja merkit esitetään nollista ja ykkösistä muodostuvina merkkijonoina. Koska binäärilukujen tulkitseminen on ihmiselle hankalaa, on konekieliset ohjelmat yleensä käännetty joko kymmenjärjestelmään, heksadesimaalijärjestelmään (kantaluku 16) tai johonkin muuhun lukujärjestelmään. Tästä huolimatta konekielisten ohjelmien kirjoittaminen, lukeminen ja korjaaminen on aina ollut vaikeaa. Ohjelmointi muuttui helpommaksi, kun keksittiin assembly-kieli. Assembly-kieli (assembly language): Vastaa toiminnaltaan konekieltä. Ihmisten on kuitenkin helpompi lukea, kirjoittaa sekä ymmärtää assembly a kuin konekieltä. Assembly ssa ohjelmoija käyttää aakkoskoodeja, jotka vastaavat konekielen käskyjä. Esimerkiksi assembly-kielinen käsky vähennyslaskulle voisi olla SUB (subtraction). Luonnollisesti SUB ei merkitse mitään tietokoneelle, joka reagoi vain sellaisiin komentoihin kuin 10110111. Sillaksi ohjelmoijan ja tietokoneen välisen kommunikointikuilun yli on kehitetty ohjelma nimeltään assembler, joka kääntää jokaisen assemble-kielisen käskyn konekieliseksi käskyksi. Paremmasta tietämättä tietokone toimii kielenkääntäjänä itselleen. Vain erittäin harvat ohjelmoija käyttävät enää konekieltä, koska assembly-kieli on selvästi sitä parempi. Siitä huolimatta assembly-kieltä pidetään matalan tason ohjelmointikielenä. Tämä tarkoittaa sitä, että ohjelmoijan täytyy ajatella konekielen tasolla kaikkia toimiaan ja sisällyttää valtava määrä yksityiskohtaista tietoa jokaiseen kirjoittamaansa ohjelmaan. Assembly-ohjelmointi on kertautuvaa, aikaa vievää ja virhealtista puuhaa. Asiaa 16

pahentaa vielä se, että yhdellä assemblykielellä kirjoitettu ohjelma joudutaan kirjoittamaan kokonaan uudestaan toisella assembly-kielellä, mikäli sitä halutaan ajaa koneissa, joissa on erilainen konekieli. Monet ohjelmoijat käyttävät kuitenkin assembly-kieltä ohjelmoidessaan videopelien tai muiden sovellusten osia, joissa nopeus ja suora tiedonsiirto laitteistojen kanssa ovat kriittisiä. Nykyisin useimmat ohjelmoija ajattelevat ja kirjoittavat korkeammalla tasolla. 8.1.2 Korkean tason kielet Korkean tason kielet asettuvat luonnollisten kielten ja tarkkojen konekielten välimaastoon. Niitä alettiin kehittää 1950-luvun alkupuolella yksinkertaistamaan ja virtaviivaistamaan ohjelmointiprosessia. FORTRANin ja COBOLin kaltaisten kielten avulla tiedemiehet, insinöörit ja kaupallisen alan ihmiset pystyivät kirjoittamaan ohjelmia käyttäen tuttuja termejä ja merkintöjä kryptisten konekäskyjen sijaan. Tänään ohjelmoijat voivat valita useista sadoista korkean tason kielistä mieleisensä. Tulkit ja kääntäjät kääntävät korkean tason kieliset ohjelmat konekielelle. Olipa käytössä tulkki tai kääntäjä, yksi korkean tason kielinen lause kääntyy useaksi konekieliseksi lauseeksi. Korkean tason kieli piilottaa useimmat konekielisten toimintojen yksityiskohdat ohjelmoijalta. Sen ansiosta ohjelmoijan on helpompi keskittyä ajattelemaan ohjelmakokonaisuutta ja sen logiikkaa. Kirjoittamisen ja korjaamisen helppouden lisäksi korkean tason kielten etuna on niiden siirrettävyys koneesta toiseen. Esimerkiksi standardin mukaisella Javalla kirjoitettu ohjelma voidaan kääntää ja ajaa missä tahansa tietokoneessa, jossa on standardin mukainen Java-kääntäjä. Koska tällaisia Java-kääntäjiä on saatavilla useimpiin tietokonetyyppeihin, toimii Java-ohjelma sellaisenaan lähes kaikkialla. Ohjelman siirtäminen uuteen koneeseen ei ole aina yhtä helppoa. Useimmat korkean tason ohjelmat jouduaan kirjoittamaan osittain uudelleen, koska laitteistot,kääntäjät, käyttöjärjestelmät ja käyttöliittymät ovat erilaisia. Esimerkiksi ohjelmoijat joutuisivat kirjoittamaan 20% koodista uudelleen siirtäessään ohjelman Windows-version toimimaan Macintosh-koneessa tai päinvastoin. Kaiken kaikkiaan korkean tason ohjelmat ovat paljon paremmin siirrettäviä kuin assembly- ja konekielellä kirjoitetut ohjelmat. 8.1.3 Monikieliset koneet Satojen kehitettyjen korkean tason kielten joukosta muutamat ovat tulleet tunnetuiksi laajan käyttönsä ansiosta. Näihin kieliin kuuluu: FORTRAN (Formula Translation), ensimmäinen kaupallinen korkean tason ohjelmointikieli, kehitettiin IBMaIä (Intemational Business Machines) 1950-luvulla ratkaisemaan tieteen ja tekniikan ongelmia. FORTRANin uudistetut versiot on edelleen käytössä. 17

COBOL (Common Business Oriented Language) kehitettiin 1960-luvulla Yhdysvaltain hallituksen halutessa uuden, kaupallisiin tietojenkäsittelyongelmiin suuntautuneen kielen. COBOL-ohjelmoijia työskentelee edelleen monissa tietojenkäsittelyyrityksissä ympäri maailmaa. LISP (List Processing) kehitettiin MIT ssä (Massachusetts Institute of Technology) 1950-luvun lopulla ei-numeerisen tiedon käsittelyyn, kuten merkit, sanat ja muut symbolit. LISP on laajalti käytetty tekoälytutkimuksessa osittain siksi, että on helppo kirjoittaa LISP-ohjelmia, jotka pystyvät kirjoittamaan toisia ohjelmia. BASIC (Beginner s All-purpose Symbolic Instruction Code) kehitettiin aloitteleville ohjelmoijille 1960-luvun puolivälissä helposti opittavaksi, vuorovaikutteiseksi vaihtoehdoksi FORTRANiIIe. Ennen BASICia opiskelijan piti tyypillisesti antaa ohjelma tietokoneelle tarkastettavaksi, odottaa tuntikausia kääntäjän tulostusta ja toistaa tätä prosessia, kunnes kaikki virheet oli korjattu. Koska BASICia tulkittiin rivi kerrallaan eikä käännetty kokonaisena ohjelmana, opiskelija sai välittömästi palautetta kirjoittaessaan lauseitaja komentoja päättecllään. Henkilökohtaisten tietokoneiden (PC, Personal Computer) yleistyessä BASIC nautti ennenkuulumatonta suosiota opiskelijoiden, harrastajien ja ohjelmoijien joukossa. Vuosien saatossa BA- SICista on kehittynyt voimakas, uudenaikainen ohjelmointiväline niin amatöörien kuin ammattilaistenkin käyttöön. Pascal (nimetty 1600-luvulla eläneen ranskalaisen matemaatikon, keksijän, filosofin ja mystikon Blaise Pascal in mukaan) kehitettiin aloitteleville ohjelmoijille 1970- luvun alussa vaihtoehtona BASICiIIe. Pascal suunniteltiin rohkaisemaan rakenteiseen ohjelmointiin, josta lisää seuraavassa osassa. Pascal on edelleen suosittu opiskelijoiden keskuudessa, mutta sitä käytetään vain harvoin ammattimaiseen ohjelmointiin. C keksittiin Bell Labs ssa 1970-luvun alussa käyttöjärjestelmien, kuten UNIX, ohjelmoimiseen. C on monimutkainen kieli, joka on vaikea oppia. Toisaalta sen ilmaisuvoimaisuus, joustavuus ja tehokkuus ovat tehneet siitä useimpien PC-ohjelmia tekevien ammattilaisten suosikin. Ada (nimetty ohjelmointipioneerin Ada Lovelacen mukaan) on massiivinen kieli, joka on kehitetty 1970-luvun lopulla Yhdysvaltain puolustusministeriössä. Ada ei koskaan tullut muotiin sotalaitoksen ulkopuolella. PROLOG (Programming Logic) on suosittu kieli tekoälyohjelmoinnissa. Kuten nimi antaa ymmärtää, PROLOG on suunniteltu tosiasioiden välisten loogisten suhteiden käsittelyyn. LOGO on LISPin murre, joka on suunniteltu erityisesti lapsille. 8.2 Ohjelmointimenetelmiä Ohjelmointikieli voi olla voimakas väline osaavissa käsissä. Väline ei kuitenkaan takaa laatua; parhailla ohjelmoijilla on erityiset tekniikat, joilla he saavat välineistään irti par- 18

haan mahdollisen tuloksen. Tietokoneohjelmoinnin lyhyen historian aikana ovat tietojenkäsittelijät kehittäneet useita uusia menetelmiä, jotka ovat tehneet ohjelmoijista entistä tuottoisampia ja ohjelmista entistä luotettavampia. 8.2.1 Rakenteinen ohjelmointi Tietojenkäsittclijät huomasivat 1960-luvun lopulla, että useimmissa FORTRAN- ja BA- SIC -ohjelmissa oli viljalti GoTo-lauseita, joilla ohjelman kontrolli siirrettiin paikasta toiseen ohjelman sisällä. (Muistatteko "Mene vankilaan. Mene suoraan vankilaan kulkematta lähtöruudun kautta."?) GoTo-lauseita sisältävän ohjelman looginen rakenne muistuttaa lähinnä suurta läjää keitettyä spagettia. Mitä suurempi ohjelma, sitä suurempi looginen labyrintti ja sitä suurempi mahdollisuus virheellisyyksiin. Jokainen ohjelman haara saattaa olla irrallinen pätkä, joka jää ohjelmoijalta huomiotta. Yrityksenä päästä eroon tällaisista ongelmista tietojenkäsittelijät kehittivät rakenteisen ohjelmoinnin. Rakenteinen ohjelmointi (structured programming): Tekniikka, jolla ohjelmointiprosessi saadaan entistä helpommaksi ja tuottavammaksi. Rakenteisessa ohjelmassa looginen eteneminen ei ole riippuvainen GoTo-lauseista. Sen sijaan ohjelma koostuu pienemmistä ohjelmista, joita kutsutaan moduuleiksi tai aliohjelmiksi (subprograrns), jotka voivat edelleen jakautua vielä pienemmiksi moduleiksi. Ohjelmoija yhdistää moduleja käyttämällä kolmea peruskontrollirakennetta: peräkkäisyys, toisto ja valinta. Ohjelma on rakenteeltaan hyvä, jos: 1. se on koottu loogisesti yhteenkuuluvista moduleista 2. modulit on järjestetty hierarkkisesti 3. se on selkeä ja luettava. Pascal ja Ada suunniteltiin rohkaisemaan rakenteelliseen ohjelmointiin ja luopumaan "spagettikoodista". Näiden kielten menestys yllytti tietojenkäsittelijät kehittämään BASICista ja FORTRANista versiot, jotka johtivat rakenteiseen ohjelmointiin. 8.2.2 Olio-ohjelmointi Rakenteinen ohjelmointi oli suuri edistysaskel ohjelmoijille; se mahdollisti entistä parempien ja luotettavampien ohjelmien tuottamisen aiempaa lyhyemmässä ajassa. Rakenteinen ohjelmointi ei kuitenkaan ole viimeinen sana ohjelmoinnissa; nykyisin olio-ohjelmointi on kiinnittänyt ohjelmointimaailman mielenkiinnon. 19

Olio-ohjelmointi (object-oriented programming, OOP): Ohjelmointitekniikka, jonka tuloksena syntyvässä ohjelmassa on olioita, joilla on ominaisuuksia ja menetelmiä. Olio-ohjelmointia käytettiin ensimmäisen kerran 1970-luvulla, varsinkin kielessä nimeltä Smalltalk. Olio-ohjelmoinnissa ohjelma ei ole ainoastaan kokoelma askel kerrallaan suoritettavia käskyjä, vaan se on kokoelma olioita. Olio (object): Oliot sisältävät sekä tietoa että käskyjä ja ne pystyvät lähettämään ja vastaanottamaan viestejä. Esimerkiksi multimediaohjelmassa oleva nappula voi olla olio, joka sisältää sekä fyysisen kuvauksen nappulan ulkoasusta että skriptin, kuvauksen siitä, mitä tehdä, kun käyttöjärjestelmä lähettää tiedon hiiren klikkauksesta. Tätä nappulaoliota voidaan mainiosti käyttää myös muissa ohjelmissa, koska sen mukana kulkee kaikki nappulan toimintaan tarvittavat tiedot. Oliotekniikkaa käytettäessä ohjelmoijat voivat rakentaa ohjelmia etukäteen valmistetuista olioista samaan tapaan kuin rakennusmiehet rakentavat taloja valmiista seinäelementeistä. Ohjelmoijat voivat myös helposti lainata osia muista ohjelmista, jolloin heidän ei tarvitse aina aloittaa aivan alusta uutta ohjelmaa tehdessään. Oliota, joka lajittelee osoitteita aakkosjärjestykseen postilistatietokannassa, voidaan käyttää myös ohjelmassa, joka lajittelee hotellivarauksia aakkosiin. Luokka (class): Luokka on olio-ohjelmoinnissa olion ominaisuuksien, menetelmien ja attribuuttien (ominaisuuksien), määritelmä, johon on koteloitu sekä olion tiedot että toiminta. Luokan ilmentymän rakenteen määräävät tietokentät (attribuutit) voivat olla olioita, jolloin puhutaan koosteoliosta.koosteolioon sisältyvää toista oliota kutsutaan luokan osaolioksi. Luokan perimät ja luokassa määritellyt ominaisuudet määräävät luokan ilmentymän toiminnan. Luokan menetelmää kutsuttaessa menetelmä saa, yleensä implisiittisenä parametrina, tiedon menetelmän kohdeoliosta eli oliosta jonka menetelmää kutsutaan. Tätä menetelmän tietoa kohdeoliosta kutsutaan itse viitteeksi. Tietoabstraktion saavuttamiseksi luokan määrittelyssä käytetään tiedon kätkentää. Ominaisuudet, joita luokan asiakkaan ei ole tarkoitus käyttää, määritellään joko yksityisiksi tai suojatuiksi. Yksityiset ja suojatut ominaisuudet ovat luokan asiakkaiden saavuttamattomissa. Ominaisuudet, joihin luokan asiakkaan on tarpeellista päästä käsiksi, määritellään julkisiksi. Luokka voi olla toteutukseltaan joko abstrakti tai konkreetti. Abstrakti luokka sisältää ainakin yhden viivästetyn menetelmän. Menetelmä on viivästetty, jos menetelmästä on luokan kuvauksessa ainoastaan esittely, mutta toteutus on jätetty avoimeksi. Abstraktista luokasta ei voida luoda ilmentymiä, vaan luokkaa on tarkoitus käyttää periytymisessä yliluokkana. Konkreeteissa luokissa kaikki menetelmät ovat toteutettuja ja konkreeteista luokista voidaan luoda ilmentymiä. 20

Luokka on geneerinen, jos luokan kuvauksessa esiintyy argumenttina ainakin yksi parametroitu tyyppi. Korvaamalla geneerisen luokan parametroidut tyypit todellisilla tyypeillä voidaan geneerisestä luokasta luoda todellisia luokkia. Geneerisyys voi olla syntaktista, jolloin geneerisyys saavutetaan makroja vastaavalla tekniikalla eli kääntäjä generoi jokaiselle todelliselle luokalle oman koodinsa. Toinen geneerisyyden muoto on semanttinen geneerisyys, jossa geneerisen luokan menetelmät voidaan kääntää jo geneerisinä. Smalltalk on edelleen laajasti käytetty olio-ohjelmoinnissa, joskin useissa muissakin kielissä löytyy olio-ominaisuuksia. C++ on suosittu C:n murre, joka tukee olio-ohjelmointia. C++ ei sisällä visuaalisia olioita, kuten ikoneja eli kuvakkeita. Päällepäin se näyttää samalta kuin muutkin ohjelmointikielet. Kielen olioluonne salliikin ohjelmoijan kirjoittaa ohjelmia, jotka perustuvat loogisiin olioihin eikä niinkään aliohjelmiin. Oliotyökalut ja -tekniikat yleistyvät tietokannoissa, multimedian tekovälineissä ja muissa ohjelmistoympäristöissä. Olio-ohjelmointi sopii erityisesti runsasta worovailavtteisuutta vaativiin ohjelmiin (kuten graafiset käyttöjärjestelmät ja pelit) ja ohjelmiin, jotka matkivat tai kuvastavat jotain todellisen maailman dynaamista osaa (kuten simulaatiot tai lennonvalvontajärjestelmät). Monet asiantuntijat uskovat, että olio-ohjelmointi on tuulahdus tulevaisuudesta. Jos seuraavat kolme asiaa toteutuu ohjelmointikielen taholta, voimme puhua olioohjelmointi -kielestä: Kapselointi ja Tiedon kätkeminen: Kapselointi tarkoittaa että jokin, esimerkiksi vastus on sellaisenaan käyttökelpoinen komponentti. Tiedon kätkennällä tarkoitetaan sitä, että kapseloitua osaa voidaan käyttää tuntematta sen sisäistä toimintaa. Kun insinööri tarvitsee laitteessaan vastusta, hän ei suinkaan rakenna sellaista itse. Oikeanlainen komponentti haetaan varastosta ja se tunnistetaan värikoodeista. Vastaus on insinöörin näkökulmasta musta laatikko : häntä ei kiinnosta mitä vastauksen sisällä tapahtuu tai miten se toimii. Tärkeintä on että komponentti vastaa tarpeita. Kapselointi tarkoittaa, että jokin, esimerkiksi vastus, on sellaisenaan käyttökelpoinen komponentti. Tiedon kätkennällä taas tarkoitetaan sitä, että kapseloitua osaa voidaan käyttää tuntematta sen sisäistä toimintaa. Kaikki vastuksen ominaisuudet on kapseloitu vastuksen sisään. Ei ole tarpeen tietää mitä vastuksen sisällä oikein tapahtuu tai miten se toimii. Kaikki vastuksen tiedot on kätketty vastuksen sisään. C++, Java sekä Perl?kielissä kapselointi ja tiedon kätkentä tehdään määrittelemällä omia tietotyyppejä, luokkia, jota nimitystä tästä eteenpäin käytämme. Hyvin toteutettu luokka toteuttaa kapseloinnin perusajatuksen eli sitä voidaan käyttää ohjelmassa sellaisenaan. Luokan hyväksikäyttäjät tarvitsevat vain luokan käyttöohjeet. Luokan käyttäjien näkökulmasta kuvaus luokan sisäisestä toiminnasta on tarpeeton. 21

Periytyminen ja uudelleen käyttö: C++, Java sekä Perl mahdollistavat uudelleenkäytön periyttämisellä. Uutta luokkaa ohjelmoitaessa voidaan sanoa, että luokka toimii aivan kuten jokin jo olemassa oleva luokka, mutta tämä ja tämä asia toimii hieman eri tavalla tai tämä ja tämä on uusi ominaisuus. Kun autotehtaan insinööreille annetaan tehtäväksi rakentaa uusi automalli, heillä on valittavanaan kaksi toimintatapaa: rakennetaan auto aivan alusta alkaen tai ryhdytään parantelemaan jo olemassa olevaa mallia. Ehkäpä tehtaan lippulaiva on jo lähestulkoon täydellinen, joten lisäämällä siihen turboahtimen ja jotain muuta uutta päästään huomattavasti helpommalla. C++, Java sekä Perl mahdollistavat uudelleenkäytön periyttämisellä. Uutta luokkaa ohjelmoitaessa voidaan sanoa, että luokka toimii aivan kuten jokin jo olemassa oleva luokka, mutta tämä ja tämä asia toimii hieman eri tavalla tai tämä ja tämä asia on uusi ominaisuus. Uuden luokan sanotaan periytyvän hyödynnetystä luokasta. Toinen ilmaisutapa on sanoa, että alaluokka on johdettu toisesta luokasta. Polymorfismi Tehtävien uudelleenmäärittelyä toimii esim. Java, Perl sekä C++ ohjelmointikielissä. Olio-ohjelmoinnissa keskeisiä osia ovat oliot. Melkein mikä tahansa asia voi olla olio. Yhteistä niille on, että oliolla 8.3 Ohjelmointia kuvilla Monille ihmisille on helpompaa työskennellä kuvilla sanojen sijasta. Visuaalisilla ohjelmointivälineillä ohjelmoija pystyy rakentamaan suuren osan ohjelmastaan piirtämällä kuvia ja osoittamalla näytöllä olevia olioita. Näin perinteinen aikaavievä koodaus vähenee huomattavasti. Apple n HyperCard oli luultavasti ensimmäinen suosittu esimerkki visuaalisesta ohjelmointiympäristöstä. HyperCard iin sisältyy ohjelmointikieli nimeltään HyperTalk, mutta HyperCard-ohjelmoijan ei tarvitse käyttää sitä ohjelmiaan luodessa. HyperCard in, Visual BASICin, ToolBook in ja NextStep in kaltaiset välineet tuovat ohjelmoinnin myös ei-ohjelmoijien ulottuville. Nykyiset visuaaliset ohjelmointivälineet eivät ole täysin muuttaneet ohjelmointia visuaaliseksi prosessiksi,mutta ne antavat viitteitä siitä, että se on mahdollista. 8.4 Kieliä käyttäjille BASICin ja C++:n kaltaiset kielet lisäävät edelleen suosiotaan ohjelmoijien ja kouluttajien keskuudessa, koska ne ovat helpompia käyttää ja tehokkaampia kuin edeltäjänsä. Tästä huolimatta useimmille tietokoneen käyttäjille nämä kielet ovat liikaa aikaavieviä ja vaativat liikaa opiskelua ollakseen kiinnostavia. Onneksi joitakin kieliä on suunniteltu täyttämään tietokoneen käyttäjien vaatimattomampia tarpeita. 22

8.4.1 Makrokielet Monet käyttäjille suunnatut kielet on tarkoitettu luomaan makroja, ohjelmia, jotka automatisoivat toistuvia tehtäviä. Käyttäjille suunnattuja makrokieliä tai skriptikieliä on rakennettu osaksi useita sovelluksia ja käyttöjärjestelmiä. Käyttämällä makrokieltä taulukkolaskimen käyttäjä pystyy rakentamaan ohjelman, makron Joka automaattisesti tekee kuukauden loppuraportin hakemalla tarvittavat tiedot muista taulukkopohjista, lisää arvot uuteen taulukkopohjaan ja laskee tulokset käyttäen edellisten kuukausien Iaskukaavoja. Käyttöjärjestelmän skriptikielen avulla voisi käyttäjä esimerkiksi automatisoida varmuuskopioiden tekemisen vaikkapa viimeisten seitsemän päivän ajalta. Joissakin makrokielissä makron käskyt pitää suunnitella ja toteuttaa käsin, aivan kuten kirjoittaisit BASIC-ohjelmaa. Toinen tapa tehdä makroja on sellainen, jossa makrontekoohjelma "nauhoittaa" käyttäjän toimia tämän suorittaessa komentoja ja kääntää nämä automaattisesti makroksi. Tämän jälkeenkäyttäjä voi tutkia ja tarpeen mukaan muuttaa makroa toimimaan niin kuin sen pitää. 8.4.2 Neljännen sukupolven kielet Monien asiantuntijoiden mielestä kielet ovat kehittyneet neljän sukupolven kautta: konekieli, assembly-kieli, korkean tason kieli ja neljännen sukupolven kieli, jota kutsutaan joskus myös nimellä 4GL (Fourt-Generation Language). Jokaisen sukupolven kielet ovat helpompia käyttää ja lähempänä luonnollista kieltä kuin edeltäjänsä. Neljännen sukupolven kielten koostumuksesta ei olla yhtä mieltä, mutta seuraavia piirteitä on mainittu useimmin: 4GL käyttää englanninkielen kaltaisia ilmaisuja ja lauseita käskyinä 4GL ei ole proseduraalinen. Pascal, C ja BASIC ovat proseduraalisia kieliä -välineitä, joilla rakennetaan aliohjelmia, jotka kertovat tietokoneelle, kuinka tehtävä suoritetaan. Ei -proseduraaliset kielet mahdollistavat käyttäjän keskittymisen siihen, mitä tehdään eikä kuinka tehdään. 4GL lisää tuottavuutta. Koska 4GL pitää huolen useista kuinka-tehdään -yksityiskohdista, ohjelmoijat saavat aikaan tuloksia kitjoittamalla muutaman rivin koodia muutaman sivun sijasta. Eräs 4GL tyyppi on kyselykieli, joka mahdollistaa tietojen haun tietokannasta huolellisesti muotoiltujen, englanninkielen kaltaisten lauseiden avulla. Kyselykieli palvelee tietokannan käyttöliittymänä piilottaen tietokannan sotkut käyttäjältä. Esimerkiksi SQL (Structured Query Language) on standardikyselykieli, jota käytetään nykyisin useimmissa tietokantasovelluksissa. Kuten useimmat kyselykielet, SQL:n käyttäjän tulee tietää muutamia syntaksi- ja logiikkasääntöjä. Kaikkiaan kyse(ykieli on helpompi hallita kuin FORTRAN tai COBOL. 23

8.4.3 Ohjelmistokomponentit Viime aikainen kehitys ohjelmistoteollisuudessa saattaa pian tuottaa ohjelmia, jotka antavat tavalliselle käyttäjälle saman mahdin, joka on tähän asti ollut vain ohjelmoijien käytössä. Samalla saattaa pitkäaikainen suuntaus kohti pöhöttyneitä tietokonesovelluksia kääntyä toisin päin. PC:n lähes koko lyhyen historian aikana sovellusten koot ovat kasvaneet tasaisesti kehittäjien lisätessä yhä enemmän ominaisuuksia tuotteisiinsa. Vaikka yksittäinen käyttäjä ei tarvitse nykyaikaisen taulukkolaskimen likikään kaikkia piirteitä, on jokaisen ohjelmiston ostajan ostettava koko paketti. Monet nykyiset sovellukset ovat niin paisuneita ominaisuuksineen, että ne vievät koneesta valtavasti sekä muistia että kovalevytilaa. Ohjelmistokomponentti työkalut saattavat kääntää megasovellussuuntauksen toisin päin, mahdollistamalla käyttäjien kasata pieniä räätälöityjä sovelluksia ohjelmistokomponenteista. Ohjelmistokomponenttiajatus ei ole aivan uusi; käyttäjät ovat pystyneet lisäämään räätälöityjä osia sovelluksiinsa jo vuosia. Esimerkiksi grafiikkapaketti nimeltään Kai s Power Tools onkin vain kokoelma plug-in-moduleja, jotka tuovat lisäominaisuuksia muihin grafiikkaohjelmiin, kuten Photoshop ja Painter. Myös Netscape Navigator:iin on saatavilla kymmeniä laajennuksia. Tällainen räätälöinti on kuitenkin mahdollista vain, jos sovellus on suunniteltu sallimaan ne. Kaksi uutta järjestelmää - OpenDoc (Apple, IBM ja Novell) ja OLE (Microsoft) tarjoavat standarditukea ohjelmistokomponenteille järjestelmäohjelmistotasolla. Onnistuessaan nämä järjestelmät voivat muuttaa merkittävästi ohjelmistotetollisuutta. Sen sijaan, että joutuu ostamaan kaikki-paitsi-astiainpesuallas-tekstinkäsittelyohjelman, voi ostaa tekstinkäsittelykomponentteja - oikeinkirjoituksen tarkistajan, muotoilijan - omien tarpeidensa mukaan.komponentit voidaan toimittaa joko Internetin välityksellä tai perinteisin menetelmin, joten tarvittaessa voi nopeasti lisätä puuttuvia piirteitä. Tällainen teese-itse-ohjelmistomalli on looginen jatko olio-ohjelmoinnista tasolle, jolla käyttäjät voivat koota omat sovelluksensa. 24

9 Ohjelmointiin liittyviä termejä 9.1 Funktiot ja aliohjelmat Funktiot ovat pääohjelman ulkopuolella olevia koodi jaksoja, jotka suorittavat tietyn, hyvin määritellyn tehtävän. Periaatteessa voitaisiin sanoa, että ne ovat omia itsenäisiä ohjelmia. Funktioiden ja aliohjelmien pääasiallinen ero on siinä, että funktiot palauttavat jonkin arvon, kun taas aliohjelmat eivät palauta mitään arvoa. Kun funktiota/aliohjelmaa kutsutaan, ja sille halutaan välittää joitakin arvoja, niin nämä arvot välitetään sille ns. parametreinä. Nämä parametrit ovat eräänlaisia muuttujia. 9.2 Muuttujat Muuttujat ovat ohjelmoinnin kannalta tärkeitä, koska niiden avulla voidaan käsitellä muistissa olevaa tietoa. Muuttuja on tietokoneen muistipaikan selkokielinen nimitys, joka sisältää jonkin arvon. Muuttujan ominaisuuksia: 1. Muuttujalla on aina tunnus eli nimi 2. Muuttujaan voidaan sijoittaa arvo 3. Muuttujan arvolla on jokin tietotyyppi kuten luku tai merkkijono 9.2.1 Muuttujan nimeäminen Ohjelmoija antaa muuttujalle nimen, joka hyvän ohjelmointitavan mukaisesti tulee kuvata muuttujan käyttötarkoitusta. Esimerkiksi omenan kilohintaa kuvaava muuttuja voisi olla nimeltään Omenan_ kilohinta. Muuttujan nimessä voidaan käyttää pieniä kirjaimia a-z ja isoja kirjaimia A-Z. Myös väliviivat ja numerot ovat sallittuja. Alaviivalla voidaan yhdistää useammasta sanasta koostuva muuttujan nimi yhdeksi sanaksi. Erillisiä sanoja ei voida käyttää muuttujan nimessä. Muuttujan nimessä isot ja pienet kirjaimet ovat merkitseviä, joten OmaMuuttuja on eri asia kuin omamuuttuja.. Isoilla ja pienillä kirjaimilla on siis merkityksenä. Samoin tulee huomioida se, ettei muuttujan nimessä saa esiintyä skandinaavisia merkkejä. 25

9.2.2 Muuttujan nimeämissäännöt Yleisesti ottaen, lähes jokaisessa ohjelmointikielessä muuttujien nimeäminen noudattaa seuraavia sääntöjä: 1. Muuttujan nimessä voidaan käyttää isoja (A-Z) ja pieniä merkkejä (a-z), ei skandinaavisia kirjaimia 2. Muuttujan nimessä voidaan käyttää numeroita ja alaviivaa 3. Muuttujan nimi voidaan aloittaa kirjaimella tai alaviivalla, mutta ei numerolla Muuttujan nimen tulee kuvata muuttujan käyttötarkoitusta. 9.2.3 Muuttujan tietotyyppi Tietotyyppi määrittelee muuttujan sisältämän tiedon tyypin. Muuttujan arvo voi olla tyypiltään luku, merkkijono tai Boolean?arvo (Java-kielessä on Boolean-tyyppinen muuttuja. Se saa arvokseen totuusarvon true eli tosi tai false eli epätosi.). JavaScript käsittelee kaikkia lukuja liukulukutyyppisenä, joten luku voi olla kokonaisluku tai reaaliluku. Merkkijono tyyppinen muuttuja sisältää joukon merkkejä, jotka kirjoitetaan lainausmerkkien sisään. JavaScriptissä merkkijonot voivat sisältää tarvittavan määrän merkkejä, jotka voivat olla myös numeroita, välimerkkejä ja skandinaavisia kirjaimia. Boolean?tyyppiselle muuttujalle voidaan määritellä kaksi arvoa: tosi (TRUE) ja epätosi (FALSE). Näitä arvoja tarvitaan esimerkiksi, kun halutaan testata onko jokin ehto toteutunut. Yksi olennaisin ero C -kielen ja JavaScriptin välillä on se, ettei JavaScript muuttujille tarvitse ilmoittaa tietotyyppiä. Tämän ansiosta tyyppimuunnokset tietotyypistä toiseen ovat helppoja. Muuttuja voidaan esimerkiksi alustaa luvulla ja samaan muuttujaan voidaan tarvittaessa sisällyttää merkkijono. Monet muut ohjelmointikielet kuten Java tai C vaativat muuttujan esittelyn yhteydessä tietotyypin. C -kielessä kokonaislukutyyppinen muuttuja esitellään int -tyyppisenä tyyliin int OmaMuuttuja. 9.2.4 Muuttujan alustaminen Muuttujan alustaminen tehdään muuttujan esittelyn yhteydessä eli muuttujalle annetaan alkuarvo. Arvon antaminen tehdään sijoitusoperaattorilla (=) ja arvon sijoittaminen tehdään oikealta vasemmalle. Joissakin tapauksissa muuttuja voidaan pelkästään esitellä käyttämällä avainsanaa var. Esittelyä tarvitaan esimerkiksi, jos muuttuja määritellään globaaliksi, mutta sen arvo määräytyy ohjelman myöhemmässä vaiheessa. Muuttujan arvo ei ole vakio, vaan arvoa voidaan muuttaa ohjelman ajon aikana, tästä nimitys muuttuja. Muuttuja voi saada myös arvokseen toisen muuttujan tai laskutoimituksen arvon. 26

9.2.5 Tyyppimuunnokset Tyyppimuunnoksella tarkoitetaan muuttujan arvon tyypin muuntamista tietotyypistä toiseen. Esimerkiksi, jos muuttujaan PisteTilanne on alustettu lukutyyppinen muuttuja, niin samaan muuttujaan voidaan myöhemmin sijoittaa merkkijono. Esimerkissä muuttuja PisteTilanne saa aluksi arvokseen luvun 23, mutta seuraavalla rivillä merkkijonon "Täydet pisteet". Niinpä muuttujasta PisteTilanne tulee tyypiltään merkkijono ja tulostusrivin documnet.write tulostaa näytölle tekstin. Tyyppimuunnos voidaan tehdä myös kahden muuttujan välillä, jolloin lausekkeita tutkitaan vasemmalta oikealle. Tietotyyppi määräytyy vasemmalla olevan muuttujan perusteella. 27

10 Ohjelman suunnittelu Tässä kappaleessa käydään lävitse erilaisia välineitä ohjelman suunnitteluun ja algoritmin muodostamiseen. 10.1 Ohjelmoinnin vaiheet Jokapäiväisen elämän toimintaohjeet ovat muodoltaan erilaisia. Ne voivat olla sanallisia ohjeita, kaavioita, nuotteja jne. Ihminen pystyy useimmiten ymmärtämään ylimalkaisiakin ohjeita. Tietokone on kuitenkin vain tyhmä kone ja tehty niin, että se pystyy käsittelemään vain yksityiskohtaisia ja tiettyjen sääntöjen mukaan kirjoitettuja ohjeita (ohjelmia). Ohjelmoinnin tärkein vaihe on suunnittelu. Jos tietokoneohjelma on huonosti suunniteltu, se on epäselvä ja sisältää helposti virheitä (bugeja). Suunnittelu vaikuttaa siis eniten lopputulokseen. Ohjelmointityössä voidaan erottaa seuraavat vaiheet: 1. Tehtävän määrittely 2. Suunnittelu 3. Toteuttaminen 4. Testaaminen 10.1.1 Tehtävän Määrittely Määrittelyvaiheessa tutustutaan tarkemmin siihen ongelmaan, jonka ratkaisemiseksi ohjelmaa ollaan suunnittelemassa ja todetaan, mitä ohjelman pitää tehdä. Tässä vaiheessa voidaan esim. selvittää, mitä syöttötietoja ohjelman suorittamiseen tarvitaan ja minkälaisia tulosteita ohjelmalta vaaditaan. Jos tehtävä on aikaisemmin tehty manuaalisen tietojen käsittelyn (ilman tietokonetta) avulla, on ehkä hyvä selvittää, mistä vaiheista tehtävä on koostunut ja miten nämä vaiheet on aikaisemmin toteutettu. 10.1.2 Suunnittelu Kuten edellä mainittiin, suunnittelu on ohjelmointityön tärkein ja ratkaisevin vaihe. Suunnittelu voidaan jakaa seuraaviin osatehtäviin: Ratkaisun jäsentäminen helposti hallittaviin, pienempiin osiin 28

Jokaisen osan toiminnan tarkka kuvaaminen Ratkaisun testaaminen; tässä ei tavallisesti käytetä vielä tietokonetta, vaan käytetään ns. pöytätestausta (esim. pelkästään kynän ja paperin avulla). Ratkaisun toimivuutta seurataan erilaisten lähtötietojen avulla. Suunnitteluvaiheessa osasuunnitelmat (tai koko suunnitelma) voidaan esittää erilaisten kuvauskielten avulla. Nämä voivat olla sekä sanallisia että kaavion muotoisia. Äidin ruokaresepti on esimerkki sanallisesta kuvauskielestä. Toinen sanallinen kuvauskieli on numeroiva esitys. Suunnitelma koostuu tällöin numeroidusta vaiheesta, jotka suoritetaan numerojärjestyksessä (ellei vaihe sisällä käskyä Mene vaiheeseen n:o ). 10.1.3 Toteutus Toteutus vaihe tarkoittaa itse sitä koodaus työtä, joka tehdään suunnittelun pohjalta. 10.1.4 Testaus Vaihe, joka suoritetaan toteutuksen jälkeen, ennen tuotteen julkistamista. Eli testataan ohjelman toimivuus. 29

11 Kootut säännöt Jokainen löytämäni totuus muuttui säännöksi, joka auttoi minua löytämään muita totuuksia. [ RenÈ Descartes, Le Discours de la MÈthode ] Tässä on koottu muutamia sääntöjä/ohjeita sinulle, kun alat ohjelmia tekemään. 11.1 Tyyli Käytä kuvaavia nimiä globaaleille muuttujille ja lyhyitä nimiä paikallisille muuttujille. Ole johdonmukainen. Käytä aktiivisia nimiä funktioille. Ole tarkka. Näytä rakenne sisennysten avulla. Käytä luonnolliselta näyttäviä muotoja ilmauksissa. Käytä sulkumerkkejä ristiriitaisuuksien välttämiseen. Jaa monimutkaiset ilmaukset osiin. Ole selkeä. Varo oheislausekkeiden vaikutuksia. Käytä sisennyksiä ja aaltosulkuja johdonmukaisesti. Käytä perinteisiä ilmausmuotoja. Anna nimet tärkeille numeroarvoille. Määrittele numerot vakioina. Käytä merkkivakioita, ei kokonaislukuvakioita. Käytä kieltä laskemaan kohteen koko. Älä selvitä ilmiselviä asioita. Kommentoi funktiot ja globaali tieto. Älä kommentoi huonoa koodia. Älä kirjoita ristiriitaista koodia. Selkeytä, älä hämää. 30

11.2 Liittymät Kätke toteutuksen yksityiskohdat. Valitse suppea primitiivijoukko. Älä mene käyttäjän selän taakse. Tee sama asia aina samalla tavalla. Vapauta resurssi aina samalla tasolla, jossa se varattiin. Hae virheet alhaisella tasolla ja käsittele ne korkealla tasolla. Käytä poikkeuksia vain poikkeustilanteisiin. 11.3 Vianhaku Hae tuttuja kuvioita. Tutki viimeisin muutos. Älä tee samaa virhettä kahdesti. Hae virheet heti, ei myöhemmin. Tutki kutsujen jäljityspinoa. Lue ennen kirjoittamista. Selitä koodisi jollekulle toiselle. Yritä tuottaa virhe uudelleen. Hajota ja hallitse. Tutki virheiden numerotietoja. Tee tulostus kohdistaaksesi etsintää. Kirjoita itsetarkistavaa koodia. Kirjoita lokitiedosto. Piirrä kuva. Käytä työkaluja. Pidä arkistoa. 31

11.4 Testaus Testaa koodi katvealueiden suhteen. Testaa esi- ja jälkiehdot. Käytä assert -sääntöä. Ohjaa puolustautuvasti. Tutki paluuarvot. Testaa inkrementaalisesti. Testaa yksinkertaiset osat ensin. Tiedä, mitä tulosteita odotat. Todenna säilytysominaisuudet. Vertaa itsenäisiä toteutuksia. Mittaa testin kattavuus. Automatisoi regressiotestaus. Sijoita testejä ohjelmiin. 11.5 Suorituskyky Automatisoi aikamittaukset Käytä profiloijaa Keskity tärkeisiin kohtiin Piirrä kuva Käytä parempaa algoritmia tai tietorakennetta Laita kääntäjän optimointi päälle Viritä koodia Älä optimoi vääriä asioita Kokoa yhteen yhteiset oheisilmaukset Korvaa kalliit operaatiot edullisilla Eliminoi silmukat Laita usein käytetyt arvot välimuistiin 32

Kirjoita erikoisvaraaja Laita syöttö ja tulostus puskuriin Käsittele erikoistapaukset erikseen Laske arvot etukäteen Käytä arvioituja lukuarvoja Kirjoita koodi uudelleen alemman tason kielellä Säästä tilaa käyttäen mahdollisimman pientä tietotyyppiä Älä tallenna arvoja, jotka on helppo laskea uudelleen 11.6 Siirrettävyys Pysyttäydy standardissa Ohjelmoi keskitien mukaan Ole tietoinen kielen heikkouksista Yritä usealla kääntäjällä Käytä standardikirjastoja Käytä vain piirteitä, jotka ovat saatavilla kaikkialla Vältä ehdollista kääntämistä Sijoita järjestelmäriippuvuudet erillisiin tiedostoihin Kätke järjestelmäriippuvuudet liittymien taakse Käytä tekstimuotoa siirrossa Käytä kiinteää tavujärjestystä tiedonsiirrossa Muuta nimeä, jos muutat määrittelyä Pidä yllä yhteensopivuus olemassa oleviin ohjelmiin ja tietoon Älä oleta, että ASCII on käytössä Älä oleta, että englannin kieli on käytössä 33