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Nachdem wir letztes mal Visual Studio eingerichtet haben soll es heute um das Programmieren allgemein gehen.

Warum gibt es so viele Sprachen und welche soll ich lernen?

Computer sprechen eigentlich nur eine Sprache: die Maschinensprache. Die ist allerdings für Menschen fast nicht lesbar und wird deshalb auch nie von Hand geschrieben. Die könnte Beispielhaft so aussehen:

8B 45 F8
8B 55 FC
01 D0
89 45 F4

(von Wikipedia)

Damit man trotzdem programmieren kann, gibt es sogenannte Assemblersprachen (Low-Level) und höhere Programmiersprachen (High-Level)

Assemblersprachen sind noch sehr nah an der Hardware, d.h. man gibt direkt an, von welcher Speicherstelle was geladen werden soll und wie es verwaltet wird. Für das Beispiel von oben sieht das so aus:

mov eax, DWORD PTR [rbp-8]
mov edx, DWORD PTR [rbp-4]
add eax, edx
mov DWORD PTR [rbp-12], eax

(von Wikipedia)

Die ersten beiden Zahlen laden die Werte aus den Speicherzellen PTR [rbp-8] und PTR [rbp-4] und speichern diese in die Register eax und adx. Anschließend addiere den Inhalt des Registers edx auf den Inhalt des Registers eax. Abschließend schreibe den Wert aus dem Register eax in den Speicher an Stelle PTR [rbp-12].

Damit der Computer das versteht muss es noch in Maschinensprache übersetzt werden. Das macht ein Assembler.

Das ist doch schon mal deutlich lesbarer aber noch reichlich kompliziert oder? Um das weniger kompliziert zu schreiben gibt es noch die höheren Programmiersprachen:

Da sieht der Code nun nur noch so aus:

int c = a + b;

(von Wikipedia)

Das sagt einfach nur: speichere in die Variable c die Summe von a und b.

Damit der Computer das versteht gibt es Compiler und Interpreter, die das in Maschinensprache übersetzten. Compiler übersetzten das Programm einmal in Maschinensprache und dann kann es beliebig ausgeführt werden, Interpreter übersetzen es jedesmal bei Ausführung neu. Es gibt auch noch Varianten, die eine Mischung aus beidem sind (z.B. Just-in-time-Kompilier). Um die soll es hier aber nicht weiter gehen.

Warum gibt es noch die Assemblersprachen wenn höhere Sprachen doch so viel besser zu lesen und schreiben sind? Ich hatte ja schon geschrieben das Assemblersprachen und höhere Sprachen in Maschinensprache übersetzt werden. Da Assembler sehr viel "näher" an der Hardware sind (man gibt da ja z.B. direkt an an welche Stelle geschrieben werden soll) lasen die sich auch sehr viel besser in Maschinensprache übersetzen als Hochsprachen, was dazu führt, dass Programme die direkt in Assembler geschrieben werden weniger Ressourcen (Arbeitsspeicher, Prozessorleistung, .. ) benötigen als Programme, die in einer Hochsprache geschrieben wurden. Aber selbst bei denen gibt es noch eine Unterscheidung in Managed (die Speicherverwaltung wird komplett vom Compiler übernommen wie z.B. bei C#) und Unmanaged (man kann auf die Speicherverwaltung selbst Einfluss nehmen z.B. bei C++). Letztere können effizienter seind und damit auch der Grund, warum z.B. Spiele immer noch vorrangig in C++ geschrieben werden.

Welche Sprache soll ich nun lernen?

Für den Einstieg bietet sich eine Hochsprache wie C#, Python oder Java an. Für die Tutorials hier werde ich C# verwenden - das würde ich euch empfehlen. Ihr könnt aber auch, wenn ihr wollt, Java oder Python benutzen. Allerdings müsst ihr dann auch mal auf anderen Seiten nachschlagen, da es hier und da kleine Unterschiede gibt. Die Grundlagen sind aber die gleichen. Der Grund dafür ist:

Programmieren lernen ist nicht das Gleiche wie eine Programmiersprache lernen

Beides klingt erstmal nach dem gleichen, ist es aber nicht

Programmiersprachen ähneln sich meistens in den Grundlagen sehr, nur die Befehle sind manchmal ein klein wenig anders. So können alle Sprachen Entscheidungen treffen wie z.B. Wenn eine Bedingung wahr ist, dann mache das, ansonsten mache das. Oder: Wiederhole folgendes 10 mal. Oder: Wiederhole folgendes so lange die Bedingung erfüllt ist. Wenn man lernt zu Programmieren, dann lernt man wie man diese Grundelemente miteinander kombinieren kann damit das Programm das tut, was man möchte. Die Sprache (oder auch der Syntax) ist dabei eher zweitrangig.

Warum gibt es dann so viele Programmiersprachen? Grundsätzlich lässt sich fast alles mit jeder Sprache erreichen, nur manchmal ist es in einer anderen Sprache einfacher
Manche Sprachen besitzen Eigenheiten oder schon vorgefertigte Programmteile, die das Entwickeln mit dieser Sprache in diesem Anwendungsfall einfacher machen.

Da sich die Grundlagen so stark ähneln ist es später auch gar nicht schwer von einer Sprache auf eine andere umzusteigen. Meistens beschränkt sich das darauf nachzuschlagen wie ein Befehl in der neuen Sprache lautet - der Rest ist meistens gleich.

Vom Problem zum fertigen Programm

In den Kursen habe ich gemerkt, dass oft der Gedanke so ist, dass man eine Aufgabe oder ein Problem hat, das schnell runter programmiert und fertig ist das Programm. Leider ist es nicht ganz so einfach. Meistens bemerkt man dann, dass man irgendwas übersehen hat oder das etwas nicht so funktioniert wie man sich das gedacht hat. Man fängt also an über die Lösung nachzudenken: Wo sind die Fehler? Was habe ich falsch gemacht? Wieso funktioniert das nicht so wie gedacht? Man fängt also an die Lösung zu überarbeiten, manchmal muss man sogar nochmal über das Problem nachdenken.

Damit man nicht ganz so viel Aufwand hat, ist das Herangehen eigentlich so:

Was ist das Problem?
Wie kann ich es lösen?
Programmieren
Macht das Programm das was es soll? Ansonsten zurück zu 1., 2. oder 3.

Das Programmieren an sich macht dabei erfahrungsgemäß den kleinsten Teil aus, der Großteil der Arbeit steckt in 2. und 4.

Am Beispiel

Nehmen wir an, wir können folgende Operationen:

Wiederhole x mal
Merke einen Wert
Addiere

Wie können wir mit nur diesen 3 Operationen eine Multiplikation bauen?

Dazu brauchen wir erstmal den Multiplikator und den Multiplikant, beide Werte Merken wir uns. Dann müssen wir uns noch das Zwischenergebnis merken, das mit dem Wert 0 startet.
Jetzt müssen wir folgendes Multiplikator-mal folgendes wiederholen: Addiere den Multiplikant auf das Zwischenergebnis und merke den Wert als neues Zwischenergebnis.
Danach enthält das Zwischenergebnis das Endergebnis.

Am Beispiel sieht das so aus: Wir wollen 6 * 3 rechnen:
Also rechnen wir 3 mal 6 auf das Zwischenergebnis: (((0+6) + 6 ) + 6 ) = 18.
18 ist also unser Endergebnis.

Übungsaufgabe

Nachdem wir das jetzt mit der Multiplikation gemacht haben, versucht es mal mit der Division. Als Ergebnis brauchen wir hier das ganzzahlige Ergebnis und den Rest. Z.B. 9 / 4 = 2 mit Rest 1.
Als Operationen stehen euch dafür folgende zur Verfügung:

Wiederhole x mal
Wiederhole so lange bis
Merke einen Wert
Addiere
Subtrahiere

Wenn ihr eine Lösung gefunden habt, dann versucht sie ruhig mal wie ein Computer abzuarbeiten: Schritt für Schritt: schreibt euch auf was ihr euch gemerkt habt und wendet die Operationen an die ihr aufgeschrieben habt.

Knobelaufgabe

Die hier ist recht schwer und deshalb eher zum Knobeln gedacht: Wie kann ein Computer ein Sudoku lösen? Dafür habt ihr alle vorherigen Operationen und noch ein paar mehr:

Wiederhole x mal
Wiederhole so lange bis
Für jedes Feld in der Reihe / Spalte / Quadrat
Wenn / Dann / Ansonsten
Merke einen Wert
Addiere
Subtrahiere

Es kann hilfreich sein, den Ablauf in mehrere Teile zu teilen, also z.B. zu definieren wie man überprüft ob das Sudoku gelöst ist.

Wenn ihr eine Lösung gefunden habt, dann nehmt euch ruhig mal ein echtes Sudoku und versucht es nach eurer Schrittfolge zu lösen.