Při programování se často stane, že nějaký kus kódu použijeme více než jednou. V principu jsou možné dvě varianty:

• Nějaký kus kódu potřebujeme na více různých místech programu. – Pak se vyplatí daný kus kódu „proměnit“ v nový příkaz pro Karla a na příslušných místech programu ho volat.
• Část kódu v jistém místě programu potřebujeme v tom samém místě vícekrát zopakovat. – Uvedený kód zabalíme do tzv. smyčky (též cyklu), která určuje, kolikrát se daná část kódu programu zopakuje.

V dalším se podíváme, jak se v Karlovi řeší právě cykly/smyčky.

ČELEM VZAD i první varianta VPRAVO VBOK z úvodní přednášky se vyznačují tím, že stejnou část kódu (v tomto případě tedy pouze jeden příkaz VLEVO VBOK) voláme v tom samém místě programu více než jednou:

Jelikož opisovat větší části kódu ručně je nejen otravné, ale i nebezpečné (snadno se tím do programu zanášení úplně zbytečné chyby), obsahuje většina programovacích jazyků pro opakované volání části kódu speciální konstrukce. A Karel v tomto není výjimkou.

Vícenásobné opakování části kódu v Karlovi zajišťuje příkaz OPAKUJ:

..kde místo x dosadíme číslo vyjadřující požadovaný počet opakování. Například VPRAVO VBOK bychom tak mohli zapsat následujícím způsobem:

Pravda, na počtu řádek kódu jsme vůbec neušetřili (a řešit takto ČELEM VZAD by bylo ještě podivnější – zkuste si to) a smyčkou jsme navíc zatáhli do programu novou konstrukci, se kterou si musí Karel poradit. Ale zato jsme explicitně uvedli, že jeden konrétní příkaz VLEVO VBOK voláme třikrát za sebou, což není k zahození.

PS: Pokud by se měla opakovat větší část kódu, budeme za smyčky nakonec moc rádi.

Poznamenejme ještě, že u OPAKUJ je možno úplně vynechat počet opakování, čímž vyrobíme nekonečnou smyčku:

Takovouto smyčku buď musíme ukončit ručně z GUI nebo v sobě musí nějakým způsobem obsahovat ukončení (ať už přímo vyvoláním příkazu STOP při splnění nějaké ukončovací podmínky nebo nepřímo zavoláním dalšího příkazu, který zařídí totéž).

Kromě počtu opakování je možno cyklus řídit též podmínkou. To zařídí příkaz DOKUD:

Karel bude opakovat známé příkazy tak dlouho, dokud bude podmínka platit. Jakmile platit přestane, bude Karel pokračovat ve zpracovávání programu za klíčovým slovem KONEC.

Zatímco v cyklu OPAKUJ je počet opakování programátorovi dopředu přesně znám, u cyklu DOKUD řídí počet opakování některá z osmi podmínek. V limitním případě dokonce nemusí být podmínka splněna hned na začátku a tělo příkazu DOKUD se pak neprovede ani jednou.

Následující příkaz KE ZDI dovede Karla bezpečně k nejbližší zdi – Karel prostě bude dělat KROK tak dlouho, dokud se nedostane na pole před zdí:

Všimněte si, že Karel na konci cesty nenabourá, ale spořádaně ukončí program – právě díky podmínce v cyklu. A pokud by na začátku vykonávání programu už stál před zdí, ani by se žádný krok udělat nepokoušel – tělo cyklu by se vůbec nevyvolalo, protože podmínka by byla neplatná.

Podstatné je, že chůzi Karla nyní řídí podmínka – nemusíme vědět, jak daleko od zdi Karel stojí, stejně vždy dojde až k ní.

Za pomoci podmínky také pole velmi snadno zbavíme všech značek, aniž bychom potřebovali vědět, kolik jich na políčku leží (v kterémžto případě bychom si vystačili s příkazem OPAKUJ):

Velmi podobně také pole zaplníme značkami až po okraj, aniž by nás trápilo počítání, kolik značek můžeme přidat:

I v případě, že by políčko již bylo zcela zaplněné, příkaz se provede správně – podmínka JE MÍSTO by totiž v takovém případě byla nepravdivá hned na začátku, takže příkaz POLOŽ by se vůbec nezavolal.

Jak jsem o pár stran zpátky brojil proti komplikování příkazů zbytečným kódem, tak nyní Vám jeden takový ukážu:

Jelikož víme, že zaplnění prázdného políčka zabere právě osm značek, můžeme při znalosti příkazu VYBER nadefinovat příkaz VYPLŇ také takto – prostě nejdřív políčko zbavíme všech značek, abychom na něj požadovaných osm značek mohli bezpečně položit.

Ve většině případů se takovémuto kódu budete chtít vyhnout. Ale možná se Vám někdy tenhle trošku „pokřivený“ způsob uvažování bude hodit.

Jako poslední si ukažme příkaz, který natočí Karla na sever:

Princip je opět jednoduchý – jelikož máme k dispozici podmínku, která nám ohlásí, zda je Karel otočený na sever nebo není, budeme se Karlem jednoduše otáčet VLEVO VBOK tak dlouho, dokud se na ten sever nedotočíme. Pokud už Karel na sever byl otočený na začátku příkazu, nestane se nic – nesplněná podmínka předá řízení rovnou za příslušný KONEC.

PS: Natočení Karla na zbývající tři světové strany si už dopište sami – je to úplně stejné, jen podmínky se budou lišit. Nezapomeňte si příkazy uložit pro pozdější použití, budou se nám hodit.

Kromě podmínky na začátku cyklu z předchozích slajdů (příkaz DOKUD) rozumí Karel i podmínce na konci cyklu. Vše zastane již známý příkaz OPAKUJ, pouze místo slova KONEC je na jeho konci podmínka:

Všimněte si jednoho veledůležitého rozdílu proti předchozímu případu – v tomto případě se příkazy v těle cyklu provedou přinejmenším jednou! Stojí-li tudíž Karel před vykonáním programu již před zdí, chtě nechtě do ní nabourá.

Ukažme si příklad vyplnění políčka značkami za použití podmínky AŽ:

Zde si můžeme dovolit natvrdo napsat osminásobné opakování příkazu POLOŽ, protože podmínka AŽ NENÍ MÍSTO zajistí případné předčasné ukončení cyklu dříve, než by program zhavaroval na pokusu položení značky do zcela zaplněného pole. (Přítomnost osmi značek na poli totiž splní podmínku NENÍ MÍSTO, díky čemuž AŽ ukončí cyklus.)

Tento ukázkový program však obsahuje chybu, která přímo souvisí s tím, že podmínka se vyhodnocuje až na konci – selže totiž, pokud ho zavoláte na místě, které už je plně obsazené značkami!

Podmínka NEŽ se totiž poprvé vyhodnocuje až po prvním provedení těla příkazu, takže Karel se pokusí jednou položit značku a selže při tom. Správněji (a méně přehledně) by tedy program měl být napsán takto:

Nejlepší je samozřejmě použít rovnou DOKUD JE MÍSTO nebo rekurzi.

S úplně stejným problémem se potkáte, pokud se tímto způsobem pokusíte nalézt zeď:

Pokud by Karel na začátku stál před zdí, ihned by do ní naboural, proto tento případ musíte opět pohlídat dodatečným příkazem KDYŽ. Anebo to samozřejmě rovnou napsat pomocí DOKUD NENÍ ZEĎ nebo rekurzí.

Dilema předchozích příkladů – problém dodatečné podmínky na začátku – můžete ale vyřešit také díky tomu, že náš Karel (v zájmu menšího zmatení nepřítele :-) rozumí i variantám cyklů s podmínkami na obou koncích:

Můžete tedy hlídat zároveň jak vstup do cyklu, tak jeho opuštění na konci:

Rozumí se samo sebou, že obě podmínky mohou být i stejné, ať už to dává smysl nebo ne. A je otázka, zda (nejen) v tomto případě nám stojí obsluha vlastně stejné podmínky na začátku i na konci za značné znepřehlednění vyrobené procedury.

Ještě existuje varianta podmínky na konci v kombinaci s určeným počtem opakování cyklu, tedy příkazem OPAKUJ:

Použití této konstrukce je stejně jako u předchozí DOKUD podmínka 1 – NEŽ podmínka 2 poměrně specifické, ale někdy se hodit může.

Příkaz OPAKUJ v kobinaci s testem NEŽ (resp. AŽ) můžete využít pro výrobu nekonečného cyklu – stačí navolit podmínku tak, aby při opakovaných příkazech těla cyklu nebyla nikdy splněna. Například následující program..

..způsobí, že se Karel bude točit stále kolem dokola na jednom místě (samozřejmě pokud už nestál zrovna doma, v kterémžto případě by se otočil vlevo pouze jednou).

Zopakovat část programu na základě nějaké podmínky zní velmi podobně rekurzi ukončené nějakou podmínkou. A skutečně je tomu tak, jak je vidět na příkladu přenesení značek z pole aktuálního na pole následující:

Nerekurzivní řešení se prostě ve smyčce ptá, zda na aktuální pozici je značka a pokud ano, tak ji Karel zvedne, udělá krok dopředu, položí značku a ukročí zpátky na původní pole, kde se pokusí vykonat totéž s případnou další značkou. Až tam žádná značka nebude, je cyklus opuštěn a program končí.

Mějme za úkol vybrat z pole, na kterém Karel stojí, všechny značky. Pro srovnání dřívější řešení rekurzí a řešení pomocí cyklu s podmínkou:

PS: Nejen tento příklad je pěknou ilustrací principu, že každá rekurze se dá nahradit smyčkou. (Většinou jsou ale rekurzivní algoritmy přepsané pomocí smyček výrazně nepřehlednější a neprůhlednější. I když zrovna tady to není úplně pravda :-)

Nyní mějme za úkol opačný problém – zaplnit pole, na kterém Karel stojí, značkami. Pro srovnání opět dřívější řešení rekurzí a řešení pomocí cyklu s podmínkou:

Dříve jsme již došli s Karlem rekurzivně ke zdi (dokonce několika způsoby). Nyní pro srovnání totéž ještě pomocí cyklu s podmínkou:

Jelikož v Karlovi se mnoho problémů řeší elegantně rekurzí, nejsou cykly zase tak moc potřeba. Ale třebas pro zaplnění pole určeným počtem značek jsou nezastupitelné.

Jiná je situace v běžných programovacích jazycích, tam cykly patří k základní „nástrojové“ výbavě. Ne že by prakticky každý problém se smyčkou nešel řešit rekurzí, ale mnoho jazyků není na rekurzi optimalizováno a kód se smyčkami je zkrátka méně náročný na hardwarové zdroje. Bohužel, často je ruku v ruce s tím také podstatně neprůhlednější.

Většinu těchto úloh už jste řešili v první hodině Karla. Nicméně spousta z nich se snadněji zapíše pomocí smyček, tak si to zkuste znovu s nimi.

1. Naučte Karla příkaz na zaplnění prázdného pole, tj. položte na něj právě osm značek. Až ho bude umět, zkuste ho zavolat na poli, kde už nějaké značky jsou.
2. Naučte Karla opačnou úlohu – vyberte z plně zaplněného pole všechny značky. A opět – až to bude umět, zkuste příkaz zavolat na poli, kde je značek méně než osm.
3. Naučte Karla otočit se jednou kolem dokola.
4. Za předpokladu, že Karel je před vykonáváním příkazu DOMA, dojděte s ním k protější zdi. Až to bude umět, zkuste dojít k protější zdi z jiného místa (tedy na začátku stůjte blíže ke zdi nebo naopak dále od ní).
5. Za předpokladu, že Karel je před vykonáváním příkazu DOMA, obejděte s ním právě jednou kolem dokola celé město. (Zajistěte, aby Karlovi u zdi nepřekážely žádné překážky.)
6. Za předpokladu, že Karel je před vykonáváním příkazu DOMA, vyplňte celou spodní řadu značkami. Přitom:
   • Položte na každé místo právě jednu značku.
   • Položte na každé místo právě osm značek.