Luku 1.3: Lukuja, tekstiä, ääniä ja kuvia

Tästä sivusta:

Pääkysymyksiä: Miten saan käskettyä tietokonetta? Voitaisiinko jo oppia vähän sitä Scala-kieltä? Miten Scalalla lasketaan luvuilla? Entä tekstin käyttäminen ohjelmissa? Mikä on kätevä tapa kokeilla yksittäisiä käskyjä?

Mitä käsitellään? REPL-ympäristössä työskenteleminen. Scala-kielen alkeita: kokonais- ja liukulukuja, aritmeettiset operaattorit, merkkijonot, tulostuskäsky println. Yksinkertaista äänen ja kuvien tuottamista. Työkalujen käyttöönotto import-käskyllä.

Mitä tehdään? Luetaan samalla itse harjoitellen.

Suuntaa antava työläysarvio:? Reilu tunti.

Pistearvo: A13.

Oheisprojektit: GoodStuff, jonka otit jo käyttöön edellisessä luvussa. (Lisäksi tässä ja useimmissa tulevissa luvuissa tarvitaan yleisprojektia O1Library.)

Muuta: Eräissä tämän luvun kohdissa on kaiuttimista tai kuulokkeista hyötyä. Aivan pakolliset ne eivät ole.

Missä mennään?

Nyt kun edelliset luvut ovat antaneet kokonaiskuvaa, lähdetään kehittämään konkreettisia ohjelmointitaitoja pienin askelin.

Lyhyen tähtäimen suunnitelma olkoon:

Nyt käsillä olevasta luvusta 1.3 aina lukuun 1.6 asti opit käyttämään valikoituja yleishyödyllisiä tekniikoita ja ymmärtämään niihin liittyviä käsitteitä. Ohjelmoit antamalla yksittäisiä käskyjä tietokoneelle. Nämä perustekniikat ovat aluksi "irrallisia osia", ja niistä tehdään vain pieniä erillisharjoituksia, mutta pian näet, että niitä käytetään lähes kaikkien sovellusohjelmien toteutuksessa.
Luvuissa 1.7 ja 1.8 opit luomaan itse uusia komentoja olemassa olevia yhdistelemällä.
Luvusta 2.1 alkaen pureudumme siihen, miten sovellusohjelma voidaan koostaa palasista. Aiemmin opitut tekniikat tulevat tässä tarpeeseen.

Yksi ynnä yksi

Käytännöllisesti katsoen kaikissa ohjelmissa tarvitaan ainakin jonkin verran perusaritmetiikkaa: yhteen-, vähennys-, kerto- ja/tai jakolaskua. Vaikkapa edellisessä luvussa kohdattu GoodStuff-ohjelma tarvitsee jakolaskua määrittääkseen kokemusten hinta–laatu-suhteen, ja Pong-ohjelma laskee pallolle ja mailoille jatkuvasti uusia koordinaatteja pelin käydessä.

Scala-kieli, kuten muutkin ohjelmointikielet, tarjoaa välineitä luvuilla laskemiseen. Esimerkiksi seuraavalla Scala-kielen käskyllä voit ohjeistaa tietokonetta laskemaan, paljonko on yksi plus yksi:

1 + 1

Yksinkertaista. Mutta mihin tällainen käsky kirjoitetaan?

Yksi vaihtoehto olisi laatia ja tallentaa kokonainen ohjelma, jossa hyödyntäisimme käskyä jotenkin. On kuitenkin myös toinen ja usein kätevämpi tapa kokeilla Scala-kielen käskyjä yksitellen:

REPL

Valitsemalla valikosta Window ‣ Show View ‣ Scala Interpreter (tai joissain ympäristöissä Window ‣ Show View ‣ Other... ‣ Scala Interpreter) saat Eclipseen esiin näkymän, josta käytetään usein nimeä REPL. Kun kurssin Eclipse-asetustiedosto on käytössä, REPL-näkymän voi avata myös yksinkertaisemmin painamalla Alt+F11. Kokeile!

REPLin käynnistyessä Eclipse kysyy, mihin projektiin REPL-sessio liitetään. Valitse nyt GoodStuff-projekti. Esiin tulee suunnilleen tällainen näky:

REPL käynnistyy Eclipse-näkymän alalaitaan otsikolla Scala Interpreter. Kohtaan, joka on merkitty <type an expression> -kehotteella, voi kirjoittaa Scala-koodia. Painallus Ctrl+Enter suorittaa syötetyn koodin. Tulokset ilmestyvät kehotteen yläpuolelle.

Tämä näkymä sopii Scala-käskyjen vuorovaikutteiseen kokeilemiseen. REPL on lyhenne sanoista read–evaluate–print loop, jotka kertovat perusidean:

read: Voit kirjoittaa REPLiin Scala-kielisen pätkän, jonka REPL vastaanottaa eli "lukee".
evaluate: REPL suorittaa koodinpätkäsi heti sen vastaanotettuaan; esimerkiksi aritmeettisen laskutoimituksen tapauksessa se määrittää laskun tuloksen.
print: Evaluoinnin tulokset tulostuvat näytölle. (Suomalaiselle voi tulla nykyään "tulostamisesta" mieleen lähinnä printterit, mutta ohjelmoinnin yhteydessä myös tekstin kirjoittamisesta näytölle puhutaan tulostamisena.)
loop: Edellä mainittuja vaiheita voi toistaa vuorovaikutteisesti.

Kirjoita REPLin alareunan kehotteeseen vaikkapa juuri teksti 1 + 1 ja paina Ctrl+Enter. Tulos näyttää suurin piirtein tältä:

1 + 1res0: Int = 2

Tämä on Scala-REPLin tapa kertoa, että laskutoimituksen tulos on kaksi.

res0 tulee sanasta result ja tarkoittaa "tulos numero 0" eli ensimmäinen tällä käyttökerralla tulostettu tulos. Tässä yhteydessä, kuten ohjelmoinnissa usein muutenkin, numerointi alkaa nollasta eikä ykkösestä.

Int puolestaan on Scala-kieltä ja tarkoittaa kokonaislukua. Kokonaisluku on englanniksi integer; Scalassa, kuten ohjelmoinnissa usein muutenkin, monet ilmaisut pohjautuvat englannin kielen sanoihin.

Voit pyytää lisää laskutuloksia REPLiltä. Tulokset tulostuvat edellisten perään numeroituina:

2 + 5res1: Int = 7
1 - 5res2: Int = -4
2 * 10res3: Int = 20
15 / 3res4: Int = 5

Kokeile vapaasti itse peruslaskutoimituksia REPLissä.

Käytännön vinkki

Voit "kelata" aiemmin saman käyttösession aikana antamiasi syötteitä REPLissä painamalla näppäimistön ylä- ja alanuolia Ctrl-näppäimen ollessa pohjassa. Kokeile! Tästä on hyvin usein hyötyä. (Mac-ympäristöissä Ctrl+Cmd ja nuolet.)

REPL vs. kokonainen ohjelma

Edellisessä luvussa tarkastelimme GoodStuff-ohjelmaa, joka oli tallennettu tiedostoihin. GoodStuff-ohjelman pystyi näin ollen ajamaan halutessaan. Ohjelmakoodia kirjoitettiin ja ajettiin erikseen.

Huomaa, että REPL on luonteeltaan erilainen: sinne kirjoitetut yksittäiset käskyt eivät jää pysyvämmin talteen. REPLissä ei myöskään ole vastaavaa eroa koodin kirjoittamishetken ja ajohetken välillä: kukin käsky tulee suoritetuksi välittömästi.

Lausekkeista

Vaikka esimerkkimme ovat olleet äärimmäisen yksinkertaisia, jo niissä esiintyi useita ohjelmoinnin peruskäsitteitä, joiden ymmärtäminen on erinomaisen tärkeää. Keskeisin näistä on lauseke (expression).

Muodollista määritelmää emme tässä lausekkeen käsitteelle tarvitse, vaan riittää ajatella, että ohjelmoinnissa lausekkeella tarkoitetaan sellaista ohjelmointikielen ilmaisua, jolla on jokin arvo (value). Esimerkeissämme on esiintynyt aritmeettisia lausekkeita; niiden arvo on kyseisen laskutoimituksen tulos. Vaikkapa 1 + 1 on lauseke, jonka arvo on kokonaisluku kaksi.

Tässä vielä yksi REPL-esimerkki ja sen kautta selitettynä muutama tärkeä termi. (Muistutus: Korosta vihreäpohjaiseen selitystekstiin liittyvä kohta siirtämällä hiiren kursori selitystekstin päälle.)

50 * 30res5: Int = 1500

Aritmeettinen lauseke muodostuu osalausekkeista, joita yhdistää aritmeettinen operaattori (operator). Tässä on käytetty kertolaskuoperaattoria *.

Kertolaskettavat ovat siis myös yksinkertaisia lausekkeita — ilmaisuja, joilla on arvo. Tässä esimerkissä nämä lausekkeet ovat literaaleja (literal) eli ohjelmakoodiin sellaisenaan kirjoitettuja arvoja. Literaalien arvo näkyy suoraan ohjelmakoodista; esimerkiksi merkkien viisi ja nolla muodostaman lausekkeen 50 arvo on luku viisikymmentä.

REPL evaluoi (evaluate) sinne syötetyt lausekkeet. Evaluoinnin tuloksena saadaan lausekkeiden arvot, jotka tulostuvat REPLiin.

Arvoilla on tietotyypit (data type). Kokonaislukutyyppi Int on eräs Scala-kieleen määritellyistä tietotyypeistä.

Yksittäinen literaalikin on mahdollista syöttää REPLiin, kuten alla. Evaluointi on tällöin mahdollisimman yksinkertaista: literaalilausekkeen arvoksi saadaan juuri se syötetty arvo.

123res6: Int = 123

Vielä tässä luvussa — ja kasvavassa määrin tulevissa — kohtaamme myös muita tietotyyppejä kuin Int, muunlaisia lausekkeita kuin literaaleja ja aritmeettisia lausekkeita sekä muita operaattoreita kuin aritmeettisia.

Välilyönneistä

Välilyönnit operaattorien ympärillä eivät ole pakolliset eivätkä vaikuta Scala-koodin toimintaan. Ne kuitenkin selkiyttävät koodia (varsinkin kun sitä rupeaa olemaan enemmän), ja niiden käyttö kuuluu hyvään ohjelmointityyliin.

Jakolaskua

Vaikka moni asia Scala-aritmetiikassa onkin matematiikasta tuttu, eräs seikka voi yllättää. Kokeile erilaisia jakolaskuja, vaikkapa näin:

15 / 5res7: Int = 3
15 / 7res8: Int = 2
19 / 5res9: Int = 3

Mitä jos haluan pyöristää "oikein"?

Scalan tapa käsitellä kokonaislukuja on ohjelmointikielissä yleinen. On ehkä yllättävänkin usein kätevää, että se toimii juuri noin.

Muunlaisiin pyöristystarpeisiin löytyy kyllä ratkaisuja, joista lisää myöhemmin (esim. luvussa 4.5).

Suoritusjärjestys ja sulut

Operaattoreilla on suoritusjärjestys (operator precedence). Se on aritmeettisten laskutoimitusten osalta hyvin tuttu:

1 + 2 * 3res10: Int = 7
5 * 4 + 3 * 2 + 1res11: Int = 27

Ohjelmoija voi vaikuttaa suoritusjärjestykseen käyttämällä sulkuja luontevalla tavalla:

(1 + 2) * 3res12: Int = 9
5 * ((4 + 3) * 2 + 1)res13: Int = 75

Sulkuvaroitus

Olet saattanut koulumatematiikassa tottua käyttämään erilaisia suljetyyppejä, kun sulkeet ovat sisäkkäin. Olet esimerkiksi ehkä käyttänyt kaarisulkeita hakasulkeiden sisällä, kuitenkin niin, että molemmilla suljetyypeillä on sama merkitys laskujärjestyksen määräämisessä.

Scala-ohjelmakoodissa näin ei voi tehdä.

Laskettavien ryhmittely on yksi niistä asioista, johon kaarisulkeet Scala-ohjelmassa sopivat; esimerkiksi haka- ja aaltosulkeet eivät tähän kelpaa. Muunmuotoisilla sulkeilla on ihan toisia käyttötarkoituksia, joista lisää myöhemmin kurssilla.

Scala on tässä suhteessa tyypillinen ohjelmointikieli. Ohjelmoinnissa on tavanomaista, että erilaisilla sulkeilla on erilaisia merkityksiä.

Desimaaliluvut

Entäs desimaaliluvut sitten? Ne toimivat pitkälti niin kuin sopii odottaa. Huomaa käyttää desimaalierottimena epäsuomalaisittain pistettä:

4.5res14: Double = 4.5
2.12 * 3.2205res15: Double = 6.82746
4.0res16: Double = 4.0

Mikä ihmeen Double?

Sana Double on käytössä useassa eri ohjelmointikielessä. Scalaankin se on napattu juuri siksi, että se on muista kielistä Scalaan siirtyville ohjelmoijille tuttu.

Tietotyypin nimi on lyhennetty englannin ilmaisusta double precision floating-point number eli "kaksinkertaisen tarkkuuden liukuluku". Tämä on kuvaus Double-tietotyypin toteutustekniikasta: "desimaaliluvut" kuvataan tietokoneelle usein ns. liukulukuina, Niistä kerrotaan hieman lisää tämän materiaalin luvussa 5.2.

Kuten yltä näkyy, "desimaalilukuja" kutsutaan Scalassa Doubleiksi. Tämän kummallisen nimen syyt ovat historialliset.

Double-arvoilla myös jakolasku onnistuu tutumpaan tapaan. Kun lasketaan kahdella Double-tyyppisellä arvolla, on myös tulos Double-tietotyyppiä.

999.0 / 1000.0res17: Double = 0.999

Lukutyyppien yhdistely

Double- ja Int-tyyppisiä arvoja voi yhdistellä.

29 / 10res18: Int = 2
29.0 / 10res19: Double = 2.9
29 / 10.0res20: Double = 2.9
30.0 / 10.0res21: Double = 3.0

Kun laskettavina on yksi kokonaisluku ja yksi desimaaliluku, tuloksena saadaan desimaaliluku. Näin siinäkin tapauksessa, että jakolasku menee tasan.

Entä jos tekee monimutkaisemman erityyppisiä arvoja sisältävän lausekkeen? Vaikkapa (10 / 6) * (2.0 + 3) / 4. Tällöin operaattorien suoritusjärjestys määrää, miten kukin osalauseke evaluoidaan ja minkä tyyppinen arvo kussakin vaiheessa saadaan. Osaatko päätellä, mikä mainitun lausekkeen arvo on?

Tarkista päättelysi paikkansa pitävyys tutustumalla tämän lausekkeen evaluointiin seuraavan vuorovaikutteisen animaation avulla:

Tietokoneen muistista ja kurssimateriaalin animaatioista

Tietokoneen muisti on bittivarasto, josta ohjelmat voivat varata tilaa erilaisiin tarkoituksiin. Kullakin muistin kohdalla on oma osoitteensa, eräänlainen järjestysnumero, joka identifioi kyseisen muistipaikan.

Muistin käytön täsmälliset yksityiskohdat "bittitasolla" eivät ole tällä kurssilla keskeisiä. Kuitenkin ohjelman muistinkäytön pääpiirteittäisestä osaamisesta on aloittelevallekin ohjelmoijalle kosolti hyötyä. Siksi käytämme äskeisen kaltaisia animoituja diagrammeja, jotka kuvaavat ohjelman suorituksen vaikutuksia muistin sisältöön. Diagrammin "alueet" vastaavat tietokoneen muistista tiettyihin tarkoituksiin varattuja osia.

Äskeinen ensimmäinen animaatioesimerkki on erittäin yksinkertainen, ja sen esittämä lauseke lienee hyvin ymmärrettävissä ilman animaatiotakin. Kuitenkin on hyvä jo tässä vaiheessa totutella tähän esitystapaan, sillä vastaavia animaatioita käytetään tässä materiaalissa jatkossa myös mutkikkaampien ilmiöiden havainnollistamiseen.

Merkkijonot

Lukujen lisäksi ohjelmissa tarvitaan toistuvasti tekstiä. Kokeillaan:

"Moi"res22: String = Moi
"Täällähän kaikuu!"res23: String = Täällähän kaikuu!

Kuten REPL kertoo, tekstinpätkiä eli virallisemmin merkkijonoja (string eli string of characters) kuvataan Scalassa tietotyypillä String.

Merkkijonoliteraalilla tarkoitetaan ohjelmakoodiin sellaisenaan kirjoitettua merkkijonoa (vrt. Int- ja Double-tyyppiset literaalit ylempänä). Se kirjoitetaan lainausmerkkeihin.

(Yhden merkkijonoliteraalin kohtasitkin jo aiemmin, kun korjasit kirjoitusvirheen GoodStuff-ohjelmasta edellisessä luvussa.)

Jos unohdat lainausmerkit, saat mitä luultavimmin virheilmoituksen, koska silloin REPL yrittää tulkita kirjoittamaasi tekstiä Scala-käskyinä:

Moi<console>:8: error: not found: value Moi
              Moi
              ^

Tulostuskäsky

Näyttämällä kunkin evaluoidun lausekkeen arvon ja tyypin REPL on tarjonnut meille kätevän palvelun. Mutta mitä jos haluaisimme tulostuvan jotain muuta kuin tuon tutun litanian resX: Tyyppi = arvo?

Voimme räätälöidä halutunlaisen tulosteen Scala-kielisellä tulostuskäskyllä.

Scalassa tulostaminen onnistuu println-nimisellä käskyllä:

println("Terve!")Terve!
println(123)123
println(-5.2)-5.2

Nämä käskyt ovat melko itseselitteisiä, mutta niissäkin kohtaamme tärkeitä Scala-kielen piirteitä, jotka ansaitsevat erillisen huomion.

Käskyn nimi kirjoitetaan ensin. Se määrää yleisesti, mitä tehdään. Tässä: tulostetaan. Scalan sana println tulee englannin sanoista print line.

Nimen perään kirjoitetaan kaarisulut. Sulkujen ympärille ei ole tapana laittaa välilyöntejä. (Mutta voi laittaa vaikuttamatta koodin toimintaan.)

Sulkujen sisään kirjoitetaan käskylle parametrilausekkeet. Ne määrittävät tarkemmin, mitä on tarkoitus tehdä. Tässä kullekin println-käskylle annetaan yksi parametrilauseke, joka määrää, mitä tulostetaan.

Parametriksi voi kirjoittaa myös literaalia monimutkaisemman lausekkeen. Seuraava animaatio kuvaa tulostuskäskyn println("Ohjelmointi" + (100 - 99)) suorituksen vaiheet.

Suoritus eteni siis "sulkujen sisältä ulos". Jatkossa nähdään, miten tämä nyrkkisääntö pätee muissakin yhteyksissä: sulkujen sisään kirjoitetut parametrilausekkeet evaluoidaan ensin, ja näin saadut parametriarvot käytetään sitten käskyn suorituksessa.

Parametri vai argumentti?

Muissa ohjelmointia käsittelevissä teksteissä usein käytetään termiä argumentti (argument) tarkoittamaan joko sitä, mitä olemme kutsuneet parametrilausekkeeksi, tai sitä, mitä olemme kutsuneet parametriarvoksi, tai molempia.

Lisää merkkijonoista nuoteilla

Merkkijonoilla eli String-tyyppisillä arvoilla kuvataan usein tekstiä, mutta voi niillä kuvata muutakin. Vaikkapa musiikkia. Alla on tulostuskäsky, joka tulostaa Ukko Nooa -hitin ensimmäiset tahdit. Nuotit on tässä esitetty yksinkertaisesti kirjaimina, jotka vastaavat myös oheisen kuvan pianon koskettimia.

println("cccedddf")cccedddf

Sepä ei ollut kovin jännittävää. Nuotit olisi antoisampaa soittaa kuin tulostaa.

Otetaan avuksi toinen ilmaisu. Toisin kuin println, joka kuuluu Scala-kielen perustyökaluihin, nyt kokeiltava o1.play on laadittu tämän kurssin tarpeisiin. Sen avulla saamme vähän eloa muun muassa näihin tämän luvun pieniin merkkijonoesimerkkeihin. (Soittokäsky on määritelty projektissa O1Library. Jos et noutanut projektia työtilaasi edellisessä luvussa 1.2, niin tee se nyt ja käynnistä REPL uudelleen.)

Kokeile seuraavaa.

o1.play("cccedddf")

Tämä käsky ei tuota näkyvää tulostetta, vaan soittaa parametriksi saamaansa String-arvoon merkityt nuotit virtuaalisella pianolla. Olihan sinulla äänet päällä koneessasi?

Kokeile antaa myös muita merkkijonoja o1.play-käskyn parametriksi. Voit kokeilla esimerkiksi välilyöntejä, jotka o1.play tulkitsee tauoiksi:

o1.play("cccdeee f ffe e")

Ja viivoja, jotka o1.play tulkitsee pidempikestoisiksi nuoteiksi:

o1.play("cccdeee-f-ffe-e")

Ääni tällä kurssilla

Kurssilla on muutamia kohtia, joissa käytetään ääntä, kuten äsken. Tämä tietysti toimii vain, jos sinulla on äänentoistolaitteisto käytettävissäsi.

Jos opiskelet ihmisten keskellä, esimerkiksi Aallon tietokoneluokissa, varaa omat kuulokkeet mukaan.

Jos koira söi kuulokkeesi, niin voit käyttää println-käskyä o1.play-käskyjen sijaan. Se kuiventaa näitä kohtia muttei vaaranna kurssisuoritusta.

Emme edellytä kurssin opiskelijoilta musiikillista osaamista.

Merkkijonojen yhdisteleminen

Merkkijonoja voi yhdistellä toisiinsa plus-operaattorilla. Tällä operaattorilla, joka tarkoitti lukujen yhteydessä yhteenlaskua, on merkkijonojen yhteydessä toisenlainen merkitys:

"kissa" + "kala"res24: String = kissakala
"REPL with" + "out" + " a cause"res25: String = REPL without a cause

Huomaa, että lainausmerkkien sisällä välilyönneillä on väliä.

Sama operaattori toki toimii myös parametrilausekkeen osana:

println("Ukko Nooa, Ukko Nooa" + " oli kunnon mies.")Ukko Nooa, Ukko Nooa oli kunnon mies.
o1.play("cccedddf" + "eeddc---")

Merkkijonon "kertominen"

Kysymys 1

On myös mahdollista "kertoa" merkkijono luvulla. Voidaan esimerkiksi muodostaa nämä lausekkeet:

"nefer" * 3

"MC " + "koppa" * 5 + "kuoriainen"

Mikä tai mitkä seuraavista noihin kahteen lausekkeeseen liittyvistä väittämistä pitävät paikkansa? Tutki itse REPLissä ohjelmoimalla!

Molempien mainittujen lausekkeiden arvot ovat merkkijonoja.

Yhden mainituista lausekkeista arvo on kokonaisluku.

Kokonaisluvun sijaan tällaisissa "merkkijonojen kertomisissa" voi käyttää myös desimaalilukua.

Laskettavien paikat voi vaihtaa keskenään, ja silti saadaan sama lopputulos: esim. "nefer" * 3 tuottaa saman kuin 3 * "nefer".

Kysymys 2

Kokeile näitä:

o1.play("<cccedddfeeddc---")o1.play(">>>" + "cccedddfeeddc---")o1.play("ccceddd>feedd<<<c---")

o1.play on määritelty siten, että >- ja <-merkeillä voi vaihtaa oktaavia; merkkiä seuraavat äänet soitetaan korkeammalta (>) tai matalammalta (<). Useampi oktaavinvaihdosmerkki tuottaa dramaattisemman muutoksen: esimerkiksi keskimmäinen äskeisistä kolmesta käskystä pimputtaa Ukko Nooaa kolme oktaavia korkeammalta.

Käytä Scala-merkkijonojen operaattoreita + ja *, ja tee niillä pastissi Tappajahai-elokuvan "tunnussävelestä". Tarkemmin sanoen muodosta mainittuja operaattoreita käyttäen lauseke, jonka arvo on merkkijono, jossa on:

alussa kolme <-väkästä, jotka madaltavat kaikkia tulevia ääniä kolmella oktaavilla (nämä kolme alussa ovat merkkijonon ainoat <-merkit),
sitten peräkkäin nuottiparia "ef" toistettuna kuusitoista kertaa, ja
lopuksi peräkkäin paria "EF" kahdeksan kertaa.

Kokeile REPLissä yksinkertaisesti syöttämällä muotoilemasi lauseke sekä antamalla tuo lauseke parametriksi o1.play-käskylle.

Jos tulee ongelmia, niin ensimmäinen asia, joka kannattaa tarkistaa huolella, on lainausmerkkien käyttö. Kukin merkkijono lainausmerkkeihin! Ongelmatilanteissa kannattaa paitsi soittaa myös tulostaa muodostamasi lausekkeen arvo, niin voit tutkia ongelmaa tarkemmin. Muista myös Piazza.

Korjaa pisteet kirjoittamalla pyydetty merkkijonoarvoinen lauseke operaattoreineen myös tähän alle. (Siis se operaattoreilla muodostettu lauseke, ei soittokäskyä eikä tuon lausekkeen arvoksi muodostuvaa yhdistelmämerkkijonoa.)

Toinen tapa vaihtaa oktaavia

Mainitun väkäsmerkinnän lisäksi o1.play mahdollistaa oktaavien kirjaamisen numerolla yksittäisten äänien kohdalle. Käytössä on numerot 0–9, joista oletusoktaavi on numero 5. Nämä siis tekevät saman asian:

o1.play(">cd<<e")o1.play("c6d6e4")

Tämä ei ole varsinaisesti tärkeää, koska kyse on vain tästä kurssille laaditusta yksinkertaisesta soittopelistä, mutta tieto voi helpottaa omia äänileikkejä, jos haluat niitä tehdä.

Kuvia ja pakkauksia

GoodStuff-ohjelmassa näkyy irvinaaman kuva suosikkikokemuksen kohdalla. Pong-pelissä mailat näkyvät suorakaiteen kuvina ja pallo ympyrän kuvana. Ohjelmat käsittelevät kuvia.

Kuvia näkyviin

Ladataan kuva verkko-osoitteesta Scala-kielisellä käskyllä. Kokeile:

o1.Pic("https://en.wikipedia.org/static/images/project-logos/enwiki.png")res26: o1.gui.Pic = https://en.wikipedia.org/static/images/project-logos/enwiki.png

Huomaa iso P-kirjain. Pic on kuvatietotyypin nimi ja kirjoitetaan isolla samoin kuin vaikkapa String tai Int.

Alun o1 kertoo siitä, että nytkin käytämme tämän kurssin tarpeisiin laadittua aputyökalustoa. Ei silti huolta: näitä työkaluja käyttäessäsikin opit kyllä ohjelmoinnin yleisempiä periaatteita, jotka toimivat kurssin ulkopuolellakin.

Parametriksi välitetään osoite. Osoite on tässä kuvattu merkkijonoliteraalina ja kirjoitetaan siis lainausmerkkeihin.

Tuloksena saadaan Pic-tyyppinen arvo, joka sisältää netistä ladatun kuvan.

Noin saimme erään kuvan ladattua tietokoneesi muistiin, mutta näkyviin se ei tullut. Yksi helppo tapa laittaa kuva näkyviin on käsky o1.show, joka toimii samankaltaisesti kuin o1.play äänille. Siitä on esimerkki alla. Muihinkin tapoihin törmäämme vielä.

o1.show(o1.Pic("https://en.wikipedia.org/static/images/project-logos/enwiki.png"))

Kuva piirtyy näkyviin erilliseen pikkuikkunaan näytön vasemman yläkulman tuntumaan. Klikkaa kuvaa tai paina Esc sulkeaksesi ikkunan.

Äskeisessä esimerkissä kuva ladattiin netistä. Kuvan voi ladata myös tiedostosta, joka on tallessa omalla koneella. Vaikkapa näin:

o1.show(o1.Pic("d:/jokin/kansio/koneellani/kuva.png"))

Lainausmerkeissä on polku kuvatiedostoon. (Tämä on vain esimerkkipolku tiedostoon, joka voisi olla jonkin koneen kiintolevyllä. Jos kokeilet tätä, korvaa tämä käyttämällesi koneelle tallennetun tiedoston sijainnilla.)

Toisaalta koko tiedostopolku ei välttämättä ole tarpeellinen. Jos tiedosto on sellaisen projektin sisällä, joka on valittuna käsiteltäväksi, niin yksinkertaisempikin riittää. Olettaen, että valitsit REPLin käynnistäessäsi GoodStuff-projektin, tämäkin toimii, koska face.png löytyy tuon projektin sisältä:

o1.show(o1.Pic("face.png"))

`o1` ja muut pakkaukset

Osa kurssilla käyttämistämme välineistä on siis työkalupakkauksessa nimeltä o1. Kun näitä työkaluja käytetään, pitää Scala-ohjelmassa mainita, että käytetään juuri tuon pakkauksen sisältöä.

Työkalujen jaottelu eri pakkauksiin on tarpeen muun muassa siksi, että isompiin ohjelmiin voi helpostikin tulla keskenään samannimisiä osia esimerkiksi eri ohjelmoijien laatimina. Esimerkiksi nimet play tai show voivat olla toisissa yhteyksissä muussa käytössä kuin ne ovat o1-kirjastossa.

Ongelma ratkeaa sijoittamalla keskenään samannimiset osat eri pakkauksiin, jolloin pakkauksen nimellä voi ilmaista, minkä pakkauksen sisällöstä on kyse. Haittapuolena on, että pakkauksen nimen toistuva kirjoittaminen on ärsyttävää ja voi vaikeuttaa koodin lukemista.

Haitta pienenee import-käskyllä. Tutustutaan siihen ja palataan sitten kuvien pariin.

Kätevämpää työkalujen käyttöä: `import`-käsky

Jos aiomme käyttää jotakin o1-työkalupakin käskyä — vaikkapa o1.show — toistuvasti, voimme ilmoittaa ensin näin:

import o1.showimport o1.show

Tämä import-käsky tarkoittaa suunnilleen: "Aina, kun jäljempänä sanotaan show, niin se tarkoittaa juuri o1-nimisen työkalupakkauksen määrittelemää show-käskyä." import-käsky ei ole lauseke eikä sillä ole varsinaista arvoa. REPL kuittaa käskyn toistamalla sen.

import-käskyn annettuamme voimme näyttää kuvia aavistuksen kätevämmin:

show(o1.Pic("https://en.wikipedia.org/static/images/project-logos/enwiki.png"))show(o1.Pic("face.png"))

show-sanan edessä ei enää tarvita o1-alkuliitettä.

Pic-sanan yhteydessä vielä tarvitaan. Jos olisimme antaneet aluksi myös käskyn import o1.Pic, niin nämäkin voisi jättää pois.

Voisimme kirjoittaa import-käskyn kullekin tarvitsemallemme o1-pakkauksen työkalulle erikseen. Mutta jatkossa usein otamme koko o1-pakkauksen työkaluston kätevästi käyttöön kerralla:

import o1._import o1._

Alaviivalla _ on Scalassa useita käyttöyhteydestä riippuvia merkityksiä, mutta yleisesti ottaen se tarkoittaa suunnilleen "mikä vain" tai "kaikki".

Nyt voimme käyttää mitä vain pakkauksen o1 työkaluista lyhyin merkinnöin:

play("cdefg")show(Pic("https://en.wikipedia.org/static/images/project-logos/enwiki.png"))show(Pic("face.png"))

Vielä emme ole monta näppäimenpainallusta importilla säästäneet, mutta se kyllä maksaa itsensä takaisin, kun kohta käytämme runsaampaa työkaluvalikoimaa o1-pakkauksesta. Myöhemmissä luvuissa hyödynnämme import-käskyä myös muiden kuin o1-pakkauksen käyttöön.

Värillisiä kuvioita

Jo nähty Pong-peli on esimerkki ohjelmasta, jonka grafiikka perustuu tuttuihin geometrisiin kuvioihin. Työkalupakkimme tarjoaa välineitä tällaisten eriväristen kuvioiden määrittelemiseen helposti. Kokeillaan.

Aloitetaan väreistä. Kunhan käsky import o1._ on annettu, tyypillisiin perusväreihin voi viitata yksinkertaisesti niiden englanninkielisillä nimillä:

Blueres27: o1.gui.Color = Blue
Greenres28: o1.gui.Color = Green
DarkGreenres29: o1.gui.Color = DarkGreen

Värit ovat tyyppiä Color.

Luodaan circle-käskyllä sininen ympyrä:

circle(200, Blue)res30: o1.gui.Pic = circle-shape

Sulkuihin kirjataan kaksi parametrilauseketta pilkulla erotettuina: koko ja väri.

Tuloksena saadaan kuva, johon on piirretty ympyrä, jonka halkaisija on 200 kuvapistettä eli pikseliä (pixel; sanoista picture element). Kuva on aiemmin kohdattua tyyppiä Pic.

show-käskylle voi välittää minkä vain Pic-tyyppisen parametrin. Verkosta tai levyltä ladatun kuvan sijaan kelpaa myös itse määritelty ympyrän kuva:

show(circle(200, Blue))

Kokeile myös muita värejä ja muotoja. Tässä suorakaiteita ja tasakylkinen kolmio:

show(rectangle(200, 500, Green))show(rectangle(500, 200, Red))show(triangle(150, 200, Orange))

REPListä vielä

Ehkä olet miettinyt, onko REPL vain opiskelijoiden tai aloittelijoiden työkalu osaavien ammattilaisten sijaan.

Ei ole.

Monet ammattilaisetkin käyttävät REPLiä erilaisiin kokeilu- ja testaustarkoituksiin. Sitä paitsi myös osaavat ammattilaiset ovat opiskelijoita perehtyessään uusiin ohjelmointikieliin ja muiden laatimiin ohjelmakomponentteihin.

REPLin kautta voi käyttää monimutkaisiakin ohjelmakomponentteja, myös sellaisia, jotka ovat osina tietyissä sovellusohjelmissa. Vaikka emme ole vielä paljon koodausta harjoitelleetkaan, voit jo helposti REPLin kautta koekäyttää valmiin ohjelman osaa. Kokeile seuraavaa, jos haluat.

GoodStuff-käyttöliittymä REPListä käsin

Edellisessä luvussa käynnistettiin GoodStuff-projektin käyttöliittymä Eclipsen valikon avulla. Voit myös avata GoodStuff-käyttöliittymäikkunan antamalla seuraavat Scala-komennot REPLissä:

import o1.goodstuff.gui.CategoryDisplayWindowimport o1.goodstuff.gui.CategoryDisplayWindow
import o1.goodstuff.Categoryimport o1.goodstuff.Category
new CategoryDisplayWindow(new Category("Hotel", "night"))...

Lyhyesti selitettynä: näin määrätään tietokone luomaan uusi kokemuskategoria hotelleille (jos haluat, voit korvata lainausmerkeissä olevat sanat muillakin) sekä uusi käyttöliittymäikkuna, jossa tuon kategorian kokemuksia voi kirjata. Apuna käytetään pakkauksista o1.goodstuff ja o1.goodstuff.gui löytyviä määrittelyjä.

Kaikkien äskeisen esimerkin käskyjen täsmällisempi merkitys selviää kurssin parin ensimmäisen kierroksen aikana.

Yhteenvetoa

Ohjelmoija voi muodostaa aritmeettisia lausekkeita yhdistelemällä kokonaislukuja (Int), desimaalilukuja (Double) ja aritmeettisia operaattoreita.
Lauseke on ilmaisu, jolle voidaan määrittää arvo. Lausekkeen arvon määrittämistä sanotaan evaluoimiseksi.
Merkkijonotyyppiä String käyttäen voi muodostaa lausekkeita, joiden arvoina on tekstinpätkiä.
println-käskyllä voi itse määrittää tarkasti, mitä haluaa tulostettavan.
import-käsky on kätevä, kun halutaan käyttää jonkin pakkauksen sisältämää työkalustoa, esimerkiksi tämän kurssin o1-pakkausta.
Kurssin työkalupakki sisältää välineitä mm. merkkijonoina kuvatun äänen soittamiseen (play) ja kuvien käsittelyyn (Pic, show, circle, Red jne.).
REPL on kätevä työkalu muun muassa uusien ohjelmointitekniikoiden kokeiluun ja opiskeluun.
Kurssin ensimmäisten viikkojen aikana selviää, miten tässä luvussa käsiteltyjä perustietotyyppejä, lausekkeita ja operaatioita voi hyödyntää GoodStuffin tai muun sovelluksen toteutuksen osana.
Lukuun liittyviä termejä sanastosivulla: REPL; lauseke, arvo, evaluoida, literaali; operaattori; tietotyyppi; merkkijono; tulostaa; parametrilauseke, parametriarvo.

Alla on kaavio, joka pyrkii selventämään eräitä tärkeimmistä kohdatuista käsitteistä ja eräitä näiden käsitteiden tärkeimmistä suhteista. Tulemme täydentämään tätä kaaviota kurssin parin ensimmäisen viikon aikana.

Opettele tämän luvun käsitteet!

Useat tässä luvussa ensimmäistä kertaa kohdatut termit ja käsitteet ovat erittäin keskeisiä. Eivät itseisarvoisesti vaan siksi, että pystyt niiden avulla jäsentämään ohjelmointiin liittyviä asioita. Termistön hallinta auttaa sekä tämän materiaalin lukemisessa että toisten ohjelmoijien (esim. assarien ja työparisi) kanssa viestimisessä. Kiinnitä erityistä huomiota yllä olevan kaavion käsitteisiin.

Silti vielä tärkeämpää on...

... että saat tuntumaa ohjelmoinnin käytäntöön. REPL-ympäristö sopii tähän hyvin. Älä epäröi kokeilla REPLissä omin päin erilaisia juttuja, myös muita kuin tässä materiaalissa ehdotettuja.

Palaute

Huomaathan, että tämä on henkilökohtainen osio! Vaikka olisit tehnyt lukuun liittyvät tehtävät parin kanssa, täytä palautelomake itse.

Ajankäyttö: (*) Pakollinen

Kirjoita alle, kuinka monta minuuttia olet käyttänyt kokonaisuudessaan oppimateriaalin tähän lukuun (materiaalin lukeminen, tehtävien tekeminen jne.). Viidentoista minuutin tai puolen tunnin tarkkuus riittää hyvin.

"Minusta tuntuu, että olen tajunnut oleellisimmat asiat tästä luvusta." (*) Pakollinen

täysin samaa mieltä

jokseenkin samaa mieltä

jokseenkin eri mieltä

täysin eri mieltä

en osaa sanoa / en kommentoi

Sanallinen kommentti tai kysymys:

Sanallinen palaute ei ole pakollista. Kysy silti mieluusti jotain, anna palautetta tai pohdiskele! (Oikea paikka kiireellisille keskeneräisen tehtävän ratkaisemiseen liittyville pyynnöille on kuitenkin Piazza tai harjoitusryhmä, sillä emme välttämättä ehdi reagoida näihin palautteisiin kierroksen ollessa auki.)

Tekijät

Tämän oppimateriaalin kehitystyössä on käytetty apuna tuhansilta opiskelijoilta kerättyä palautetta. Kiitos!

Kierrokset 1–13 ja niihin liittyvät tehtävät ja viikkokoosteet on laatinut Juha Sorva.

Kierrokset 14–20 on laatinut Otto Seppälä. Ne eivät ole julki syksyllä, mutta julkaistaan ennen kuin määräajat lähestyvät.

Liitesivut (sanasto, Scala-kooste, usein kysytyt kysymykset jne.) on kirjoittanut Juha Sorva sikäli kuin sivulla ei ole toisin mainittu.

Tehtävien automaattisen arvioinnin ovat toteuttaneet Riku Autio, Jaakko Kantojärvi, Teemu Lehtinen, Timi Seppälä, Teemu Sirkiä ja Aleksi Vartiainen.

Lukujen alkuja koristavat kuvat ja muut vastaavat kuvituskuvat on piirtänyt Christina Lassheikki.

Yksityiskohtaiset animaatiot Scala-ohjelmien suorituksen vaiheista ovat suunnitelleet Juha Sorva ja Teemu Sirkiä. Niiden teknisen toteutuksen ovat tehneet Teemu Sirkiä ja Riku Autio käyttäen Teemun toteuttamia Jsvee- ja Kelmu-työkaluja.

Muut diagrammit ja materiaaliin upotetut vuorovaikutteiset esitykset on laatinut Juha Sorva.

O1Library-ohjelmakirjaston ovat kehittäneet Aleksi Lukkarinen ja Juha Sorva. Useat sen keskeisistä osista tukeutuvat Aleksin SMCL-kirjastoon.

Opetustapa, jossa käytämme O1Libraryn työkaluja (kuten Pic) yksinkertaiseen graafiseen ohjelmointiin on saanut vaikutteita tekijöiden Flatt, Felleisen, Findler ja Krishnamurthi oppikirjasta How to Design Programs sekä Stephen Blochin oppikirjasta Picturing Programs.

Oppimisalusta A+ on luotu Aallon LeTech-tutkimusryhmässä pitkälti opiskelijavoimin. Pääkehittäjänä toimii tällä hetkellä Jaakko Kantojärvi, jonka lisäksi järjestelmää kehittävät useat tietotekniikan ja informaatioverkostojen opiskelijat.

Kurssin tämänhetkinen henkilökunta on kerrottu luvussa 1.1.

Joidenkin lukujen lopuissa on lukukohtaisia lisäyksiä tähän tekijäluetteloon.