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Kontrollstrukturen

Die ersten Computerspiele waren Geschicklichkeitsspiele mit einfachen Grafiken, die mit der Tastatur gespielt wurden. Eines der ersten Spiele war das Spiel Breakout, von dem wir eine einfache Version schrittweise am Ende dieses Kapitels entwickeln werden.

Weitere Informationen über die Entstehungsgeschichte und die verschiedenen Versionen von Breakout finden Sie in Wikipedia.

Das nebestehende Video zeigt den Ablauf des Breakout-Programms, das wir programmieren möchten. Die Steuerung des Schlägers erfolgt über die Rechts- und die Linkspfeiltaste der Tastatur.

Mit den bisherigen Kenntnissen der Programmiersprache Java und der sas-Bibliothek lassen sich alle Objekte dieses Spiels zeichnen. Benötigt werden nur ein Objekt der Klasse Circle und mehrere Objekte der Klasse Rectangle. Sie können mit Ihren bisherigen Kenntnissen auch Objekte auf der Zeichenfläche bewegen oder verschwinden lassen, Sie haben aber noch nicht gelernt, wie man Shapes-Objekte kontinuierlich bewegt und wie Kollisionen zwischen zwei Shapes-Objekten erkannt werden können.

Um Anweisungen in Java mehrmals wiederholen zu können benötigt man sogenannte Schleifen, die erst beendet werden, wenn eine bestimmte Bedingung erfüllt ist. Wenn der Ball den Rand des Spielfeldes berührt oder gegen ein Hindernis stößt, muss er dort abprallen, d.h. seine Richtung ändern und das Hindernis muss verschwinden. Der weitere Ablauf des Programms ist in diesen Fällen von Bedingungen abhängig. Dies lässt sich mit der Kontrollstruktur Verzweigung in Java umsetzen. Auch für die Bewegung eines Shapes-Objektes auf der Zeichenfläche mithilfe der Tastatur benötigt man Schleifen und Verzweigungen.

Wenn wir, wie im Beispiel zu sehen, 25 Hindernisse auf die Zeichenfläche setzen möchten, die mit dem Ball kollidieren können, müssten wir fünfundzwanzig Variablen deklarieren und jede einzelne auf Kollision mit dem Ball prüfen. Erheblich kürzer und übersichtlicher wird der Programmcode, wenn wir die Objekte in einem array speichern. Das ist eine Datenstruktur, in der mehrere Objekte oder Werte desselben Typs gespeichert werden. Mit Hilfe von Zählschleifen lassen sich dieselben Operationen für alle Elemente eines Arrays ausführen.

Im Kapitel Anwendungen werden einfache Spiele oder andere Anwendungen unter Verwendung von Schleifen, Verzweigungen und arrays modelliert und implementiert. Das letzte Kapitel fasst noch einmal das Gelernte zusammen.

Schleifen Anhand kontextbezogener Anwendungen wird in diesem Kapitel die Java-Kontrollstruktur while-Schleife erarbeitet und eingeübt. Mithilfe von while-Schleifen lassen ich in einer Programmiersprache Anweisungen solange wiederholen, wie eine vorgegebene Bedingung erfüllt ist. Sie lernen verschiedene Möglichkeiten kennen Bedingungen zu formulieren und den Wahrheitswert durch den logischen Operator nicht (!) umzukehren. Darüber hinaus werden in diesem Kapitel die Wertebereiche der einfachen Java-Datentypen int, float, double, char und boolean erläutert,
Verzweigungen Anhand kontextbezogener Problemstellungen wird in diesem Kapitel die Java-Kontrollstruktur if - then - else erarbeitet und anhand vieler Beispiele eingeübt. In Anhängigkeit vom Wahrheitswert einer Bedingung kann der Ablauf eines Programms damit verzweigt werden. Sie lernen Bedigungen mit den logischen Operatoren und (&&) und oder (\|\|) miteinander zu neuen Bedingungen zu verknüpfen sowie Verzweigungen zu verschachteln.
Arrays, Zählschleifen Eine vorgezogenene Anzahl von Daten, die alle vom gleichen Typ sind, lassen sich in Java unter einem Namen zusammenfassen. Diese lineare Datenstruktur wird array genannt. Der Zugriff auf einzelne Daten erfolgt über diesen Namen und die Position im array. Um alle Elemente eines arrays verarbeiten zu können, durchläuft man das array mit einer Zählschleife, einer Schleife in der vorher festgelegt wird, wie oft sie durchlaufen wird. In Java verwendet man dafür die for-Schleife. Anhand mehrerer kontextbezogener Beispiele werden in diesem Kapitel die Datenstruktur array und die Zählschleife erarbeitet und eingeübt.
Anwendungen Jetzt haben Sie alle Voraussetzungen, um das Spiel Breakout zu modellieren und zu implementieren. Sie lernen, wie man systematisch eine komplexe Problemstellung analysiert und die benötigten Objekte und Methoden identifiziert. Für die Methoden entwickeln wir umgangssprachlich formulierte Algorithmen, bevor wir sie in der Programmiersprache implementieren und das Programm testen. Dabei beginnen wir mit einer einfachen Version des Programm, die wir schrittweise erweitern. Diese Methode der systematischen Modellierung und Implementierung eines Anwendungsproblems wird an mehreren Beispielen eingeübt.
Zusammenfassung Abschließend wird in diesem Kapitel die Syntax aller Java-Sprachelemente, die beim Thema "Kontrollstrukturen" erarbeitet wurden, noch einmal systematisch dargestellt und durch Beispiele erläutert.

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