Kontrollstrukturen

Das erste Programm im Abschnitt Erste Schritte bestand aus aufeinanderfolgenden Anweisungen, die einfach nur nacheinander ausgeführt wurden. In den meisten Fällen wirst du jedoch eine komplexere Struktur für deinen Code benötigen. Du wirst dabei kontrollieren wollen, welche Anweisungen ausgeführt werden oder wie oft sie ausgeführt werden. Dies ist der Zeitpunkt, an dem die in diesem Abschnitt vorgestellten Kontrollstrukturen - wie z.B. Schleifen oder bedingte Anweisungen - nützlich sind.

Bedingte Anweisungen mit if

Das erste Beispiel für einen Anwendungsfall von Kontrollstrukturen liegt dann vor, wenn du einen Teil deines Codes nur dann ausführen willst, wenn (if) eine bestimmte Bedingung erfüllt ist. Zum Beispiel, wenn du ein Ereignis nur auslösen willst, wenn eine Taste gedrückt wird (if button_a.is_pressed()):

from microbit import *
import love

while True:
    if button_a.is_pressed():
        love.badaboom()
    elif button_b.is_pressed():
        display.show(Image.HAPPY)
    else:
        display.show(Image.GHOST)
    sleep(100)

Falls du eine andere Aufgabe unter verschiedenen Bedingungen ausführen willst, verwende die Anweisung elif (kurz für else if).

Die else-Anweisung ist nützlich, wenn du etwas dann tun willst, wenn keine Bedingung zutrifft. Die beiden letztgenannten Anweisungen sind nur verwendbar, wenn du zuvor eine if-Anweisung verwendet hast, aber keine davon ist zwingend notwendig.

Ein einfaches Beispiel dazu findest du im Kapitel Tasten bei der Programmierung eines Tamagotchi.

Schleifen (Loops)

Schleifen sind eine sehr nützliche Struktur, wenn du einen bestimmten Codeblock mehrmals wiederholen willst. Es gibt zwei Arten von Schleifen: for-Schleifen, die mitzählen, wie oft ein Codeblock ausgeführt wird, und while-Schleifen, die eine Aktion ausführen, bis eine Bedingung, die du angegeben hast, nicht mehr wahr ist.

While Schleife

Ereignisschleifen

Oft muss dein Programm einfach nur drauf warten, dass etwas passiert. Um dies zu erreichen, lässt du es einen Code, der definiert, wie es auf bestimmte erwartete Ereignisse, wie zum Beispiel das Drücken einer Taste, reagieren soll, andauernd wiederholen. Der Code durchläuft also eine Schleife und bricht erst ab, wenn das erwartete Ereignis eingetreten ist.

Um Schleifen in Python zu programmieren, benutzt du das while Schlüsselwort. Der Code prüft, ob eine Bedingung True ist. Wenn ja, wird ein Codeblock ausgeführt, der Body der Schleife genannt wird. Wenn nicht, bricht das Programm aus der Schleife aus (ignoriert den Body) und macht direkt nach dem Block weiter.

Python macht es einfach, Codeblöcke zu definieren. Sagen wir, ich habe eine To-Do-Liste auf einen Zettel geschrieben. Sie könnte etwa so aussehen:

Einkaufen
Kaputte Dachrinne reparieren
Den Rasen mähen

Wenn ich meine To-Do-Liste noch weiter unterteilen möchte, würde ich vielleicht etwas schreiben wie das hier:

Einkaufen:
    Eier
    Speck
    Tomaten
Kaputte Dachrinne reparieren:
    Leiter von nebenan leihen
    Hammer und Nägel finden
    Leiter zurückbringen
Den Rasen mähen:
    Rasen um Teich auf Frösche kontrollieren
    Kraftstoffstand des Rasenmähers prüfen

Es ist offensichtlich, dass die Hauptaufgaben in Unteraufgaben aufgeteilt sind, die Einrückung unterhalb der Hauptaufgabe, zu der sie gehören. Also Eier, Speck und Tomaten offensichtlich mit Einkaufen verwandt sind. Durch das Einrücken von Dingen können wir auf einen Blick erkennen, wie die Aufgaben miteinander zusammenhängen.

Dies wird Verschachtelung genannt. Wir benutzen die Verschachtelung, um Codeblöcke wie diesen zu erstellen:

from microbit import *

while running_time() < 10000:
    display.show(Image.ASLEEP)

display.show(Image.SURPRISED)

Die Funktion running_time() gibt die Anzahl der Millisekunden zurück, seit das Gerät gestartet wurde.

Die Zeile while running_time() < 10000: prüft, ob die laufende Zeit weniger als als 10000 Millisekunden (d.h. 10 Sekunden) ist. Wenn ja wird das Display Image.ASLEEP anzeigen. Beachte wie diese Zeile unter der While-Anweisung eingerückt ist, genau wie in unserer To-Do-Liste.

Offensichtlich, wenn die Laufzeit gleich oder größer als 10000 Millisekunden ist dann wird auf dem Display Image.SURPRISED angezeigt. Warum? Weil die while Bedingung falsch sein wird (Die Laufzeit running_time() ist nicht mehr < 10000). In diesem Fall ist die Schleife beendet und das Programm fährt nach der while Schleife mit dem Code-Block fort. Es wird dann so aussehen, als würde dein Gerät für 10 Sekunden schlafen, bevor es mit einem überraschten Blick im Gesicht wieder aufwacht.

Probiere es aus!

Aber was ist, wenn du eine Aktion nur ausführen willst, während etwas passiert? Vielleicht möchtest du ein Bild anzeigen wenn die Temperatur auf dem micro:bit unter einen bestimmten Wert fällt, also musst du die Temperatur prüfen:

from microbit import *

while (temperature() < 18):
    display.scroll(Image.SAD)
    sleep(1000)

display.show(Image.HAPPY)

Endlosschleife

Eines der häufigsten Dinge, die du mit einer while Schleife machen kannst, ist, etwas für immer ablaufen zu lassen, d.h. bis der micro:bit ausgeschaltet oder zurückgesetzt wird. Das benötigst du, damit der micro:bit zB in einem Spiel auf deine Eingaben wartet und darauf reagieren kann. Oder du lässt ihn andauernd die Temperatur überwachen und mitschreiben.

Hier ist ein Beispiel für einen Code, der sich ewig wiederholt:

from microbit import *

while True:
    display.scroll("Hallo Welt")

Dieser Code wird wiederholt die Meldung Hallo Welt anzeigen. Du wirst wahrscheinlich immer mindestens eine while True: Schleife in deinem Programm einsetzen, um den micro:bit am Laufen zu halten.

For Schleife

Es kommt vor, dass du eine Aktion eine bestimmte Anzahl von Malen ausführen willst, oder du musst nachverfolgen, wie oft sie ausgeführt wurde. Zum Beispiel möchtest du die LEDs auf der obersten horizontalen und der rechten vertikalen Seite anschalten. Du kannst eine for Schleife verwenden, um zu ändern, welche LED leuchtet.:

from microbit import *

for i in range(5):  # range(5) entspricht der Liste [0,1,2,3,4], hat also 5 Werte
   # Setze das Pixel in der Spalte 0, Zeile i auf 9
   display.set_pixel(0, i, 9)

   # Setze das Pixel in der Spalte 4, Zeile i auf 9
   display.set_pixel(4, i, 9)

Hier ist ein weiteres Beispiel. Du könntest eine for Schleife verwenden, um alle LEDs nacheinander einzuschalten, eine nach der anderen:

from microbit import *

display.clear()
for x in range(0, 5):
    for y in range(0, 5):
        display.set_pixel(x, y, 9)
        sleep(100)

Die for Schleife lässt dich eine Schleife mit Hilfe eines Zählers eine bestimmte Anzahl von Malen ausführen. Die äußere Schleife:

for x in range(0,5):

führt die Schleife fünfmal aus und ersetzt jedes Mal x durch aufeinanderfolgende Werte im Bereich 0 bis 4 (in Python und den meisten Programmiersprachen, beginnen wir immer von 0 zu zählen). Die Schleife hört auf, bevor sie 5, den letzten Wert im Bereich, erreicht.

Die innere Schleife:

for y in range(0,5):

führt die Schleife fünfmal aus und ersetzt y jedes Mal durch aufeinanderfolgende Werte im Bereich 0 bis 4. Auch hier stoppt die Schleife, bevor sie den letzten Wert im Bereich erreicht.

Was glaubst du, macht das folgende Programm?

from microbit import *
import random

display.clear()

while True:
    for x in range(5):
        for y in range(5):
            display.set_pixel(x, y, random.randrange(10))
            sleep(100)

Übungsaufgaben

1. Zeige ein anderes Bild an, je nachdem in welche Seite der microbit gekippt ist.

2. Programmiere ein LED ‚Symbol‘, das sich in die Richtung bewegt, in die der micro:bit gekippt ist.

3. Programmiere ein Programm, das bis 5 zählt und jede Zahl 500ms anzeigt.

4. Programmiere einen Countdown der von 3 herunterzählt und jede Zahl 1s anzeigt.

5. Die Funktion display.scroll() kann einen Text auch ohne while-Schleife als andauernde Laufschrift darstellen. Finde heraus wie!