Termipankki
  1. A
    1. Abstraktio
    2. Alias
    3. Alustaminen
    4. Ankkatyypitys
    5. Argumentti
    6. Arvo
    7. Asetuslippu
    8. Avainsana
  2. B
    1. Binääriluku
    2. Binääritiedosto
    3. Bitti
    4. Bittinegaatio
    5. Bittioperaatio
  3. C
    1. C-funktio
    2. C-kirjasto
    3. C-muuttuja
  4. E
    1. Ehtolause
    2. Ehtorakenne
    3. Esikääntäjä
    4. Esikääntäjädirektiivi
    5. Esittely
    6. Etumerkitön
  5. H
    1. Heksadesimaali
  6. I
    1. Iteroitava
  7. K
    1. Kirjasto
    2. Kokonaisluku
    3. Kommentti
    4. Komplementti
    5. Konekieli
    6. Koodilohko
    7. Käskykanta
    8. Kääntäjä
  8. L
    1. Lause
    2. Liukuluku
    3. Looginen operaatio
  9. M
    1. Makro
    2. Merkki
    3. Merkkijono
    4. Metodi
    5. Muisti
    6. Muuntumaton
    7. main-funktio
  10. O
    1. Objekti
    2. Ohjausrakenne
    3. Optimointi
    4. Osoitin
    5. Otsikkotiedosto
    6. Otsikkotiedot
  11. P
    1. Paikanpidin
    2. Paluuarvo
    3. Parametri
    4. Poikkeus
    5. Prototyyppi
    6. Python-for
    7. Python-format
    8. Python-funktio
    9. Python-import
    10. Python-konsoli
    11. Python-lista
    12. Python-muuttuja
    13. Python-pääohjelma
    14. Python-tulkki
    15. Pääfunktio
    16. printf
  12. R
    1. Resurssi
  13. S
    1. Staattinen tyypitys
    2. Syntaksi
  14. T
    1. Taulukko
    2. Tavu
    3. Terminaali
    4. Tietorakenne
    5. Tyyppi
    6. Tyyppimuunnos
  15. V
    1. Varoitusviesti
    2. Virheviesti
  16. W
    1. while
Ratkaistu: / tehtävää

Ohjausrakenteet C:ssä

Osaamistavoitteet: Tässä materiaalissa esitetään miten C-kielessä toteutetaan ja ohjataan ohjelman loogista toiminnallisuutta ohjausrakenteiden avulla. Lisäksi ymmärretään, miten tärkeää on tehdä koodista ulkoasultaan selkeää.
Ohjaurakenteita C-kielessä on seuraavasti:
Tämä luentomateriaalin osuus lienee suoraviivaisin ja helpoiten omaksuttava osa kurssista, sillä rakenteiden toiminnassa ei C-kielessä ole oikeastaan merkittäviä eroja muihin ohjelmointikieliin nähden.

Totuusarvot

Ensiksi kuitenkin on syytä tietää mikä on totta C-kielessä, eli miten katsotaan ohjelmalauseen totuusarvo. C-kielessä se määritellään numeerisena seuraavasti:
Esimerkki. Sijoituksen jälkeen muuttujan arvo tulkittaisiin tässä todeksi int8_t onko_lammin = -25;.

Loogiset operaattorit

Loogiset operaattorit, joilla voimme tarkastella lausekkeiden totuusarvoja, ovat C-kielessä seuraavat:
Esimerkkejä.
uint8_t muuttuja1 = 0;
uint8_t muuttuja2 = 5;
int8_t muuttuja3 = -27;

int8_t tulos1 = !muuttuja1; // tosi
int8_t tulos2 = muuttuja1 && muuttuja2; // epätosi
int8_t tulos3 = muuttuja2 && muuttuja3; // tosi

Vertailuoperaattorit

C-kielen vertailuoperaattorit ovat numeerisia:
Muistetaan aiemmasta materiaalista, että C-kielessä myös merkit käsitellään numeroina ASCII-koodauksen mukaan. Eli aina, jos ehto on numeerisesti totta, suoritetaan lauseen koodilohko.
C-kielessä ei voi yhdistää useampaa ehtoa tai vertailua samaan ehtoon, vaan vertailut pitää erottaa ja yhdistää loogisella operaattorilla. Esimerkiksi:
// Python: ('a' <= merkki <= 'z')
if ((merkki >= 'a') && (merkki <= 'z')) 
   {
   ...
   }
Hox! Bugien välttämiseksi muistetaan käyttää sulkeita vertailu- ja ehtorakenteissa eri lausekkeiden ympärillä, jotta ajatuksemme siirtyy koodiin sellaisenaan. Muutoin tulee olla hyvin selvillä C-kielen operaattorien suoritusjärjestyksestä!
Hox! Toinen yleinen ohjelmointivirhe on käyttää vertailuoperaattorin == sijasta sijoitusoperaattoria =. Samoin bittioperaatio & voi sekoittua loogisen JA-operaation && kanssa. Kääntäjä kyllä yleensä huomauttaa näistä.

Ehtorakenteet

Ehtorakenteita C-kielessä on kaksi. Perinteinen if-else-rakenne ja lisäksi moniosainen ehtorakenne switch.

If-else if-else -jaarittelua

C:n ehtolauseista löytyvät ihan samat if-, else if- ja else-haarat, kuin muistakin ohjelmointikielistä ja toiminta on sama. Haarat testataan aneetussa järjestyksessä ja valitaan se joka ensimmäisenä toteutuu, suoritetaan siihen kuuluva koodilohko ja poistutaan rakenteesta. Ehtolausekkeet laitetaan sulkeiden ( ) sisälle.
if (luku < 10) {
    printf("Luku on pienempi kuin 10");
}
else if (luku < 100) {
    printf("Luku on pienempi kuin 100");
}
else if (luku < 1000) {
    printf("Luku on pienempi kuin 1000");
}
else {
    printf("Luku on yhtä suuri tai suurempi kuin 1000");
}
Joskus näkee C-kielisiä ohjausrakenteita toteutettuna ilman koodilohkoja. Tämä on ihan laillista C-kieltä, jolloin ehdon toteuduttua suoritetaan vain rakennetta seuraava ohjelmalause.
if (luku < 100)
    printf("Luku on pienempi kuin 100");
Hox! Jos halutaan suorittaa useampi ohjelmalause ehdon toteuduttua, on käytettävä lohkoa, joten opetellaan heti alussa aina käyttämään aaltosulkeita!

Switch nostaa kytkintä

C-kielessä on myös moniosainen ehtorakenne switch, joka testaa vastaako muuttujan arvo jotain annetuista kokonaislukuvakioista. Perusteluna switch on ehkä selkeämpi vakioarvojen tarkastelussa kuin if-else-rakenteet.
Nyt switch-lauseen syntaksi on seuraava. Huomataan, että poikkeavasti lauseessa ei käytetä lohkomerkintöjä vaan break;-lause kertoo milloin lohko loppuu.
switch (muuttuja) {
   case VAKIO1:        
      lause;
      lause;
      break;
   case VAKIO2:
      lause;
      lause;
      break;
   default:
      lause;
      lause;
      break;
}
Nyt switch-rakennetta käydään ylhäältä alaspäin läpi vertaamalla muuttujan arvoa vakioihin. Jos yhtäsuuruus löytyy, suoritetaan vakiota vastaavan koodilohkoa kunnes törmätään break-lauseeseen. Sen jälkeen hypätään rakenteesta pois. Koodilohko default on valinnainen ja suoritetaan vain jos mikään muu ehdoista ei toteudu.
Jos break jäisi pois, suoritus valuu lohkosta toiseen alaspäin kunnes break tulee jossain vastaan tai rakenne loppuu. Tämä on joskus hyödyllistä jos tietää mitä tekee, kun nyt voidaan reagoida useisiin ehtoihin samalla lohkolla.
Itseasiassa, switch-lauseet voitaisiin toteuttaa ihan vastaavalla if-else-rakenteella:
switch(valinta) {		if (valinta == 'p') {  
    case 'p':				pituus();
        pituus();		} else if (valinta == 'm') {
        break;				massa();
    case 'm':			} else if (valinta == 't') {
        massa();			tilavuus();
        break;			} else if (valinta == 'l') {
    case 't':				lampotila();
        tilavuus();		} else {
        break;				virhe();
    case 'l':			}
        lampotila();
        break;
    default:
        virhe();
        break;
}
Tässä ehtojen testaus valuu samallatavoin alaspäin kuin if-else-rakenteessa. Eli switch-rakenne on siis tavallaan turha, mutta se on helppolukuinen tapa toteuttaa vakioarvon testauksia, joilla on monia rinnakkaisia vaihtoehtoja. Lisäksi, rakenne tulee muiden kirjoittamassa koodissa eittämättä vastaan, joten on hyvä tietää mistä on kyse.

Toistorakenteet

C-kielessä voimme tietysti tehdä sekä numeroitua että ehdollista toistoa.

Numeroitua toistoa

Numeroitua toista C-kielessä toteuttaa for-lause. Lause on C-kielessä koodarilta aavistuksen vaativampi kuin muissa kielissä.
Syntaksi on seuraava.
for (alustuslause; ehtolause; sijoituslause) {
    lause;
    lause;
}
Nyt for-silmukan avuksi tarvitsemme silmukkamuuttujan, joka kertoo ehtolauseen iteraation.
  1. Alustus-lauseessa annamme silmukkamuuttujalle sen lähtöarvon
  2. Ehtolauseessa testaamme silmukkamuuttujan arvon
    1. Jos ehto toteutuu, suoritetaan koodilohko
    2. Jos ehto ei toteudu, poistutaan silmukasta
  3. Sijoituslause määritteleen miten silmukkamuuttuja muuttuu seuraavaan iteraatioon, ts. ehdon testaukseen.
Esimerkkejä.
uint8_t i;                  uint8_t i;                  uint8_t i;

for (i=0; i < 10; i++) {    for (i=10; i > 0; i--) {    for (i=0; i >= 20; i+=2) {
   tee_jotain();               tee_jotain();               tee_jotain();
}                           }                           }
Ensimmäisessä tapauksessa silmukkamuuttujan arvo kasvaa yhdellä, toisessa tapauksessa vähenee yhdellä ja kolmannessa kasvaa kahdella.
Kuten huomataan, for-lauseen ehtolausekkeessa voidaan tehdä erilaisia vertailuja. Ja sijoituslauseke voi saada erilaisia muotoja.. itseasiassa siihen käyvät (lähes) kaikki C-kielen operaatiot ja myös funktiokutsu jonka palautusarvoa siis testattaisiin!
Ja jotta for-lause ei olisi liian yksinkertainen, voimme sen sisällä alustaa useita silmukkamuuttujia, toisistaan pilkulla erotettuna. Näin saamme koodilohkoon kätevästi vaikkapa useita apumuuttujia..
int i,j;

for (i=0, j=10; i < 10; i++, j--) {
   tee_jotain(i,j); 
}							

Ehdollista toistoa

Ehdollista toistoa voidaan C-kielessä toteuttaa kahdella tavoin.

Testaa ensin, suorita sitten

Nyt while-lauseessa koodilohko suoritetaan silmukassa niin kauan kuin ehtolauseke on totta. Näinollen while-silmukka sopii parhaiten tilanteisiin, joissa toistojen lukumäärää ei tiedetä ennalta.
Syntaksi on kaikessa lyhykäisyydessään seuraava.
while (ehtolauseke) {
    lause;
    lause;
}
Yksinkertainen esimerkki. Vieressä C-kääntäjälle ekvivalentti for-lause.
uint8_t i=0;            uint8_t i=0;

while (i < 10) {        for (i=0; i < 10; i++) { 
   tee_jotain();           tee_jotain();
   i++;                 }
}
Joskus for-lause voi olla parempi tyylillisesti, koska se pitää silmukan ohjauslauseet rakenteellisesti lähellä toisiaan.

Suorita ensin, testaa sitten

Taas do-while-rakenne suorittaa koodilohkonsa ensin ja testaa ehtolausekkeen vasta sen jälkeen. Jos ehto on epätosi, poistutaan silmukasta. Tämä rakenne voi olla joskus tyylillisesti parempi ratkaisu kuin while-rakenne, esimerkiksi jos pitää tehdä ehtolauseen muuttujille toistuva operaatio ennen niiden testausta.
Syntaksi ei ole enää erityisen ihmeellinen.
do {
   lause;
   lause;
} while (ehtolauseke);

Otetaas vielä breikki

Ohjausrakenteisiin liittyen voimme myös kontrolloida koodin suoritusta lohkon sisällä käskyillä break ja continue.
Nyt break-käskyllä voimme hypätä ulos mistä tahansa lohkosta jopa kesken sen suorituksen. Esimerkiksi:
while (x > 0) {
    if (x == JANNA_VAKIO) {       
        break;
    }
    x = tee_jotain();
} 
Sitten continue hyppää toistorakenteen seuraavan iteraatioon, toki suorittaen sijoituslauseen ensin. Esimerkiksi, funktiota tee_jotain ei suoriteta, jos if-lauseen yhtäsuuruusehto toteutuu.
for (x=0; x < 100; x++) {
    if (x == JANNA_VAKIO) {
       continue;
    }    
    tee_jotain();
}

Ikuinen silmukka

Yksi erityistapaus silmukkarakenteiden käytössä on hyvin yleinen sulautetujen järjestelmien ohjelmoinnissa.
Joskus sulautetun ohjelman toiminto toteutetaan yhden ikuisen silmukan sisälle, joka on osa ohjelman main-funktiota. Kuten aiemmin todettiin, C-kielinen ohjelma pyörii kunnes tämä funktio loppuu. Joten näppärästi (no ei oikeastaan..) sulautetussa ohjelmassa syötteiden odottelu tehdään ajamalla ikuista silmukkaa. Tällaisesta ratkaisusta käytetään nimitystä superloop-rakenne ja se saattaa olla tuttu esimerkiksi Arduino-ohjelmoinnista.
int main() {         
   
   while (1) {    
      if (tarkista_syote()) {
         tee_jotain();
      }
    }                  
} 
Syöte ohjelmalle saadaan vaikkapa pollaamalla, kuten yllä esimerkissä funktiolla tarkista_syote, tai keskeytysten avulla. Noh, tästä lisää tulevassa materiaalissa..
Vaikka ratkaisu on yksinkertainen, niin se ei ole ohjelmointiteknisesti hyvä. Esimerkiksi koska ehtojen testaus on peräkkäistä eikä rinnakkaista. Toisekseen, suurin osa suoritusaikaa ohjelma testaa lauseita jotka eivät laitteen näkökulmasta toteudu juuri koskaan. Jos laitteessa on resursseja ajaa käyttöjärjestelmää, on parempi ratkaisu antaa sen päättää milloin mikäkin ohjelman toiminnallisuus suoritetaan. Käyttöjärjestelmä usein myös hallitsee laitteen energiankulutusta ohjelmallisesti, mikä voi olla vaikeampaa toteuttaa superloop-rakenteessa.
Palaamme asiaan SensorTagin ohjelmointia opetellessa.

Sananen koodaustyylistä

Perustellaanpa lisää miksi aaltosulkeita kannattaa käyttää. Allaoleva koodinpätkä on sallittua C:tä, mutta ei kovin lukukelpoista. Esimerkiksi, nyt jos ohjelmoija sortuu python-tyyppiseen sisentelyyn, kummalle if-lausekkeelle else-rakenne kuuluu??
if (n > 0) 
   m=n+10;
   if (n > 10)
      m=n;
else 
   n+=10;
Esimerkistä huomaamme myös, kuinka vaikeaselkoiseksi sisäkkäiset if-else-rakenteet voivat mennä. Joskus aloitteleva ohjelmoija laatii liian pitkiä if-else-rakenteita (jotka paperillakin vievät tulostuskiintiön tappiin). Myöhemmin sitten bugin löytäminen tälläisestä ohjelmasta on todella epäkiitollista hommaa ja siihen voi mennä oikeasti tuntikausia aikaa.
Kurssilla emme tee tällaista koodia, vaan osaamme jakaa ohjelmamme selkeisiin ja maksimissaan ruudun mittaisiin lohkoihin ja funktioihin.

Lopuksi

Pythonista opituilla silmukkataidoilla selviää kaikesta tällä kurssilla, kunhan opettelee syntaksin ja erikoistapaukset. Uudet jutut, kuten do-while-silmukat ja switch-rakenteet, ovat hyödyllisiä toisinaan.
Eri C-kielen standardit tukevat koodilohkoihin ja ohjausrakenteisiin liittyen hieman erilaista C-koodia. Esimerkiksi vanhassa C89-standardissa muuttujia ei voi esitellä for-loopin alustusrakenteessa vaan aiempana koodissa, mutta nykyisissä standardeissa se on mahdollista.
for (int a=0; a < 10; a++) {
}
Koska C-kielessä koodin ulkoasulla on vähäinen merkitys, voimme kirjoittaa for-lauseita esimerkiksi tähän tapaan. Ohjelman toimintaa ei todellakaan voisi koodista helposti nähdä..
Loppuun terveisiä assistenteilta: Kurssilla säästämme kaikkien aikaa ja vaivaa, ja kirjoitamme omasta koodista modulaarista käyttäen funktioita ja koodilohkoja sekä ulkoasultaan selvästi luettavaa sisennyksineen, sulkeineen ja aaltosulkeineen.
?
Abstraktiolla tarkoitetaan sitä kun raa'an konekielen käskyt "piilotetaan" korkeamman tason ohjelmointikielen käskyjen alle. Abstraktiotasosta riippuu miten laajaa tämä piilotus on - mitä korkeampi taso, sitä vaikeampi on suoraan sanoa miten monimutkaiseksi koodirakennelma muuttuu kun se kääntyy konekielelle. Esim. Pythonin abstraktiotaso on huomattavasti korkeampi kuin C:n (itse asiassa Python on tehty C:llä...).
Alias on esikääntäjävaiheessa käsiteltävä korvaus, jolla tietty merkkijono koodissa korvataan toisella. Toiminta vastaa siis tekstieditorin replace-toimintoa. Aliaksia määritellään #define-direktiivillä. Esim #define PI 3.1416
Muuttujan alustamisella tarkoitetaan sitä, kun sille asetetaan koodissa jokin alkuarvo. Hyvin yleinen esimerkki tästä on lukumuuttujien alustaminen nollaan. Alustus voidaan tehdä muuttujan esittelyn yhteydessä: int laskuri = 0; tai erikseen. Jos muuttujia ei alusteta, niiden sisältönä on mitä ikinä muistipaikkaan on aiemmin jäänyt.
Pythonin käyttämää tapaa käsitellä arvojen tyyppiä kutsutaan dynaamiseksi tyypitykseksi eli ankkatyypitykseksi. Nimitys perehtyy lauselmaan "Jos se ui kuin ankka, kävelee kuin ankka ja ääntelee kuin ankka, se on ankka." Toisin sanoen arvon kelvollisuus määritellään sen ominaisuuksien perusteella. Tämä eroaa staattisesta tyypityksestä, jossa arvon kelvollisuus määritellään sen tyypin perusteella.
Argumentti on funktiokutsussa käytettävä arvo, joka välitetään kutsuttavalle funktiolle. Funktion sisällä argumentit sijoitetaan parametreiksi kutsuttuihin muuttujiin. Esimerkiksi printf("%c", merkki); -lauseessa argumentteja ovat "%c"-tulostusmäärittely sekä merkki-muuttujan sisältö.
Alkeiskurssilla arvo-termiä käytettiin kaikista ohjelman käsittelemistä arvoista, oli kyse sitten muuttujista, lauseiden tuloksista tai mistä tahansa. Arvo on siis käytännössä tietokoneen muistissa olevaa dataa, johon muuttujat voivat viitata. C:ssä muuttujan ja sen arvon suhde on Pythonia tiiviimpi, koska muuttuja vastaa suoraan sitä muistialuetta johon arvo on talletettu.
Asetuslippuja käytetään kun suoritetaan ohjelmia komentoriviltä. Ne ohjaavat ohjelman toimintaa. Asetuslippu kirjoitetaan yleensä joko yhdellä viivalla ja sitä seuraavalla kirjaimella (esim. -o) tai kahdella viivalla ja kokonaisella sanalla (tai sanoilla, sanojen välissä viiva) (esim. --system. Jotkut liput ovat ns. boolean lippuja eli ne ovat vain päällä tai pois, toisille annetaan lisäksi parametri. Parametri on tyypillisesti lipun perässä joko välilyönnillä tai =-merkillä erotettuna (esim. -o hemuli.exe).
Avainsanat ovat ohjelmointikielessä kielen käyttöön valittuja sanoja, joilla on erityinen merkitys. Hyvät tekstieditorit tyypillisesti merkitsevät avainsanat muista nimistä eroavalla tavalla (esim. lihavointi). Avainsanat ovat yleensä suojattuja, eli samannimistä muuttujaa ei voi luoda. Yleisiä avainsanoja ovat esim ohjausrakenteisiin kuuluvat if ja else. Avainsanat ovat siis osa ohjelmointikielen kielioppia.
Binääriluku on luku, joka muodostuu biteistä, eli arvoista 0 ja 1. Tämä tekee siitä 2-kantaisen lukujärjestelmän. Binäärilukujen tulkintaa voit tutkailla lukujärjestelmiä käsittelevässä lisämateriaalissa.
Binääritiedosto on tiedosto, joka sisältää konekielisiä käskyjä binäärinä. Ne on tarkoitettu ainoastaan tietokoneen luettavaksi, ja tyypillisesti jos niitä avaa vahingossa esim. tekstieditorilla tuloksena on merkkisotkua editorin yrittäessä tulkita tiedoston sisältämiä bittejä merkeiksi. Useimmat tekstieditorit myös varoittavat asiasta erikseen.
Bitti on pienin informaation yksikkö, joka voi saada arvot 0 ja 1. Tietokoneen sisällä kaikki tapahtuu bitteinä. Tyypillisesti muistissa on bittijonoja, jotka muodostuvat useista biteistä.
Bittinegaatio on operaatio jossa bittijonon bitit käännetään siten, että nollat muutetaan ykkösiksi ja ykköset nolliksi. Operaattori on ~
Bittioperaatiot ovat oma operaatioluokkansa joiden yhteispiirre on se, että niissä käsitellään bittijonojen yksittäisiä bittejä. Kääntöoperaatiossa yhden jonon bitit käännetään nollista ykkösiksi ja toisin päin. Osa operaatioista suoritetaan kahden bittijonon välillä siten, että jonoissa samassa kohdassa olevat bitit vaikuttavat toisiinsa. Näitä ovat and (&), or (|) sekä xor (^). Lopuksi on vielä siirto-operaatiot (<< ja >>), joissa yhden bittijonon bittejä siirretään oikealle tai vasemmalle N askelta.
C:n funktiot ovat Pythonin funktioita staattisempia. Funktiolla voi olla vain yksi paluuarvo, jonka tyyppi määritellään funktion määrittelyssä. Samoin määritellään kaikkien parametrien tyypit. Funktiota kutsuttaessa argumenttien arvot sijoitetaan parametreille varattuihin muistipaikkoihin, joten funktio käsittelee eri arvoja kuin sitä kutsuva koodi.
Ulkopuolinen koodi sijaitsee C:ssä kirjastoissa (library), josta niitä voidaan ottaa käyttöön #include-direktiivillä. C:ssä on mukana sisäiset kirjastot sekä lisäksi voidaan käyttää ulkoisia kirjastoja - ne täytyy kuitenkin koodissa käyttöönoton lisäksi kertoa kääntäjälle käännösvaiheessa. Tyypillisesti kirjasto koostuu c-kooditiedostosta sekä otsikkotiedostosta (.h), joka kertoo mitä funktioita kirjastossa on.
C:n muuttujat ovat staattisesti tyypitettyjä, eli niiden tyyppi kiinnitetään esittelyn yhteydessä. Lisäksi C:ssä muuttuja on sidottu sille varattuun muistialueeseeen. Muuttuja ei voi myöskään muuttaa tyyppiään jälkikäteen.
Ehtolause on yksittäisen ehdon määrittelevä rivi koodissa, jota seuraa aaltosulkeilla merkitty koodilohko, joka määrittää miten ehdon toteutuessa tulee toimia. Varsinaisia ehtolauseita ovat if-lauseet, joka voi esiintyä myös else-avainsanan kanssa else if. Toisiinsa liitetyt ehtolauseet muodostavat ehtorakenteita.
Ehtorakenne on yhdestä tai useammasta toisiinsa liitetystä ehtolauseesta muodostuva rakenne, joka haarauttaa ohjelman suoritusta. Useimmissa ehtorakenteissa on vähintään kaksi haaraa: if ja else. Näiden välissä voi olla myös N kpl else if-lauseilla aloitettuja haaroja. On myös mahdollista, että ehtorakenteessa on pelkkä if-lause. Ehtorakenteessa kussakin haarassa on suoritettavaa koodia, joka kuvaa miten ohjelman tulee ehdon määrittelemässä tilanteessa toimia. Jokainen haara on oma koodilohkonsa, joka merkitään siis aaltosulkeilla.
Esikääntäjä on värkki joka käy koodin läpi suorittaen kaikki esikääntäjädirektiivit ennen varsinaista kääntämistä. Näihin kuuluvat mm. include-lauseet joilla koodiin lisätään siihen liitetyt kirjastot sekä define-lauseet joilla voidaan määritellä vakioita ja makroja.
Esikääntäjädirektiivit ovat ohjeita, jotka on tarkoitettu esikääntäjälle. Ne puretaan koodista pois ennen varsinaista kääntämistä. Esikääntäjädirektiivit alkavat #-merkillä. Yleisin näistä on include, joka vastaa Pythonin importia. Toinen yleinen on define, jolla tällä kurssilla määritetään vakioita.
Muuttujan esittely tarkoittaa sitä kun muuttujan olemassaolosta kerrotaan ensimmäistä kertaa. Tällöin määritetään muuttujan tyyppi ja nimi, esim. int luku;. Kun muuttuja esitellään, sille varataan paikka muistista, mutta muistiin ei vielä kirjoiteta mitään - muuttujassa on siis muistiin jäänyt arvo. Tästä syystä muuttujat on usein myös hyvä alustaa esittelyn yhteydessä.
Etumerkitön kokonaislukumuuttuja on kokonaisluku jonka kaikki arvot ovat positiivisia. Koska etumerkille ei tarvitse varata bittiä, etumerkittömällä kokonaisluvulla voidaan esittää itseisarvoltaan 2x suurempi luku kuin etumerkillisellä. Etumerkitön kokonaisluku määritetään lisäämällä kokonaislukumuuttujan esittelyyn unsigned-avainsana: unsigned int laskuri;
Heksadesimaaliluvut ovat 16-kantaisia lukuja, joita käytetään erityisesti muistiosoitteiden sekä muistin bittisisällön esittämiseen. Heksadesimaaliluvun edessä on tyypillisesti 0x, ja numeroiden lisäksi käytössä ovat kirjaimet A-F jotka vastaavat numeroja 10-15. Heksadesimaalilukuja käytetään koska yksi numero vastaa aina tasan neljää bittiä, joten muunnokset binääriin ja takaisin ovat helppoja.
Iteroitava objekti on sellainen, jonka voi antaa silmukalle läpikäytäväksi (Pythonissa for-silmukalle). Tähän joukkoon kuuluvat yleisimpinä listat, merkkijonot ja generaattorit. C:ssä ei ole silmukkaa, joka vastaisi Pythonin for-silmukan toimintaa, joten taulukoiden yms. läpikäynti tehdään indeksiä kasvattavilla silmukoilla.
Kirjasto on tyypillisesti yhteen rajattuun tarkoitukseen tehty työkalupakki, joka yleensä sisältää nipun funktioita. Kirjastot otetaan käyttöön include-esikääntäjädirektiivillä. Jos kirjasto ei kuulu C:n sisäänrakennettuihin, sen käyttöönotto täytyy myös kertoa kääntäjälle.
Kokonaisluvut itsessään ovat tuttuja varmaan tässä vaiheessa, mutta C:ssä niitä on monenlaisia. Kokonaisluvuille nimittäin määritellään kuinka monella bitillä ne esitetään sekä se, onko luvussa etumerkkiä. Koska tietyllä bittimäärällä voidaan esittää vain rajallinen määrä eri lukuja (2 ^ n), etumerkillisissä luvuissa maksimiarvo on yhden bitin verran pienempi (2 ^ (n - 1)). Pienin kokonaisluku on 8-bittinen.
Kommentti on kooditiedostossa olevaa tekstiä, joka ohitetaan kun koodia suoritetaan. Kussakin kielessä on oma tapansa sille miten rivi merkitään kommentiksi. Pythonissa se on #-merkki, C:ssä //. Lisäksi C:ssä voi merkitä useita rivejä kommenteiksi kerralla - kommentti aloitetaan tällöin /*-merkkiparilla ja päätetään */-merkkiparilla. Kaikki näiden välissä tulkitaan kommentiksi.
Komplementti on negatiivisten lukujen esitystapa, jossa luvun etumerkki muutetaan kääntämällä sen kaikki bitit. Kahden komplementissa, jota tällä kurssilla käytetään, käännön jälkeen lisätään tulokseen 1. Tarkempaa tietoa löydät lukujärjestelmiä käsittelevästä oheismateriaalista.
Konekieli muodostuu käskyistä jotka laitteen prosessori ymmärtää. Konekieltä kutsutaan yleensä Assemblyksi ja se on alin taso jolla ihmisen on mielekästä antaa ohjeita tietokoneelle. Konekieltä käytetään tällä kurssilla loppuossa, joten siihen ei johdatuskurssia suorittavien tarvitse perehtyä.
Koodilohko on joukko koodirivejä, jotka kuuluvat jollain tavalla yhteen eli ne ovat samassa kontekstissa. Esimerkiksi ehtorakenteessa kunkin ehdon alla on oma koodilohkonsa. Samoin funktion sisältö on oma koodilohkonsa. Koodilohkot voivat sisältää muita koodilohkoja. Pythonissa koodilohkot erotetaan toisistaan sisennyksellä; C:ssä koodilohkon alku ja loppu merkitään aaltosulkeilla {}
Käskykanta määrittää mitä käskyjä laitteen prosessori osaa. Nämä käskyt muodostavat prosessoriarkkitehtuurin konekielen.
Kääntäjä on ohjelma, joka kääntää C-kielisen koodin konekieliseksi binääritiedostoksi, jonka tietokoneen prosessori osaa suorittaa. Kääntäjä myös tutkii koodin ja ilmoittaa siinä olevista virheistä sekä antaa varoituksia potentiaalisista ongelmista koodissa. Kääntäjän toimintaa voi ohjata lukuisilla asetuslipuilla.
Lause on ohjelmointikielessä nimitys yksittäiselle suoritettavalle asialle, joka on yleensä yksi koodirivi.
Liukuluku (engl. floating point number, lyh. float) on tietokoneiden käyttämä desimaaliluvun approksimaatio. Tietokoneet eivät arkkitehtuurinsa vuoksi pysty käsittelemään oikeita desimaalilukuja, joten niiden tilalla käytetään liukulukuja. Liukuluvut saattavat aiheuttaa pyöristysvirheitä - tämä on hyvä pitää mielessä niitä käyttäessä. C:ssä liukulukuja on yleensä kahta eri tarkkuutta: float ja double, joista jälkimmäisessä on nimensä mukaisesti 2 kertaa enemmän bittejä.
Looginen operaatio viittaa Boolen algebran operaatiohin, joissa käsitellään totuusarvoja. Tyypillisiä loogisia operaatioita ovat ehtolauseista tutut and, not ja or. C:ssä tunnetaan myös bittikohtaiset loogiset operaatiot jotka toimivat samalla logiikalla, mutta vaikuttavat jokaiseen bittiin erikseen.
Makro on alias, jolla määritetään tietty avainsana korvattavaksi koodinpätkällä. Hyvin käytettynä tällä voidaan joissain tilanteissa saada aikaan parempaa luettavuutta, mutta helposti käy toisin. Makroilla ei kannata tämän kurssin puitteissa leikkiä, kunhan tietää mistä on kyse jos niihin joskus törmää.
Merkki on nimensä mukaisesti yksi merkki. Merkki voidaan tulkita ASCII-merkkinä mutta sitä voidaan käyttää koodissa myös kokonaislukuna, koska se on pienin esitettävissä oleva kokonaisluku. Merkin koko on 1 tavu. Merkki merkitään yksinkertaisilla lainausmerkeillä, esim. 'c'.
Pythonissa kaikki teksti käsiteltiin merkkijonoissa, eikä siinä esim. ollut erillistä muuttujatyyppiä yksittäiselle merkille. C:ssä puolestaan ei ole varsinaista merkkijonomuuttujatyyppiä lainkaan - on ainoastaan merkeistä koostuvia taulukoita, joille on oma määrittelytapansa. Näillä taulukoilla on ennaltamäärätty pituus. "Merkkijonon" voi määritellä C:ssä char elain[5] = "aasi"; jossa numero kertoo merkkitaulukon koon ja on merkkien määrä + 1, koska lopetusmerkki '\0' lisätään tässä alustustavassa automaattisesti loppuun.
Metodi on funktio, joka on osa objektia eli objektin ominaisuus, jolla objekti usein muuttaa omaa tilaansa. Metodia kutsuttaessa käsiteltävä objekti tulee kutsun eteen: arvosanat.sort().
Kaikki suoritettavien ohjelmien käsittelemä data on tietokoneen muistissa ajon aikana. Tietokoneen muisti muodostuu muistipaikoista, joilla on muistiosoite sekä sisältö. Kaikki muistipaikat ovat saman kokoisia - jos talletettava tietomäärä on tätä suurempi, varataan useampi (peräkkäinen) muistipaikka.
Pythonissa objektit eroteltiin muuntuviin ja muuntumattomiin. Muuntumaton arvo oli sellainen, jonka sisältö ei voi muuttua - kaikki operaatiot jotka näennäisesti muuttavat arvoa tosiasiassa luovat siitä uuden kopion, joka yleensä sijaitsee uudessa muistipaikassa. Esimerkiksi merkkijonot olivat tyypillinen muuntumaton tyyppi Pythonissa. C:ssä tätä erottelua ei tarvita, koska muuttujien ja muistipaikkojen suhde on tiiviimpi - sama muuttuja osoittaa koko ohjelman suorituksen ajan tiettyyn muistipaikkaan.
Objekti, joskus myös olio, on Pythonissa yleistä terminologiaa. Kutsuimme objekteja pääasiassa arvoiksi alkeiskurssilla, mutta Pythonissa kaikkea voi käsitellä objekteina - tämä tarkoittaa, että mihin tahansa voidaan viitata muuttujilla (esim. funktion voi sijoittaa muuttujaan). Objekti-termiä käytetään tyypillisesti oliopohjaisissa kielissä (kuten Python). C ei kuulu tähän joukkoon.
Ohjausrakenne on yleisnimitys koodirakenteille, jotka hallitsevat jollain tavalla ohjelman suorituksen kulkua. Näihin rakenteisiin lukeutuvat ehtorakenteet sekä toistorakenteet. Myös poikkeusten käsittely voidaan lukea tähän joukkoon.
Koodin optimointi tarkoittaa sitä, että sen suorituskykyä parannetaan tyypillisesti joko vähentämällä aikaa, joka sen suoritukseen kuluu tai vähentämällä muistin käyttöä. Optimoinnista on hyvin tärkeää ymmärtää, että sitä ei koskaan kannata tehdä jos ei ole pakko - optimointia siis tehdään vasta kun koodi oikeasti toimii hitaasti tai kuluttaa liikaa muistia. Optimointia ei myöskään kannata tehdä sokkona - koodista tulee ensin tunnistaa mitkä ovat sen pullonkaulat eli ne osat jotka tuhlaavat eniten resursseja.
Osoitin (pointer) on C:ssä erityinen muuttujatyyppi. Osoitinmuuttuja sisältää muistiosoitteen, josta varsinainen arvo löytyy - ne toimivat siis tietyllä tapaa kuin Pythonin muuttujat. Muuttuja määritellään osoittimeksi lisäämällä tyypin perään * esittelyrivillä, esim. int* luku_os luo luku_os-muuttujan, joka on osoitin int-tyyppiseen arvoon. Osoittimen osoittaman muistialueen sisällön voi hakea käyttöön merkinnällä *luku_os ja vastaavasti jonkin muuttujan muistipaikan osoitteen saa merkinnällä &luku. Osoittimille on omistettu kokonainen materiaali (4).
Otsikkotiedosto on .h-päätteellä merkitty tiedosto, joka sisältää otsikkotiedot (funktioiden prototyypit, tietotyyppien määrittelyt yms) saman nimiselle .c-tiedostolle.
Otsikkotiedot ovat C-koodissa ja erityisesti kirjastojen yhteydessä eräänlainen muotti koodista. Tyypillisen otsikkotieto on funktion prototyyppi, jolla kerrotaan mitä funktio palauttaa ja mitä argumentteja sille annetaan. Rivi on sama kuin funktion varsinainen määrittely. Muita otsikkotietoja ovat mm. tietotyyppien ja vakioiden määrittelyt. Otsikkotiedot voivat sijaita kooditiedoston alussa, mutta erityisesti kirjastojen osalta ne ovat yleensä erillisessä .h-tiedostossa.
Paikanpidin on merkkijonojen muotoilussa käytetty termi, jolla esitetään kohta merkkijonossa, johon sijoitetaan esim. muuttujan arvo ohjelman suorituksen aikana. Pythonissa format-metodia käytettäessä paikanpitimiä merkittiin aaltosulkeilla (esim. {:.2f}). C:ssä käytetään %-merkkiä jota seuraa paikanpitimen määrittely, josta erityisen tärkeä osa on muuttujatyypin määrittely. Esimerkiksi "%c" ottaa vastaan char-tyyppisen muuttujan.
Paluuarvo on nimitys arvolle tai arvoille jotka funktio palauttaa kun sen suoritus päättyy. C:ssä funktioilla voi olla vain yksi paluuarvo, Pythonissa niitä voi olla useita. Koodia lukiessa paluuarvoa voi käsitellä päässään siten, että funktiokutsun paikalle sijoitetaan funktion paluuarvo sen jälkeen kun funktio on suoritettu.
Parametri on funktion määrittelyssä nimetty muuttuja. Parametreihin sijoitetaan funktion saamat argumentit. Parametri on siis nimitys jota käytetään kun puhutaan arvojen siirtymisestä funktion näkökulmasta. Tätä erottelua ei aina tehdä, vaan joskus puhutaan pelkästään argumenteista.
Poikkeus on ohjelmointikielessä määritelty virhetilanne. Poikkeuksella on tyyppi (esim. TypeError), jota voi käyttää poikkeuksen käsittelyssä ohjelman sisällä sekä myös apuna virhetilanteen ratkaisussa. Tyypillisesti poikkeukseen liitetään myös viesti, joka kertoo mistä ongelmassa on kyse.
Prototyyppi määrittelee funktion paluuarvon tyypin, nimen sekä kaikki argumentit ennen funktion varsinaista esittelyä. Kunkin funktion prototyypin tulisi löytyä joko kooditiedoston alusta tai erillisestä otsikkotiedostosta (.h). Prototyypin määrittely on kopio funktion varsinaisesti määrittelyrivistä.
Pythonin for-silmukka vastaa toiminnaltaan useimmissa kielissä olevaa foreach-silmukkaa. Se käy läpi sekvenssin -esim. listan - jäsen kerrallaan, ottaen kulloinkin käsittelyssä olevan jäsenen talteen silmukkamuuttujaan. Silmukka loppuu, kun iteroitava sekvenssi päättyy.
Merkkijonojen format-metodi on Pythonissa tehokas tapa sisällyttää muuttujien arvoja tulostettavaan tai tallennettavaan tekstiin. Merkkijonoon määritetään paikanpitimiä (esim: {:.2f}) joihin sijoitetaan format-metodin argumentit.
Python-funktiolla voi olla valinnaisia parametreja, joilla on asetettu oletusarvo. Argumenttien arvot siirtyvät parametreihin viittauksen kautta, joten funktion sisällä käsitellyt arvot ovat samoja kuin sen ulkopuolella käsitellyt - niillä on vain eri nimet. Python-funktiolla voi olla useita paluuarvoja.
Pythonin import-lauseella otettiin käyttöön moduuleja/kirjastoja - joko Pythonin mukana tulevia, muualta ladattuja tai itsekirjoitettuja. Pythonin import-lauseelle erityistä on, että oletuksena tuotuihin funktioihin ym. päästään käsiksi moduulin nimen kautta (esim. math.sin. C:ssä importia vastaa include, ja se tuo nimet suoraan ohjelman omaan nimiavaruuteen.
Interaktiivinen Python-tulkki tai Python-konsoli on ohjelma, johon voi kirjoittaa Python-koodirivejä. Nimitys "interaktiivinen" tulee siitä, että koodirivi suoritetaan välittömästi sen syöttämisen jälkeen, ja ohjelma näyttää käyttäjälle koodirivin tuottaman paluuarvon (esim. matemaattisen operaation tuloksen).
Pythonin lista osoittautui Ohjelmoinnin alkeissa hyvin tehokkaaksi työkaluksi. Se on järjestetty kokoelma arvoja. Listan monikäyttöisyys johtuu siitä, että sen koko on dynaaminen (eli suorituksen aikana muuttuva) minkä lisäksi se voi sisältää mitä tahansa arvoja - myös sekaisin. Samassa listassa voi siis olla useita erityyppisiä arvoja. Listat voivat tietenkin sisältää myös listoja tai muita tietorakenteita jne.
Kuten Ohjelmoinnin alkeissa opittiin, Python-muuttuja on viittaus arvoon, eli yhteys muuttujan nimen ja tietokoneen muistissa olevan arvon välillä. Python-muuttujilla ei ole tyyppiä, mutta arvoilla on. Arvon kelpaavuus kokeillaan koodia suorittaessa tilannekohtaisesti. Tässä suhteessa ne siis eroavat toiminnaltaan C:n muuttujista, ja niiden toiminta muistuttaa usein enemmän C:n osoittimia.
Pythonissa pääohjelma on se osa koodia, joka suoritetaan kun ohjelma käynnistetään. Pääohjelma sijaitsee tyypillisesti koodin lopussa, ja useimmiten if __name__ == "__main__":-lauseen alla. C:ssä ei ole varsinaista pääohjelmaa, siinä suoritus aloitetaan oletuksena main-nimisestä funktiosta.
Python-tulkki on ohjelma, joka muuttaa Python-koodin tietokoneelle annettaviksi ohjeiksi. Se vastaa niin kooditiedostojen kuin myös interaktiiviseen Python-tulkkiin kirjoitettujen komentojen suorittamisesta. Tällä kurssilla sanalla tulkki viitataan kuitenkin useimmiten nimenomaan interaktiiviseen Python-tulkkiin.
Pääfunktio on C:ssä ohjelman aloituspiste ja se korvaa Pythonista tutun pääohjelman. Oletuksena pääfunktion nimi on main ja se määritellään yksinkertaisimmillaan int main().
Resurssi viittaa laitteiston käytössä olevaan prosessoritehoon, muistiin, oheislaitteet jne. Se käsittää siis kaikki rajoitteet sille millaista ohjelmakoodia voidaan ajaa sekä sen, mitä ohjelmakoodilla voidaan tehdä. Tietokoneilla resurssit ovat ohjelmointiopiskelijan näkökulmasta aika rajattomat, mutta sulautetuilla järjestelmillä rajat voivat hyvinkin tulla vastaan.
C käyttää staattista tyypitystä. Se tarkoittaa sitä, että muuttujien tyypit määritellään kun ne luodaan ja muuttujaan ei voida sijoittaa erityyppistä arvoa. Lisäksi arvon kelvollisuus määritellään koodia suorittaessa sen tyypin perusteella (tai oikeastaan tämä tehdään jo käännösvaiheessa). Pythonissa taas käytetään dynaamista eli ankkatyypistystä.
Syntaksi (engl. syntax) on koodin kielioppi. Esimerkiksi Pythonin syntaksi määrittää, millainen teksti on tulkittavissa Python-koodiksi. Jos teksti ei noudata koodin syntaksia, sitä ei voida suorittaa tai C:n tapauksessa kääntää. Syntaksi antaa myös koodaajalle tietoa siitä, missä muodossa halutunlainen ohje tulee antaa.
Taulukko (array) on ohjelmointikielissä yleinen tietorakenne, joka sisältää useita (yleensä) samantyyppisiä arvoja. C:n taulukot ovat staattisia - niiden koko tulee määritellä taulukon esittelyn yhteydessä - ja taulukossa voi olla vain samantyyppisiä muuttujia (myös tyyppi määritellään esittelyssä).
Yhden muistipaikan koko on yksi tavu (byte) - tyypillisesti 8 bittiä. Tavu on siis pienin yksikkö joka voidaan osoittaa tietokoneen muistista. Muuttujien tyyppien varaamat muistialueet lasketaan tavuissa.
Terminaali, komentokehote ja komentorivi ovat eri nimiä käyttöjärjestelmän tekstipohjaiselle käyttöikkunalle. Windowsissa komentoriville pääsee kun kirjoittaa suorita...-ikkunaan cmd. Komentorivillä annetaan tekstikomentoja käyttöjärjestelmälle. Tällä kurssilla pääasiassa siirrytään cd-komennolla hakemistosta toiseen ja käytetään kääntäjää kooditiedostojen kääntämiseen sekä suoritetaan käännettyjä koodeja.
Tietorakenne on yleisnimitys kokoelmille jotka sisältävät useita arvoja. Pythonissa näitä olivat mm. lista, monikko ja sanakirja. C:ssä taas yleisimmät tietorakenteet ovat taulukot (array) ja tietueet (struct).
Tietokoneen muistissa oleva data on pelkästään bittejä, mutta muuttujilla on tyyppi. Tyyppi kertoo millä tavalla muistissa olevat bitit pitää tulkita. Se kertoo myös kuinka suuresta määrästä bittejä muuttujan arvo muodostuu. Tyyppejä ovat esim int, float ja char.
Tyyppimuunnos on operaatio jossa muuttuja muutetaan toisentyyppiseksi. Alkeiskurssilla tätä tehtiin pääasiassa int- ja float-funktioilla. C:ssä tyyppimuunnos merkitään hieman toisin: liukuluku = (float) kokonaisluku. Huomioitavaa on myös, että operaation tulos voidaan tallentaa ainoastaan muuttujaan jonka tyyppi on kohdetyyppiä (esimerkissä float). Pythonissa nähdyt luku = int(luku)-temput eivät siis onnistu.
Varoitusviesti on ilmoitus siitä, että ohjelman suorituksessa tai - erityisesti tällä kurssilla - sen kääntämisessä kohdattiin jotain epäilyttävää, joka saattaa johtaa virhetilanteisiin, mutta ei suoraan estä ohjelman käyttöä. Yleisesti ottaen kaikki varoitukset on syytä korjata ohjelman toiminnan vakauttamiseksi.
Virheviestiksi kutsutaan tietokoneen antamaa virheilmoitusta joko koodia kääntäessä tai ohjelmaa suorittaessa. Virheviesti tyypillisesti sisältää tietoa kohdatusta ongelmasta ja sen sijainnista.
C:ssä main-funktio on ohjelman suorituksen aloituspiste kun ohjelma käynnistetään. Ohjelman komentoriviargumentit tulevat main-funktiolle (mutta niitä ei ole pakko vastaanottaa), ja sen palautusarvon tyyppi on int. Lyhimmillään main-funktion voi siis määritellä: int main().
C:ssä yksi tulostustapa on printf-funktio, joka muistuttaa pääasiassa Pythonin print-funktiota. Sille annetaan tulostettava merkkijono, sekä lisäksi merkkijonoon sijoitettavat arvot mikäli on käytetty paikanpitimiä. Toisin kuin Pythonin print, printf ei automaattisesti lisää rivinvaihtoa, joten loppuun on yleensä syytä lisätä \n.
Silmukoista while pohjautuu toistoon ehdon tarkastelun kautta - silmukan sisällä olevaa koodilohkoa suoritetaan niin kauan kuin silmukalle annettu ehto on tosi. Ehto määritetään samalla tavalla kuin ehtolauseissa, esim: while (summa < 21).