Jak komunikuje się program komputerowy

Naszym zadaniem jest napisanie programu spełniającego funkcję kalkulatora. W jaki sposób będziemy wprowadzać do niego dane? Mamy dostęp do kodu źródłowego i to bezpośrednio w nim możemy edytować wartości zmiennych. Zauważmy, że program napisany w ten sposób, choć może być dobrym ćwiczeniem programistycznym, jest po prostu nieużyteczny. Każdorazowa zmiana danych, na których operujemy w programie, wymagałaby edycji kodu źródłowego, a poza tym nikt inny nie mógłby z niego korzystać.

Użytkownik może wprowadzać informacje do programu np. za pomocą klawiatury.

Nawet najprostszy program wyświetlający napis „Hello World” korzysta z operacji wyjściowej System.out.

Obie wymienione operacje: pobierania i wypisywania danych, są wykonywane z użyciem strumieni.

Strumienie wejścia/wyjścia, czyli I/O

Programy napisane w języku Java komunikują się z nami za pomocą strumieni I/O (Input/Output). Wyróżniamy następujące strumienie:

• System.in – wejścia,

• System.out – wyjścia,

• System.err – szczególny rodzaj strumienia wyjścia służący do obsługi wszelkiego rodzaju wyjątków – błędów w programie.

Strumienie są najczęściej podłączone do źródła, takiego jak np. baza danych, plik itp. My posłużymy się danymi wprowadzanymi przez użytkownika z klawiatury.

Obiekt Scanner

Stwórzmy zatem najprostszy strumień wejścia za pomocą obiektu klasy Scanner, czyli klasy potrzebnej do odczytania danych wprowadzanych przez użytkownika.

W tym celu stworzymy klasę UserInput z metodą główną main().

Aby utworzyć obiekt typu Scanner, musimy stworzyć instancję, czyli egzemplarz klasy Scanner wewnątrz naszej metody main(). W konstruktorzekonstruktorkonstruktorze klasy Scanner znajduje się System.in. Jest to strumień wejścia, na którym będziemy operować.

Robimy to w następujący sposób:

Scanner sc = new Scanner(System.in);

Jest to ogólny schemat tworzenia obiektów w języku Java.

NazwaKlasy nazwaObiektu = new NazwaKlasy();

Wpisujemy najpierw nazwę klasy, której instancję (obiekt) chcemy utworzyć, potem nazwę obiektu (nadaną przez nas), następnie operator przypisania =, słowo kluczowesłowo kluczowesłowo kluczowe new (służące do tworzenia obiektów) i ponownie nazwę klasy.

Jeśli obiektowi nadamy np. nazwę scanner, całe wywołanie będzie wyglądać następująco:

public static void main(String[] args) {
	Scanner scanner = new Scanner(System.in);
}

Należy jednak pamiętać, że aby korzystać z klasy Scanner, musimy zaimportować odpowiedni pakiet języka Java, który zawiera klasę Scanner:

import java.util.Scanner;

public static void main(String[] args) {
	Scanner scanner = new Scanner(System.in);
}

import java.util.Scanner;

import java.util.*;

Stworzyliśmy obiekt klasy Scanner, na którym będzie teraz można wywoływać metody pozwalające na odczyt różnych typów danych.

Użyjmy utworzonego wcześniej obiektu klasy Scanner. Spróbujmy zapisać do łańcucha znaków String imie tekst pobrany od użytkownika. Zrobimy to w następujący sposób:

import java.util.Scanner;

public class UserInput {

     public static void main(String []args){
        Scanner scanner = new Scanner(System.in); 
        String imie = scanner.next();
        
        System.out.println(imie);
     }
}

Powyższy program pobierze ciąg znaków wprowadzony przez użytkownika, następnie zapisze go w zmiennej imie, a za pomocą strumienia wyjściowego System.out wypisze na ekran konsoli.

Metoda next() odczytuje dane do napotkania pierwszego białego znaku (spacji), a zatem może odczytać jedno słowo.

Do powyższego programu można dopisać linię odpowiedzialną za interakcję z użytkownikiem – za pomocą metody println() wypiszemy na standardowym wyjściu informację, co ma zrobić, jakie dane ma wprowadzić itp.:

import java.util.Scanner;

public class UserInput {

     public static void main(String []args){
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        System.out.println("Jak się nazywasz?");
        String imie = scanner.next();
        
        System.out.println(imie);
     }
}

Po uruchomieniu programu na standardowym wyjściu pojawi się:

Jak się nazywasz?

Następnie program oczekuje na wprowadzanie danych. Po wprowadzeniu:

Jak się nazywasz?
Jan Kowalski

zostanie wypisane:

Jak się nazywasz?
Jan Kowalski
Jan

System wydrukował na ekran konsoli jedynie słowo „Jan”, ponieważ użyliśmy metody next(), która odczytuje ciąg znaków do momentu pojawienia się spacji. Gdybyśmy chcieli odczytać całą linijkę, musielibyśmy użyć metody nextLine().

Metody obiektu Scanner

Klasa Scanner oferuje nam szereg metod odczytu danych od użytkownika. W języku Java nie jest to jednak taki łatwy mechanizm. Pamiętaj, że Java jest językiem o silnym typowaniu. W związku z tym odczytuje dane jako jakiś konkretny typ.

Chcąc pobrać od użytkownika np. dane dotyczące jego wieku, można to zrobić w sposób identyczny jak zaprezentowany wcześniej i zapisać w zmiennej String. Jednak wtedy wprowadzona wartość będzie ciągiem znaków, a więc nie będzie można na niej wykonywać żadnych działań matematycznych. W takim przypadku wiek podany przez użytkownika należy zapisać do zmiennej typu int. Robimy to w następujący sposób:

int imie = scanner.nextInt();

Scanner scan = new Scanner(System.in);

Scanner.close();

Metoda useLocale

Może się zdarzyć, że przy wprowadzaniu danych typu double (545.43243d) czy float (6.75f) pojawi się błąd, który będzie trudny do zinterpretowania:

R1FUkj2mowqFT

Zrzut ekranu przedstawia błąd w konsoli o treści:
Exception in thread "main" java.util.InputMismatchException.
at java.base/java.util.Scanner.throwFor(Scanner.java:939).
at java.base/java.util.Scanner.next(Scanner.java:1594).
at java.base/java.util.Scanner.nextDouble(Scanner.java:2564).
at Trasa.main(Trasa.java:10).

Metody takie jak nextInt() czy nextFloat() wymagają wprowadzenia liczb w odpowiednim formacie. W przypadku nextInt() klasa Scanner oczekuje ciągu cyfr, który zamieniony na liczbę znajdzie się w zakresie danych, które może przechowywać typ int. Sytuacja komplikuje się dla metod nextFloat() czy nextDouble() – w zależności od ustawień regionalnych systemu operacyjnego użytkownika separatorem rozdzielającym część całkowitą liczby od części ułamkowej może być kropka lub przecinek.

Jeśli wpisaliśmy liczbę typu double czy float, używając kropki, a otrzymaliśmy powyższy błąd, to znaczy, że Scanner nie umiał poprawnie zinterpretować liczby, co najprawdopodobniej ma związek z ustawieniami regionalnymi (locale). Rozwiązaniem problemu jest wprowadzenie liczby z użyciem przecinka.

Jeżeli jednak chcesz wczytywać liczby w formacie anglojęzycznym, możesz użyć metody useLocale() na obiekcie typu Scanner, gdzie argumentem w nawiasach będzie obiekt Locale oraz nazwa danego języka lub kraju bądź też inna metoda, np.:

scanner.useLocale(Locale.ENGLISH);

Teraz Scanner będzie wczytywał i interpretował dane zgodnie ze standardami języka angielskiego.

Klasę Locale, podobnie jak Scanner, będziemy musieli zaimportować z pakietu java.util;

import java.util.Locale;

Implementację zacznijmy od stworzenia klasy CalcBMR z metodą main().

Zaczynamy od utworzenia obiektu typu Scanner. Za pomocą metody getDefault() w parametrze metody useLocale() wymuszamy domyślne ustawienia regionalne (dla Polski) – aby polski użytkownik, wpisując liczby, mógł intuicyjnie używać przecinka. Nasz kalkulator może wyglądać np. tak:

import java.util.Scanner;
import java.util.Locale;

public class CalcBMR {

     public static void main(String []args){
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        scanner.useLocale(Locale.getDefault());

        System.out.println("Jak masz na imie?");
        String imie = scanner.next();

		System.out.println("Witaj " + imie + ", podaj swoja wage.");
		float waga = scanner.nextFloat();

		System.out.println("Podaj swój wzrost w centymetrach.");
		float wzrost = scanner.nextFloat();

		System.out.println("Podaj swój wiek.");
		int wiek = scanner.nextInt();

		double bmr = 655 + (9.6 * waga) + (1.7 * wzrost) - (4.7 * wiek);

		System.out.println("Twoje podstawowe zapotrzebowanie kaloryczne wynosi: " + bmr + " kcal.");

		scanner.close();
     }
}

Przykładowa, interaktywna sesja z użytkowniczką może wyglądać następująco:

Jak masz na imie?
Milena
Witaj Milena, podaj swoja wage.
65
Podaj swój wzrost w centymetrach.
174
Podaj swój wiek.
27
Twoje podstawowe zapotrzebowanie kaloryczne wynosi: 1447.8999999999999 kcal.

Wartość BMR nie jest jednak zbyt czytelna. Zastosujmy więc metodę z biblioteki dostępnej dla języka Java z klasy java.lang.Math w celu zaokrąglenia wyniku do pełnej liczby. Będzie to metoda:

round();

Wystarczy więc dopisać kilka znaków w ostatniej linijce kodu.

System.out.println("Twoje podstawowe zapotrzebowanie kaloryczne wynosi: " + Math.round(bmr) + " kcal.");

Po zmianach przykładowa, interaktywna sesja może wyglądać następująco:

Jak masz na imie?
Milena
Witaj Milena, podaj swoja wage.
65
Podaj swój wzrost w centymetrach.
174
Podaj swój wiek.
27
Twoje podstawowe zapotrzebowanie kaloryczne wynosi: 1448 kcal.

Słownik