JSKarel教学编程机器人使用介绍

JSKarel教学编程机器人使用介绍

为了避免被编程语言固有的复杂性所困扰，有一个被称为卡雷尔（Karel）机器人的微型世界（microworld）的简化环境，可以让编程初学者从中学习理解编程的基本概念，而不必掌握大量无关的细节，让编程初学者更容易理解编程的要点和思维方式。

先看一个效果

一、Karel简介

Karel 是一个非常简单的教学编程机器人，是斯坦福大学的研究生理查德·帕蒂（Richard Pattis）研制的编程语言教学机器人，可以通过一组指令指挥 Karel 在它的世界里执行某些任务。Karel 的编程语言的规则与其他更复杂的语言类似。不同之处在于 Karel 的编程语言非常小，复杂度较低，你可以通过学习编程解决问题的本质。

本文介绍在Windows PC上如何下载和运行JavaScript版本的卡雷尔（JSKarel）。

JSKarel的安装要点

JSKarel依赖Java，因此需要在计算机上安装JDK。

进入cs106j网站http://cs106j.stanford.edu 点击Software（软件）链接。

您将看到JDK的两个链接(针对32位版本或64位版本)。您应该单击适合您的Windows版本的版本。

因为我的PC安装的是64位的Windows10操作系统，因此选用64-bit版本JDK，执行典型安装，并按照给出的其余说明完成安装。

再下载JSKarel for Windows。这个不需要安装双击打开。

JSKarel解释器窗口

双击JSKarel（JSKarel.jar）就启动了JSKarel解释器（interpreter）窗口分为四个部分，参见下图：

标题栏下，是菜单栏。

左上角，你可以看到卡雷尔的世界查看器，它可以让你看到Karel（卡雷尔）的进度。

左下侧Karel Console（Karel控制台）窗口，允许您输入函数调用并观察它们如何影响Karel（卡雷尔）的世界。

右侧是编辑器窗口，在这里您可以输入新程序并编辑现有程序。

底部包含控制条，其中包含一组图标——可称为控制按钮，允许您控制解释器的操作。

菜单栏中的一些命令项和控制条上的一些控制按钮，功能重复。

二、JSKarel解释器的使用

Karel 的世界

Karel  的世界由从西向东的大街（street）和从南向北的大道（avenue ）所定义。大街和大道的交叉点叫作街角（corner ）。Karel 只能被放置在一个街角，必须面对四个标准的罗盘方向之一（北、东、南、西）。在下面的示例世界中，Karel 在第1 大街和第1 大道的街角处，并且面向东方。

例子中可以看到Karel  的世界的其他几个组成部分。Karel 前面那个灰色的 菱形物体是一个蜂鸣器（beeper ）。当Karel 和蜂鸣器在同一个街角时，才能听到这些声音。例如，图中此时，Karel 并未意识到蜂鸣器的存在，只有当Karel 移动到下一个街角时才会发现它。图中的实线是墙壁（wall ）。Karel  的世界总是由边缘的墙壁包裹着，并且也可能包含内墙。

创建和编辑世界

创建和编辑世界

你需要知道的另一件事——特别是如果你计划参加卡雷尔竞赛的话——是如何创建新的世界和编辑现有的世界。

使用“编辑世界”按钮会弹出编辑调色板（palette），其中包含一堆图标，允许您编辑当前世界。

•调色板右侧的大方块包含一对数字，允许您指定世界的大小。如果你点击这个图标，你可以输入一个新的尺寸，它由两个用x隔开的整数组成。第一个整数是道（列数）的数量;第二个整数是街（行数）的数目。改变世界的大小会删除所有方块和内墙，所以你需要在编辑之前设置世界的大小。最大的世界大小为50x50。

•按钮允许您创建和删除墙壁。要创建墙壁，请选择绘制墙壁工具。如果你去地图上，点击街角之间的空间，墙壁将在这些空间创建。如果你以后需要拆除这些墙，你可以点击擦除墙工具，然后回到地图，以消除不需要的墙。

•五个蜂鸣器形状的工具允许您更改正方形上的蜂鸣器数量。空的蜂鸣器工具会在您选择的任何街角放置一个蜂鸣器。标有+和–符号的工具会添加一个蜂鸣器或从街角中删除一个。标有0和∞的工具将拐角处的蜂鸣器计数分别设置为0或无穷大。如果您选择其中一个工具，然后单击工具区域中的蜂鸣器袋图标，您可以调整Karel袋子中的蜂鸣器数量。

•四个卡Karel（卡雷尔）形状的工具允许您改变卡雷尔面对的方向。如果您需要将Karel移动到新的起始位置，请单击世界视图中的Karel并将其拖动到某个新位置。如果你需要把蜂鸣器放在Karel所在的街角，你必须先把Karel移到另一个街角，调整蜂鸣器的数量，然后把Karel移回来。

•各种颜色的方块可以让你画出卡雷尔世界的各个街角。

•当你完成后，你可以选择Save World工具将新世界保存到文件中。用 “不要保存世界”工具将更新后的世界返回给卡雷尔解释器，但不会将其保存在文件中。

Karel 的内置函数

Karel 运行程序时执行的操作称为函数（function）。Karel 的内置函数有4个：

Karel 的活动有特定的限制。如果 Karel 试图做一些非法的事情，如穿过墙壁或拾起一个不存在的蜂鸣器，则会出现错误状态（error condition）。每当出现错误时，Karel 都会显示一条消息，说明哪里出错了，并停止执行程序。

使用库函数

对于最常见的操作，以一种方便其他程序重用的方式存储它们是有意义的。在计算机科学中，有用的函数和其他程序组件的集合称为程序库或库（library）。例如，turnRight函数——向右转和同样有用的 turnAround函数——旋转 180 度，都包含在一个名为 turns 的特殊 Karel 程序库，你可以在程序开始处简单地引入一行代码：

"use turns";

学习 Karel 编程就是要弄清楚如何使用 Karel 有限的操作集来解决特定问题。

Karel 编程语言具有定义新函数的能力——用户自定义函数。当你有一个用于执行某些有用的任务（比如向右转）的操作序列时，可以给这个序列起个名称。用一个新名称封装指令序列的操作称为定义函数（defining a function）。定义函数的格式如下：

function name() {

   构成函数体的一些语句

}

Karel 编程语言的控制语句（control statement）

有以下两类：

1. 条件语句（conditional statement）。条件语句指定程序中的某些语句仅在特定条件成立时才执行。在 Karel 中，使用 if 语句指定条件执行。

if (条件测试) {

  当条件为真时执行的一些一句

}

或者

if (条件测试) {

  当条件为真时执行的一些一句

} else {

  当条件为假时执行的一些一句

}

可以被 Karel 测试的条件如下：

2. 循环语句或迭代语句（iterative statement）。循环语句指定程序中的某些语句应该重复执行，形成程序员所谓的循环（loop）。Karel 支持两种循环语句，一种是 repeat语句，它允许你按固定次数重复执行一组指令；另一种是 while 语句，它允许你只要某些条件保持不变，可以重复执行一组指令。

repeat 语句如下所示：

repeat ( 重复的次数 ) {

　　需要重复执行的语句

}

while 语句的通用形式如下所示：

while ( 条件测试 ) {

　　需要重复执行的语句

}

待续