Oppimateriaali perustuu kevään 2010 kurssiversion materiaaliin ja Arto Wiklan ohjelmointisivustoon. Materiaalin copyright © (aakkosjärjestyksessä): Matti Luukkainen, Matti Paksula, Arto Vihavainen, Arto Wikla. Materiaalia saa vapaasti käyttää itseopiskeluun. Muu käyttö vaatii luvan.

Ohpe-harjoitukset s2010: 4/6 (27.9.-1.10.)

(Muutettu viimeksi 28.9.2010, sivu perustettu 23.9.2010.)

Nämä harjoitukset liittyvät oppimateriaalin luvun III Oliot ja kapselointi, luokka olion mallina melkein kaikkiin alilukuihin 1-22. Siispä Stringejä (III.23) harjoitellaan vasta myöhemmin.

Harjoitustehtävien otsikoilla on värikoodaus: Vihreät tehtävät on syytä tehdä joka tapauksessa. Värittämättömiä ei ole ihan pakko tehdä, mutta nekin ovat hyvin hyödyllisiä ja myös vaikuttavat pisteisiin. Keltaiset tehtävät ovat vähän haastavampia. Nekin lasketaan mukaan harjoituspisteitä määrättäessä, mutta ilmankin niitä harjoituksista voi saada maksimipisteet.

Huom: Jokaisen ohjelmatiedoston alkuun on kirjoitettava kommenttina harjoituskerta, tehtävän numero ja tekijän nimi tyyliin:

// 4. harjoitukset, tehtävä 2.1, Oili Opiskelija

Huom: Nimeä tiedostot tehtävän otsikon mainitsemalla nimellä.

Aikalaskureita

Tuntilaskuri.java

Tuntilaskuri on laite, joka nappia painaen etenee vuorokauden tunnista toiseen.

Tuntilaskurin API on

public Tuntilaskuri() luo Tuntilaskuri-olion, joka on asetettu nollaksi.
public void etene() siirtää tuntilaskuria yhdellä tunnilla eteenpäin. Tuntia 23 seuraa tunti 0.
public int getTunti() palauttaa arvonaan tuntilaskurin tietämän tunnin.

Tässä valmis pääohjelma Tuntilaskurin kokeilemiseen:

    public static void main(String[] args) {
        Tuntilaskuri tuntilaskuri = new Tuntilaskuri();

        System.out.println("tuntilaskurin arvo "+ tuntilaskuri.getTunti());
        tuntilaskuri.etene();
        System.out.println("tuntilaskurin arvo "+ tuntilaskuri.getTunti());

        // mennään vuorokausi eteenpäin
        for ( int i=0; i<24; i++ )
            tuntilaskuri.etene();

        System.out.println("tuntilaskurin arvo "+ tuntilaskuri.getTunti());
    }

Ja esimerkin tulostuksen pitäisi olla:

tuntilaskurin arvo 0
tuntilaskurin arvo 1
tuntilaskurin arvo 1

Minuuttilaskuri.java

Minuuttilaskuri on laite, joka nappia painaen etenee vuorokauden minuutista toiseen.

Minuuttilaskurin API on

public Minuuttilaskuri() luo Minuuttilaskuri-olion, jonka tunnit ja minuutit on asetettu nollaksi.
public void etene() siirtää minuuttilaskuria yhdellä minuutilla eteenpäin. Kun minuutit ovat saavuttaneet luvun 59, seuraava minuuttilukema on 0 ja tunnit kasvavat yhdellä. Tuntia 23 seuraa tunti 0.
public int getTunti() palauttaa arvonaan laskurin tietämän tunnin.
public int getMinuutti() palauttaa arvonaan laskurin tietämän minuuttien luvun.

Pääohjelma pikku apulaisineen Minuuttilaskurin kokeilemiseen:

    public static void main(String[] args) {

        Minuuttilaskuri minuuttilaskuri = new Minuuttilaskuri();

        tulostaAika(minuuttilaskuri);            // testi 1

        minuuttilaskuri.etene();
        tulostaAika(minuuttilaskuri);          // testi 2

        // edetään 2 tuntia
        for (int i = 0; i < 120; i++) {
            minuuttilaskuri.etene();
        }
        tulostaAika(minuuttilaskuri);         // testi 3

        // edetään vuorokausi
        for (int i = 0; i < 24*60; i++) {
            minuuttilaskuri.etene();
        }
        tulostaAika(minuuttilaskuri);         // testi 4
    }

    private static void tulostaAika(Minuuttilaskuri minuuttilaskuri) {
        System.out.println("minuuttilaskurin arvo " + minuuttilaskuri.getTunti() + ":" +
                                                      minuuttilaskuri.getMinuutti());
    }

Vihjeitä ratkaisustrategiaan (Matti Luukainen): Pääohjelma sisältää neljä testiä

aika tulostuu alussa oikein
aika tulostuu minuutin etenemisen jälkeen oikein
aika tulostuu oikein kun yli tunti on kulunut
aika tulostuu oikein kun yli vuorokausi on kulunut

Toteuta aluksi "tyhjä luokka", joka ei tee mitään, mutta "ensimmäinen testi" menee jo läpi:

minuuttilaskurin arvo 0:0
minuuttilaskurin arvo 0:0
minuuttilaskurin arvo 0:0
minuuttilaskurin arvo 0:0

Ohjelmoi minuutit etenemään, toinen testi kuntoon:

minuuttilaskurin arvo 0:0
minuuttilaskurin arvo 0:1
minuuttilaskurin arvo 0:121
minuuttilaskurin arvo 0:1561

Seuraavana askeleena minuutit toimimaan oikein, tunnit edelleen rikki:

minuuttilaskurin arvo 0:0
minuuttilaskurin arvo 0:1
minuuttilaskurin arvo 0:1
minuuttilaskurin arvo 0:1

Lopulta tunnitkin kulkemaan:

minuuttilaskurin arvo 0:0
minuuttilaskurin arvo 0:1
minuuttilaskurin arvo 2:1
minuuttilaskurin arvo 2:1

Sekuntilaskuri.java

Sekuntilaskuri tuntee sekunnit, minuutit ja tunteja vuorokauden verran. Laskuri voi vain edetä. Kun sekunnit ylittävät arvon 59 yhdellä, minuutit kasvavat ja sekunnit nollataan. Kun minuutit ylittävät arvon 59 yhdellä, tunnit kasvavat ja minuutit nollataan. Kun laskuri ylittää arvon 23:59:59 (23 tuntia, 59 minuuttia, 59 sekuntia), aloitetaan uudelleen arvosta 0:0:0. Laskuri siis laskee: 0:0:0, 0:0:1, ..., 0:0:59, 0:1:0, 0:1:1, 0:1:2, ..., 0:59:57, 0:59:58, 0:59:59, 1:0:0, 1:0:1,..., 23:59:58, 23:59:59, 0:0:0.

Sekuntilaskurin API:

public Sekuntilaskuri() luo Sekuntilaskuri-olion, jonka tunnit, minuutit ja sekunnit on asetettu nollaksi.
public void etene() siirtää sekuntilaskuria yhdellä sekunnilla eteenpäin. Kun sekunnit ovat saavuttaneet luvun 59, seuraava sekuntilukema on 0 ja minuutit kasvavat yhdellä. Kun minuutit ovat saavuttaneet luvun 59, seuraava minuuttilukema on 0 ja tunnit kasvavat yhdellä. Tuntia 23 seuraa tunti 0.
public int getTunti() palauttaa arvonaan laskurin tietämän tunnin.
public int getMinuutti() palauttaa arvonaan laskurin tietämän minuuttien luvun.
public int getSekunti() palauttaa arvonaan laskurin tietämän sekuntie luvun.
public String toString() palauttaa arvonaan laskurin merkkijonoesityksen muodossa tunnit:minuutit:sekunnit, siis esimerkiksi "14:7:53".

Laadi myös sovellus, joka esittelee laskurin käyttöä.

Opintopistelaskuri

TyomaaraMuunnin.java (ja OpintopisteetTunneiksi.java)

Ohjelmoi väline TyomaaraMuunnin, joka osaa laskea opintopisteiden "laskennallisen" työmäärän. Yhden opintopisten lasketaan vaativan 27 työtuntia

Saat esittelypääohjelman valmiina, ks. alla. Toteuta siis itse luokka TyomaaraMuunnin, joka osaa tehdä mainitun muunnoksen. Luokassa on konstruktorin lisäksi oltava ainakin toString()-metodi, joka palauttaa TyomaaraMuunnin-olion merkkiesityksen alla olevan esimerkin mukaisena. Konstruktorille annetaan parametreina kurssin nimi, opintopistemäärä ja kurssin kesto.

public class OpintopisteetTunneiksi {
  public static void main(String[] args) {

     TyomaaraMuunnin ohpe = new TyomaaraMuunnin("Ohjelmoinnin perusteet", 5, 6);
     TyomaaraMuunnin ohja = new TyomaaraMuunnin("Ohjelmoinnin jatkokurssi", 4, 6);

     System.out.println(ohpe);
     System.out.println("---");
     System.out.println(ohja);
  }
}

Vaadittu tulostusasu:

Kurssin Ohjelmoinnin perusteet (5 op) laskennallinen työmäärä:
Yhteensä 135 tuntia
Viikossa 22.5 tuntia
---
Kurssin Ohjelmoinnin jatkokurssi (4 op) laskennallinen työmäärä:
Yhteensä 108 tuntia
Viikossa 18.0 tuntia

Vihje: Nyt olion on muistettava myös String-tyyppinen arvo. Ohjelmoi siis luokkaan kenttä (=ilmentymämuuttuja) tyyliin:

  private String kurssinNimi;

TyomaaraLaskin.java

Tee luokkaa TyomaaraMuunnin käyttäen ohjelma, joka kysyy kurssin nimen, opintopisteet ja keston. ja työmäärää. Tämän jälkeen ohjelma tulostaa tiedot samoin kuin edellisessä tehtävässä:

Kurssin nimi?    Musiikin historia
Opintopisteitä?  10
Kesto viikkoina? 14

Kurssin Musiikin historia (10 op) laskennallinen työmäärä:
Yhteensä 270 tuntia
Viikossa 19.28571429 tuntia

Varaston käyttöä

Kahvikirjanpito.java

Toteuta oppimateriaalin luokan Varasto avulla vuorovaikutteinen eli keskusteleva eli interaktiivinen ohjelma, joka pitää kirjaa jäljellä olevan kahvin määrästä. Varastotilanteen muutokset ohjelmoidaan otaVarastosta()- ja lisaaVarastoon()-aksessoreilla.

Älä muokkaa luokkaa Varasto. Voit vaikka ajatella, että olet ostanut vain luokkatiedoston eli ByteCode-sisältöisen .class-tiedoston, eikä käytössäsi edes ole lähdekielistä versiota.

Koska luokan valmis toString() ei sovellu tähän tehtävään, ohjelmoi itse apumetodi private static String tilannetiedotus(Varasto v)-metodi, joka palauttaa arvonaan tähän tehtävään soveltuvan merkkiesityksen kahvinkeittimen tilasta.

Tässä ohjelmaraakile:

import java.util.Scanner;
public class Kahvikirjanpito {
    public static Scanner lukija = new Scanner(System.in);
    public static void main(String[] args) {

        Varasto kahvi = new Varasto(3.0, 2.0);

        System.out.println("Kahvikassa");
        System.out.println("1\tJuo kahvi");
        System.out.println("0\tPoistu\n");

        // tänne pääohjelman muu logiikka
    }

    // tänne pääohjelman apumetodit
}

Ohjelman suorituksen pitää näyttää seuraavalta:

Kahvikirjanpito
1   Juo kahvi
0   Poistu

Kahvia on jäljellä 2.0/3.0 kuppia
Valitse toiminto: 1

Kahvia on jäljellä 1.0/3.0 kuppia
Valitse toiminto: 1

Kahvia on jäljellä 0.0/3.0 kuppia
Valitse toiminto: 1

Kahvi on loppu!

Kahvia on jäljellä 0.0/3.0 kuppia
Valitse toiminto: 0

KahvikirjanpitoPlus.java

Laajenna toteutusta siten, että ohjelmaan tulee uusi toiminto: kahvin keittäminen. Kahvin keittäminen on mahdollista kaikissa ohjelman vaiheissa, mutta kahvia ei voi keittää enempää kuin tilaa on jäljellä.

Kahvikirjanpito
1   Juo kahvi
2   Keitä kahvia
0   Poistu

Kahvia on jäljellä 2.0/3.0 kuppia
Valitse toiminto: 2
Kuinka monta kuppia keitetään: 2

Ei mahdu!

Kahvia on jäljellä 2.0/3.0 kuppia
Valitse toiminto: 2
Kuinka monta kuppia keitetään: 1

Kahvia on jäljellä 3.0/3.0 kuppia
Valitse toiminto: 0

Viljavarasto.java

Eräs viljavarastotyyppi muodostuu kahdesta viljasiilosta. Vain ensimmäinen siilo on varustettu lastauslaittein. Viljaa voidaan siirtää siilosta toiseen. Viljavaraston varsinaiset viljasäiliöt pitää toteuttaa käyttäen kurssimateriaalin luokakaa Varasto.

Ratkotaan tehtävä paloittain: API annetaan paloittain. Voit ratkoa tehtäväsarjan editoimalla samoja ohjelmatiedostoja Viljavarasto.java ja ViljavarastoEsittely.java yhä täydellisemmiksi.

... yksipyttyinen ...

API:

public Viljavarasto(double siilonKoko) luo viljavaraston, jonka siilon vetoisuus annetaan parametrina. Siilo aluksi tyhjä. Negatiivinen parametrin arvo tulkitaan nollaksi.
public boolean lisaaViljaa(double maara) lisää viljaa siiloon. Jos yritetään lisätä enemmän kuin mahtuu, viljamäärää ei muuteta. Metodi palauttaa arvon false, jos määrä on negatiivinen tai lisäys ei onnistunut, muuten se palauttaa arvon true.
public double otaViljaa(double maara) ottaa viljaa siilosta. Jos pyydetään enemmän kuin siilossa on, saadaan vain mitä on. Arvonaan metodi palauttaa saadun viljan määrän. Negatiivinen parametrin arvo tulkitaan nollaksi.
public String toString() palauttaa arvonaan selkeän merkkijonoesityksen viljavaraston tilasta.

Ohjelmoi myös sovellus ViljavarastoEsittely.java, joka selkeästi ja kattavasti havainnollistaa Viljavaraston käyttöä.

Vihje: Tässä siis Viljavaraston piilossa pidettyyn kenttään luodaan Varasto-luokan ilmentymä, Varasto-olio, tyyliin:

public class Viljavarasto {
  // piilossa pidetty tietoranne:
  private Varasto siilo;
  ...

  // kostruktori:
  public Viljavarasto(...) {
    ...
    siilo = new Varasto(...);
    ...
  }
  ...
}

... kaksipyttyinen vajaana ...

API:

public Viljavarasto(double ekanSiilonKoko, double tokanSiilonKoko) luo viljavaraston, jonka siilojen vetoisuudet annetaan parametreina. Siilot ovat aluksi tyhjiä. Negatiivinen parametrin arvo tulkitaan nollaksi.
public boolean lisaaViljaa(double maara) lisää viljaa ensimmäiseen siiloon. Jos yritetään lisätä enemmän kuin mahtuu, viljamäärää ei muuteta. Metodi palauttaa arvon false jos määrä on negatiivinen tai lisäys ei onnistunut, muuten se palauttaa arvon true.
public double otaViljaa(double maara) ottaa viljaa ensimmäisestä siilosta. Jos pyydetään enemmän kuin siilossa on, saadaan vain mitä on. Arvonaan metodi palauttaa saadun viljan määrän. Negatiivinen parametrin arvo tulkitaan nollaksi.
public double ekassaOn() palauttaa ensimmäisen siilon viljamäärän.
public double tokassaOn() palauttaa toisen siilon viljamäärän.
public String toString() palauttaa arvonaan selkeän merkkijonoesityksen viljavaraston tilasta.

Ohjelmoi myös sovellus ViljavarastoEsittely.java, joka selkeästi ja kattavasti havainnollistaa Viljavaraston käyttöä.

... kaksipyttyinen ...

Täydennetään edellisen kohdan API:a vielä parilla tärkeällä lisämetodilla:

public boolean siirraViljaa(double maara, boolean ekasta) siirtää parametrin verran viljaa siilosta toiseen. Jos jälkimmäinen parametri on true, siirretään ensimmäisestä siilosta toiseen, muuten päinvastoin. Jos koko määrää ei voida siirtää, ei siirretä mitään. Metodi palauttaa arvon false, jos parametri maara on negatiivinen tai siirto ei onnistunut, muuten se palauttaa arvon true.
public void hiirivahinko(double vakavuusProsentti) vähentää molempien siilojen sisältöä parametrin ilmoittamalla prosenttimäärällä. Negatiivinen parametrin arvo tulkitaan nollaksi.

Ohjelmoi myös sovellus ViljavarastoEsittely.java, joka selkeästi ja kattavasti havainnollistaa Viljavaraston käyttöä.

Viljavarastomestari.java

Laadi sovellus viljavarastomestarille viljavaraston kirjanpitoon. Ohjelma on keskusteleva eli interaktiivinen. Keskustelun yksityiskohdat voit päättää itse. Alla on esimerkkejä/ideoita siitä, millaisista asioista keskustellaan. Voit ohjelmoida keskustelun toisinkin, jos keksit tyylikkäämmän tavan!

Tervetuloa mestari!

Miten suuri on 1. siilo? 2000
Miten suuri on 2. siilo? 10000

Toiminnot:
1 Tulosta varastotilanne
2 Lisää viljaa
3 Ota viljaa
4 Siirrä viljaa
5 Lopeta

? 1
1: 0.0, 2: 0.0

? 2
Paljonko lisätään? 314
Ok!

? 1
1: 314.0, 2: 0.0

? 4
Suunta? (1 = ensimmäiseen, 2 = toiseen) 2
Paljonko? 100
Ok!

? 1
1: 214.0, 2: 100.0

? 7
Virheellinen komento!
Toiminnot:
1 Tulosta varastotilanne
2 Lisää viljaa
3 Ota viljaa
4 Siirrä viljaa
5 Lopeta

? 3
Paljonko otetaan? 1000
Ok! Sait 214.0

? 1
1: 0.0, 2: 100.0

? 5
Näkemiin!