Referenz:

Verzweigungen

Fallunterscheidungen

Computerprogramme bestehen aus einer Folge von Anweisungen, die nacheinander ausgeführt werden. Das Programm aus Folge 3 "Sie werden gewogen" läuft - wenn Sie Übung 3.2 gelöst haben - zum Beispiel so ab:

1.) Gewicht ermitteln
2.) Körpergröße feststellen
3.) Idealgewicht berechnen
4.) Differenz Gewicht - Idealgewicht berechnen und ausgeben

Häufig müssen Computerprogramme aber auch Entscheidungen treffen. Dazu testen sie bestimmte Bedingungen und führen - abhängig vom Ergebnis des Tests - bestimmte Aktionen durch.

In der Übung 3.3 sollen Sie das Programm so verfeinern, dass in dem Ausgabefenster angezeigt wird, ob die Person Übergewicht, Untergewicht oder Idealgewicht hat. Dazu ist eine dreiseitige Fallunterscheidung oder eine so genannte Dreifachauswahl notwendig. Ein Mensch hat keine Probleme, eine solche Auswahl zu treffen, ein Computer schon. Die gängigen Programmiersprachen kennen nämlich nur die einseitige Auswahl sowie die zweiseitige Auswahl, mit denen wir uns im Folgenden näher beschäftigen wollen. Anschließend kommen wir auf die Frage zurück, wie man mit diesen einfachen Mitteln eine dreiseitige Auswahl realisieren kann.

Das Arbeitsblatt 3.01 zum Thema "Verzweigungen" können Sie sich hier als PDF-Dokument he

Die einseitige Auswahl oder
Die if-Anweisung

Eine if-Anweisung besteht aus dem Schlüsselwort "if" - klein geschrieben - einer logischen Bedingung, die in runden Klammern stehen muss, und einer Anweisungsliste:

1 Syntaxdiagramm der if-Anweisung

Die logische Bedingung

Eine logische Bedingung ist immer entweder wahr (true) oder falsch (false). Im Gegensatz zur Sprache C++ akzeptiert Java hier keine numerischen Ausdrücke; in den Klammern muss also wirklich ein boolean-Ausdruck stehen. Es folgen nun einige Beispiele für korrekte boolean-Ausdrücke:

x == 3
y < z + 3
radius + 2 <= aussenradius - 2

Einfache boolean-Ausdrücke bestehen also aus einer rechten Seite, einem logischen Operator (siehe Randspalte) und einer linken Seite. Die rechte und die linke Seite werden miteinander verglichen. Jenachdem, wie dieser Vergleich ausfällt, nimmt dann der gesamte boolean-Ausdruck den Wert true oder false an.

Eine korrekte if-Anweisung könnte demnach so aussehen:

if (x == 3) System.out.println("x ist 3");

Vergessen Sie nie(!) dass die logische Bedingung in runden Klammern stehen muss.

Kompliziertere logische Bedingungen

Oft reichen einfache logische Bedingungen nicht für unsere Zwecke aus. Soll zum Beispiel überprüft werden, ob eine Zahl x im Intervall [10..20] liegt, so muss man schreiben:

if ((x >= 10) && (x <= 20)) Anweisungsliste;

Hier muss man auf die korrekte Klammerung achten, da der &&-Operator eine höhere Priorität hat als die Vergleichsoperatoren >= bzw. <=.

Die Anweisungsliste

Unter einer Anweisungsliste verstehen wir immer:

  1. entweder eine einzelne Anweisung
  2. oder eine in geschweiften Klammern stehende Liste von Anweisungen, die durch je ein Semikolon getrennt sind.

2 Syntaxdiagramm der Anweisungsliste

Korrekte Anweisungslisten wären also:

System.out.println("korrekt");

oder

{
   System.out.println("korrekt");
   y = 20;
}

Verwendung der einseitigen Auswahl

Die einseitige Auswahl wird verwendet, wenn man eine Aktion nur dann durchführen möchte, wenn eine bestimmte Bedingung erfüllt ist, und wenn man für den Fall, dass die Bedingung nicht erfüllt ist, keine alternative Aktion geplant hat.

Angenommen, Sie wollen bereits während des Wiegens eine Meldung ausgeben lassen, falls die Person eindeutig zu schwer ist, so könnten Sie schreiben:

public void wiegen(int messwert)
{
   gewicht = messwert;
   if (messwert > 120)
      System.out.println
         ("Bitte nur eine Person
         auf die Waage stellen!");
}

logische Vergleichs-Operatoren:

== gleich
!= ungleich
< kleiner
<= kleinergleich
> größer
>= größergleich

logische Verknüpfungs-Operatoren:

&& und
|| oder

Die zweiseitige Auswahl oder
Die if-else-Anweisung

Meistens hat man aber eine alternative Aktion geplant, wenn die Bedingung für die Hauptaktion nicht erfüllt ist. Für eine solche zweiseitige Auswahl verwendet man die if-else-Anweisung, die im Prinzip genauso aufgebaut ist wie die if-Anweisung.

3 Syntaxdiagramm der if-else-Anweisung

Das, was bereits über logische Bedingungen und Anweisungslisten gesagt wurde, bleibt weiterhin gültig. Für Pascal-Programmierer ungewohnt ist vielleicht, dass am Ende des then-Zweigs (in Java gibt es das Schlüsselwort "then" nicht!) ein Semikolon stehen muss. Schauen wir uns eine korrekte if-else-Anweisung an:

if (gewicht <= ideal+3)
   System.out.println("Super!);
else 
{
   System.out.println("Weniger essen!");
   diff = gewicht-ideal;
   System.out.println(diff + " kg zuviel!");
}

In der ersten Alternative (Pascal-Programmierer würden sagen: "im then-Zweig") haben wir eine einfache Anweisung verwendet, in der zweiten Alternative ("else-Zweig) eine aus drei Anweisungen bestehende Anweisungsliste.

Die dreiseitige Auswahl oder
Geschachtelte if-Anweisungen

Die meisten Programmiersprachen kennen nur ein- oder zweiseitige Auswahlen. Benötigt man eine dreiseitige Auswahl, so sollte man sich die Syntaxdiagramme der ein- und zweiseitigen Auswahl mal näher anschauen. Im else-Zweig finden wir eine Anweisungsliste. Diese Anweisungsliste kann aus einer einzelnen Anweisung oder eine geklammerten Liste von Anweisungen bestehen.

Welche Anweisungen sind hier eigentlich erlaubt? Neben Zuweisungen wie

y = 3 * x;

Funktionsaufrufen wie

ausgabe("Sie haben Untergewicht");

oder

System.out.printeln("Funktionsaufruf");

oder

y = mittelwert(x1,x2,x3);

sind auch Schleifen wie

for (i=1;i<=100;i++) s = s+i;

und if-else-Anweisungen wie

if (gewicht < ideal) unter = true;

erlaubt.

Die Tatsache, dass eine Anweisung auch eine if-else-Anweisung sein darf, eröffnet die Möglichkeit zur Konstruktion verschachtelter if-else-Anweisungen.

Stellen wir uns ein Ratespiel vor. Der Computer hat eine Zufallszahl z ermittelt, und der Benutzer hat eine Ratezahl r eingegeben. Das Programm soll nun eine differenzierte Ausgabe machen, wobei vier Fälle unterschieden werden sollen:

if (r < z/2)
   ausgabe("viel zu klein!");
else if  (r < z)
   ausgabe("zu klein!");
else if (r == z)
   ausgabe("geraten!");
else
   ausgabe("zu groß);

Hier ist unbedingt auf die korrekte Reihenfolge der einzelnen Abfragen zu achten. Hätte man zum Beispiel am Anfang geschrieben:

if (r < z)
   ausgabe("zu klein!");
else if  (r < z/2)
   ausgabe("viel zu klein!");
dann würde das Programm bei einer Ratezahl r < z/2 eine falsche Meldung ausgeben: Bereits die erste Bedingung r < z wäre erfüllt, und somit würde das Progamm melden "zu klein!" statt "viel zu klein!".

Nachdem Sie nun diesen langen Abschnitt über ein-, zwei- und dreiseitige Auswahlen gelesen haben, müssten Sie auf jeden Fall in der Lage sein, die Übung 3.4 zu lösen.

Vielleicht bekommen Sie ja sogar die fünfseitige Auswahl der Übung 3.5 hin!

Terminologie:

Neben dem Ausdruck "geschachtelte" oder "verschachtelte" if-Anweisung werden in der deutschsprachigen Fachliteratur auch noch oft folgende Begriffe verwendet:

angehäufte if-Anweisungen

if-Kaskaden

Das Dangling-Else-Problem

Dieser Abschnitt dürfte für alle Schüler(innen) interessant sein, die das Fach Informatik im Abitur belegen wollen. Betrachten Sie bitte folgenden Quelltext: 
if (x < 10)
   if (y < 10) 
      ausgabe("O.K."); 
else  
      ausgabe("Falsch!");

Was wird hier ausgegeben? Lassen Sie sich nicht von der Stellung des "else" verwirren! Es wird hier der Eindruck erweckt, dass das "else" zum ersten "if" gehört. Das ist aber nicht der Fall, ein "else" gehört immer zum innersten "if", in unserem Fall also zum zweiten "if". Die Meldung "falsch" wird also ausgegeben, wenn y nicht kleiner als 10 ist.

Dieses hier beschriebene Problem ist als "dangling-else-problem" in der Fachliteratur bekannt geworden. Es ist nicht nur von akademischem Interesse, sondern hat auch durchaus praktische Auswirkungen auf die tägliche Programmierarbeit.

Die switch-Anweisung

Unter bestimmten Umständen kann man geschachtelte if-Anweisungen durch eine switch-Anweisung ersetzen. Hier ein Beispiel: 
switch (note)
{
   case 1 : ausgabe("sehr gut"); break;
   case 2 : ausgabe("gut"); break;
   case 3 : ausgabe("befriedigend"); break;
   case 4 : ausgabe("ausreichend"); break;
   case 5 : ausgabe("mangelhaft"); break;
   case 6 : ausgabe("ungenügend"); break;
}

Das Wort "break" bewirkt einen sofortigen Abbruch des Vergleichs. Wenn also festgestellt wurde, dass der Wert der Variable "note" zum Beispiel 3 ist, so werden die Fälle 4, 5 und 6 nicht mehr überprüft.

Wichtig:
switch-Anweisungen funktionieren nur mit Ordinaltypen, also mit ganzen Zahlen oder Buchstaben, nicht aber mir reellen Zahlen oder Strings.

Auch komplexere Überprüfungen wie sie zum Beispiel in der Übung 3.5 vorgekommen sind, kann man nicht so einfach durch eine switch-Anweisung realisieren; hier müssen wir auf geschachtelte if-else-Anweisungen zurückgreifen.

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Diese HTML-Seite wurde erstellt von Ulrich Helmich am 20. Februar 2005 mit Golive 6.