Języki Programowania – Zajęcia 2

Instrukcje warunkowe, pętle, funkcje i tablice

1. Instrukcja warunkowa if

Instrukcja if pozwala wykonać określony fragment programu tylko wtedy, gdy podany warunek jest spełniony.

Podstawowa składnia wygląda następująco:

if (warunek) {
    // instrukcje wykonywane, gdy warunek jest prawdziwy
}
else {
    // instrukcje wykonywane, gdy warunek jest fałszywy
}

Przykład:

int x = 10;

if (x > 5) {
    cout << "x jest wieksze od 5" << endl;
}
else {
    cout << "x nie jest wieksze od 5" << endl;
}

Możemy również sprawdzać kilka warunków za pomocą else if:

if (x > 10) {
    cout << "x jest wieksze od 10" << endl;
}
else if (x > 5) {
    cout << "x jest wieksze od 5, ale nie od 10" << endl;
}
else {
    cout << "x jest mniejsze lub rowne 5" << endl;
}

Podstawowe operatory porównania:

2. Pętla for

Pętla for pozwala wielokrotnie wykonać określony fragment programu.

Podstawowa składnia:

for (inicjalizacja; warunek; zmiana) {
    // instrukcje
}

Przykład:

for (int i = 0; i < 10; i++) {
    cout << i << endl;
}

Program wykona instrukcje dla i = 0, 1, 2, ..., 9. Jest to odpowiednik znanej z Pythona konstrukcji:

for i in range(10):
    print(i)

Warto zwrócić uwagę na trzy części nagłówka pętli:

• int i = 0 – utworzenie zmiennej i ustawienie jej wartości początkowej,
• i < 10 – warunek wykonywania pętli,
• i++ – zwiększenie wartości i po każdym obrocie pętli.

3. Pętla while

Pętla while wykonuje instrukcje tak długo, jak długo spełniony jest podany warunek.

Składnia:

while (warunek) {
    // instrukcje
}

Przykład:

int i = 0;

while (i < 10) {
    cout << i << endl;
    i++;
}

Operator ++ zwiększa wartość zmiennej o 1:

i++;

jest równoważne:

i = i + 1;

4. Tablice

Tablica pozwala przechowywać wiele wartości tego samego typu. Tablicę o określonym rozmiarze tworzymy na przykład tak:

double measurements[10];

Możemy od razu podać wartości:

double measurements[10] = {
    10.2, 9.8, 10.5, 10.1, 9.9,
    10.3, 11.7, 10.0, 9.6, 10.4
};

Podobnie jak w Pythonie, numerowanie elementów zaczyna się od zera:

measurements[0]   // pierwszy element
measurements[1]   // drugi element
measurements[9]   // dziesiaty element

Elementy tablicy możemy przeglądać za pomocą pętli:

for (int i = 0; i < 10; i++) {
    cout << measurements[i] << endl;
}

5. Funkcje

Funkcja pozwala wydzielić fragment programu wykonujący określone zadanie. Funkcję możemy następnie wielokrotnie wywoływać z różnych miejsc programu.

Ogólna składnia funkcji:

typ_zwracany nazwa_funkcji(parametry) {
    // instrukcje
    return wartosc;
}

Na przykład:

double square(double x) {
    return x * x;
}

Funkcję możemy następnie wywołać:

double result = square(3.0);

cout << result << endl;

Funkcja może również niczego nie zwracać. W takim przypadku używamy typu void:

void printHello() {
    cout << "Hello!" << endl;
}

5.1. Funkcja przyjmująca tablicę

Do funkcji możemy przekazać również tablicę. Przykładowo funkcja która zwiększa wszystkie elementy tablicy o 1 może wyglądać następująco:

void addCalibrationOffset(double measurements[], int length) {
    for (int i = 0; i < length; ++i) {
        measurements[i] += 1;
    }
}

Funkcję możemy wywołać dla naszej tablicy:

addCalibrationOffset(measurements, 10);

6. Ćwiczenie – krótkie przykłady

1  1
2  4
3  9
...
10  100

double suma(double x, double y)

7. Zadanie – analiza wyników pomiarów

double measurements[10] = {
    10.2, 9.8, 10.5, 10.1, 9.9,
    10.3, 11.7, 10.0, 9.6, 10.4
};

double average(double data[], int size);

double minimum(double data[], int size);

double maximum(double data[], int size);

int countAbove(double data[], int size, double value);

8. Przykładowy wynik programu

Pomiary:
10.2 9.8 10.5 10.1 9.9 10.3 11.7 10.0 9.6 10.4

Srednia: 10.25
Minimum: 9.6
Maksimum: 11.7

Pomiary mniejsze od sredniej: 6
Pomiary wieksze od sredniej: 4

Pomiary rozniace sie od sredniej o wiecej niz 10%: 1 // ten pomiar to 11.7

9. Schemat pracy

1. Utwórz / otwórz katalog projektu
              |
              v
2. Utwórz plik .cpp
              |
              v
3. Napisz / zmodyfikuj kod (niewielkie fragmenty kodu, najlepiej po 1 funkcji na raz!)
              |
              v
4. Skompiluj:
   g++ program.cpp -o program
              |
              v
5. Jeżeli kompilacja się udała:
   uruchom program
              |
              v
6. Sprawdź działanie
              |
              v
7. Wprowadź poprawki i wróć do punktu 4

10. Kompilacja i uruchomienie

Program zapiszcie w pliku main.cpp.

Otwórzcie terminal w VS Code: Terminal → New Terminal.

Jeżeli terminal znajduje się w katalogu zawierającym main.cpp, wykonajcie:

g++ main.cpp -o main

Jeżeli kompilacja zakończyła się poprawnie, uruchomcie program:

./main

Jeżeli korzystacie z Windowsa i program został utworzony jako main.exe, może być konieczne użycie:

.\main.exe

g++ main.cpp -o main

./main

11. Co zrobić, gdy kompilator zgłosi błąd?

Podczas pisania programu bardzo często pojawią się błędy składniowe lub logiczne. Jest to normalna część programowania.

Przykładowo, usuńcie średnik z jednej z instrukcji:

double x = 10
cout << x << endl;

Spróbujcie skompilować program i zobaczcie komunikat kompilatora. Następnie poprawcie kod i ponownie wykonajcie:

g++ main.cpp -o main

12. Czym jest std::vector?

Klasyczne tablice w C++ (np. double measurements[10]) mają stały rozmiar, ustalany w kodzie. Przekazując je do funkcji, zwykle podajemy również ich rozmiar, ponieważ sama tablica nie udostępnia go funkcji jako osobnej informacji.

std::vector to dynamiczna tablica dostępna w bibliotece standardowej C++. Aby z niej korzystać, należy dołączyć nagłówek:

#include <vector>

Tworzenie wektora i dostęp do elementów

Wektor można utworzyć na kilka sposobów:

std::vector<double> a;
std::vector<double> b = {1.2, 3.4, 5.6};
std::vector<double> c(5, 0.0);

• a jest pustym wektorem.
• b zawiera trzy podane wartości.
• c zawiera pięć elementów, każdy o wartości 0.0.

Do elementów odwołujemy się za pomocą indeksów:

std::cout << b[0] << std::endl;  // 1.2
std::cout << b[2] << std::endl;  // 5.6

b[1] = 4.0;  // zmiana drugiego elementu

Rozmiar i dodawanie elementów

Metoda .size() zwraca liczbę elementów. Metoda .push_back() dodaje nowy element na końcu:

std::vector<double> values = {2.0, 4.0, 6.0};
std::cout << values.size() << std::endl;  // 3

values.push_back(8.0);
std::cout << values.size() << std::endl;  // 4

Po dodaniu elementu rozmiar wektora zwiększa się automatycznie. Nie trzeba wcześniej rezerwować konkretnej liczby elementów ani ręcznie aktualizować zmiennej z rozmiarem.

Przeglądanie elementów w pętli

Jeśli potrzebujemy indeksu elementu, możemy użyć klasycznej pętli for:

for (int i = 0; i < values.size(); i++) {
    std::cout << values[i] << std::endl;
}

Jeśli chcemy jedynie odczytać kolejne wartości, możemy użyć pętli zakresowej:

for (double value : values) {
    std::cout << value << std::endl;
}

Pętla zakresowa przechodzi po wszystkich elementach wektora. Zmienna value przyjmuje kolejno wartość każdego elementu.

Przekazywanie wektora do funkcji

Wektor można przekazać do funkcji przez stałą referencję. Dzięki temu nie tworzymy kopii całego wektora, a funkcja nie może modyfikować jego elementów:

double average(const std::vector<double>& data) {
    if (data.empty()) {
        return 0.0;
    }

    double sum = 0.0;
    for (double value : data) {
        sum += value;
    }

    return sum / data.size();
}

• const oznacza, że funkcja nie powinna zmieniać przekazanych danych.
• & oznacza przekazanie przez referencję, bez kopiowania całego wektora.
• data.empty() sprawdza, czy wektor nie zawiera elementów.

Funkcję można wywołać dla wektorów o różnej liczbie elementów. W powyższym przykładzie zwrócenie 0.0 dla pustego wektora jest przyjętą konwencją na potrzeby ćwiczenia; w większych programach sposób obsługi pustych danych należy świadomie zaprojektować.

Zadanie 2 – analiza pomiarów z wykorzystaniem std::vector

double average(const std::vector<double>& data);
double minimum(const std::vector<double>& data);
double maximum(const std::vector<double>& data);

15. Najważniejsze rzeczy z dzisiejszych zajęć

• Instrukcja if, else if i else pozwala uzależnić wykonanie kodu od warunku.
• Pętle for i while pozwalają wielokrotnie wykonywać fragment programu.
• Klasyczna tablica przechowuje wiele wartości tego samego typu, a jej indeksowanie zaczyna się od zera.
• Funkcja może przyjmować parametry, zwracać wartość i wykonywać obliczenia na tablicy lub wektorze.
• std::vector przechowuje swój rozmiar; .size() odczytuje liczbę elementów, a .push_back() dodaje element na końcu.
• std::string służy do przechowywania napisów; .length() zwraca liczbę znaków, a == pozwala porównywać napisy.
• Bloki kodu w C++ wyznaczają klamry { }, a większość instrukcji kończy się średnikiem ;.
• Po zmianie kodu źródłowego należy ponownie skompilować program.

16. Punktacja – 0–5 pkt