Musterlösung 7.11.2019

20191107/hp-musterloesung-20191107.tex

+% hp-musterloesung-20191107.pdf - Solutions to the Exercises on Low-Level Programming
+% Copyright (C) 2013, 2015, 2016, 2017, 2018, 2019  Peter Gerwinski
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+
+% README: Arrays mit Zahlen, Datum-Bibliothek
+
+\documentclass[a4paper]{article}
+
+\usepackage{pgscript}
+
+\begin{document}
+
+  \section*{Hardwarenahe Programmierung\\
+            Musterlösung zu den Übungsaufgaben -- 7.\ November 2019}
+
+  \exercise{Arrays mit Zahlen}
+
+  \begin{minipage}[t]{0.4\textwidth}
+    Wir betrachten das folgende Programm\\
+    (Datei: \gitfile{hp}{20191107}{aufgabe-1.c}):
+    \begin{lstlisting}[gobble=6]
+      #include <stdio.h>
+
+      void f (int *s0, int *s1)
+      {
+        while (*s0 >= 0)
+        {
+          int *s = s1;
+          while (*s >= 0)
+            if (*s0 == *s++)
+              printf ("%d ", *s0);
+          s0++;
+        }
+        printf ("\n");
+      }
+
+      int main (void)
+      {
+        int a[] = { 10, 4, 3, 7, 12, 0, 1, -1 };
+        int b[] = { 7, 14, 0, 8, 9, 22, 10, -1 };
+        f (a, b);
+        return 0;
+      }
+    \end{lstlisting}
+  \end{minipage}\hfill
+  \begin{minipage}[t]{0.55\textwidth}
+    \vspace*{-\bigskipamount}
+    \begin{enumerate}[\quad(a)]
+      \item
+        Was bewirkt die Funktion \lstinline{f},\\
+        und wie funktioniert sie?
+        \points{4}
+%      \item
+%        Von welcher Ordnung (Landau-Symbol) ist die Funktion?
+%        Begründen Sie Ihre Antwort.
+%
+%        Wir beziehen uns hierbei auf die Anzahl der Vergleiche
+%        in Abhängigkeit von der Länge der Eingabedaten \lstinline{s0} und \lstinline{s1}.
+%        Für die Rechnung dürfen Sie beide Längen mit $n$ gleichsetzen,
+%        obwohl sie normalerweise nicht gleich sind.
+%        \points{2}
+      \item
+        Was passiert, wenn Sie beim Aufruf der Funktion für einen der
+        Parameter den Wert \lstinline{NULL} übergeben?
+        Begründen Sie Ihre Antwort.
+        \points{2}
+      \item
+        Was kann passieren, wenn Sie das Hauptprogramm wie folgt abändern
+        (\gitfile{hp}{20191107}{aufgabe-1c.c})?
+        Begründen Sie Ihre Antwort.
+        \begin{lstlisting}[gobble=8]
+          int main (void)
+          {
+            int a[] = { 10, 4, 3, 7, 12, 0, 1 };
+            int b[] = { 7, 14, 0, 8, 9, 22, 10 };
+            f (a, b);
+            return 0;
+          }
+        \end{lstlisting}
+        \points{2}
+%      \item
+%        Beschreiben Sie -- in Worten und/oder als C-Quelltext --, wie
+%        sich die Funktion \lstinline{f} effizienter gestalten läßt,
+%        wenn man die ihr übergebenen Arrays \lstinline{s0} und
+%        \lstinline{s1} als sortiert voraussetzt.
+%        \points{5}
+%
+%        Hinweis: Wie würden Sie als Mensch die Aufgabe erledigen?
+%      \item
+%        Von welcher
+%        Ordnung (Landau-Symbol) ist Ihre effizientere Version der Funktion und warum?
+%        \points{2}
+    \end{enumerate}
+  \end{minipage}
+
+  \solution
+
+  \begin{enumerate}[\quad(a)]
+    \item
+      \textbf{Was bewirkt die Funktion \lstinline{f}, und wie funktioniert sie?}
+
+      Die Funktion gibt alle Zahlen aus, die sowohl im Array \lstinline{s0}
+      als auch im Array \lstinline{s1} vorkommen (Schnittmenge).
+
+      Dies geschieht, indem der Zeiger \lstinline{s0} das gesamte Array durchläuft
+      (äußere Schleife).
+      Für jedes Element des ersten Arrays durchläuft der Zeiger \lstinline{s}
+      das gesamte zweite Array (innere Schleife).
+      Auf diese Weise wird jedes Element von \lstinline{s0}
+      mit jedem von \lstinline{s1} verglichen und bei Gleichheit ausgegeben.
+
+      Um die Schleifen abbrechen zu können, enthalten beide Arrays
+      als Ende-Markierung eine negative Zahl (\lstinline{-1}).
+
+    \item
+      \textbf{Was passiert, wenn Sie beim Aufruf der Funktion für einen der
+      Parameter den Wert \lstinline{NULL} übergeben?
+      Begründen Sie Ihre Antwort.}
+
+      In dem Moment, wo auf den jeweiligen Parameter-Zeiger zugegriffen wird
+      (\lstinline{while (*s0 >= 0)} für \lstinline{s0} bzw.\
+      \lstinline{int *s = s1; while (*s >= 0)} für \lstinline{s1}),
+      kommt es zu einem Absturz (Speicherzugriffsfehler).
+      Die Dereferenzierung eines Zeigers mit dem Wert \lstinline{NULL}
+      ist nicht zulässig.
+
+    \item
+      \textbf{Was kann passieren, wenn Sie das Hauptprogramm wie folgt abändern
+      (\gitfile{hp}{20191107}{aufgabe-1c.c})?
+      Begründen Sie Ihre Antwort.}
+
+      \begin{minipage}{0.35\textwidth}
+        \begin{lstlisting}[gobble=10]
+          int main (void)
+          {
+            int a[] = { 10, 4, 3, 7, 12, 0, 1 };
+            int b[] = { 7, 14, 0, 8, 9, 22, 10 };
+            f (a, b);
+            return 0;
+          }
+        \end{lstlisting}
+      \end{minipage}\hfill
+      \begin{minipage}{0.575\textwidth}
+        Durch die fehlenden Ende-Markierungen der Arrays
+        laufen die Schleifen immer weiter,
+        bis sie irgendwann zufällig auf Speicherzellen stoßen,
+        die sich als Ende-Markierungen interpretieren lassen (negative Zahlen).
+        Dadurch kann es zu einem Lesezugriff auf Speicher kommen,
+        für den das Programm kein Lesezugriffsrecht hat,
+        also zu einem Absturz (Speicherzugriffsfehler).
+      \end{minipage}
+  \end{enumerate}
+
+  \exercise{Datum-Bibliothek}
+
+  Schreiben Sie eine Bibliothek (= Sammlung von Deklarationen und Funktionen)
+  zur Behandlung von Datumsangaben.
+
+  Diese soll enthalten:
+  \begin{itemize}
+    \item
+      einen \lstinline{struct}-Datentyp \lstinline{date},
+      der eine Datumsangabe speichert,
+    \item
+      eine Funktion \lstinline{void date_print (date *d)}, die ein Datum ausgibt,
+    \item
+      eine Funktion \lstinline{int date_set (date *d, int day, int month, int year)},
+      die ein Datum auf einen gegebenen Tag setzt
+      und zurückgibt, ob es sich um ein gültiges Datum handelt (0 = nein, 1 = ja),
+    \item
+      eine Funktion \lstinline{void date_next (date *d)},
+      die ein Datum auf den nächsten Tag vorrückt.
+  \end{itemize}
+
+  Schreiben Sie auch ein Programm, das die o.\,a.\ Funktionen testet.
+
+  \solution
+
+  Die Datei \gitfile{hp}{20191107}{loesung-2.c}
+  enthält die Bibliothek zusammen mit einem Test-Programm.
+
+  Eine detaillierte Anleitung,
+  wie man auf die Funktion \lstinline{date_next()} kommt,
+  finden Sie im Skript zur Lehrveranstaltung, Datei \gitfile{hp}{script}{hp-2019ws.pdf},
+  ab Seite 29.
+
+  (Die Vorgehensweise,
+  die Bibliothek und das Hauptprogramm in dieselbe Datei zu schreiben,
+  hat den Nachteil,
+  daß man die Bibliothek in jedes weitere Programm, das sie benutzt,
+  kopieren und auch dort aktuell halten muß.
+  Eine sinnvollere Lösung wird demnächst in der Vorlesung vorgestellt werden.)
+
+\end{document}

20191107/loesung-2.c

+#include <stdio.h>
+
+typedef struct
+{
+  char day, month;
+  int year;
+}
+date;
+
+int is_leap_year (int year)
+{
+  if (year % 4 == 0)
+    if (year % 100 == 0)
+      if (year % 400 == 0)
+        return 1;
+      else
+        return 0;
+    else
+      return 1;
+  else
+    return 0;
+}
+
+int days_in_month (int month, int year)
+{
+  if (month == 2)
+    if (is_leap_year (year))
+      return 29;
+    else
+      return 28;
+  else if (month == 4 || month == 6 || month == 9 || month == 11)
+    return 30;
+  else
+    return 31;
+}
+
+void date_print (date *d)
+{
+  printf ("%02d.%02d.%04d", d->day, d->month, d->year);
+}
+
+int date_set (date *d, char day, char month, int year)
+{
+  d->year = year;
+  if (month > 0 && month <= 12)
+    d->month = month;
+  else
+    return 0;
+  if (day > 0 && day <= days_in_month (month, year))
+    d->day = day;
+  else
+    return 0;
+  return 1;
+}
+
+void date_next (date *d)
+{
+  d->day++;
+  if (d->day > days_in_month (d->month, d->year))
+    {
+      d->month++;
+      d->day = 1;
+      if (d->month > 12)
+        {
+          d->year++;
+          d->month = 1;
+        }
+    }
+}
+
+void check (char day, char month, int year)
+{
+  date d;
+  if (date_set (&d, day, month, year))
+    {
+      date_print (&d);
+      printf (" --> ");
+      date_next (&d);
+      date_print (&d);
+      printf ("\n");
+    }
+  else
+    printf ("%02d.%02d.%04d: invalid date\n", day, month, year);
+}
+
+int main (void)
+{
+  check (6, 11, 2018);
+  check (29, 11, 2018);
+  check (30, 11, 2018);
+  check (31, 11, 2018);
+  check (29, 12, 2018);
+  check (30, 12, 2018);
+  check (31, 12, 2018);
+  check (28, 2, 2016);
+  check (29, 2, 2016);
+  check (30, 2, 2016);
+  check (28, 2, 2015);
+  check (29, 2, 2015);
+  check (30, 2, 2015);
+  check (31, 12, 2008);
+  check (28, 2, 2000);
+  check (29, 2, 2000);
+  check (30, 2, 2000);
+  check (28, 2, 1900);
+  check (29, 2, 1900);
+  check (30, 2, 1900);
+  return 0;
+}

20191107/photo-20191107-172458.txt

+README: Beispiele für Bit-Manipulation

README.md

@@ -39,10 +39,11 @@ Musterlösungen:
  * [17.10.2019: Schaltjahr ermitteln, Multiplikationstabelle, Fibonacci-Zahlen, fehlerhaftes Programm](https://gitlab.cvh-server.de/pgerwinski/hp/raw/master/20191017/hp-musterloesung-20191017.pdf)
  * [24.10.2019: Seltsame Programme, Kalender-Berechnung](https://gitlab.cvh-server.de/pgerwinski/hp/raw/master/20191024/hp-musterloesung-20191024.pdf)
  * [31.10.2019: Strings, Programm analysieren, fehlerhaftes Primzahl-Programm](https://gitlab.cvh-server.de/pgerwinski/hp/raw/master/20191031/hp-musterloesung-20191031.pdf)
+ * [07.11.2019: Arrays mit Zahlen, Datum-Bibliothek](https://gitlab.cvh-server.de/pgerwinski/hp/raw/master/20191107/hp-musterloesung-20191107.pdf)
 
 Tafelbilder:
 ------------
-(keine)
+ * [07.11.2019: Beispiele für Bit-Manipulation](https://gitlab.cvh-server.de/pgerwinski/hp/raw/master/20191107/photo-20191107-172458.jpg)
 
 Praktikumsunterlagen:
 ---------------------