Klausur vom Wintersemester 2015/16

20170130/ainf-klausur-20160129.tex

+% ainf-klausur-20160129.pdf - Examination on Applied Computer Sciences
+% Copyright (C) 2015, 2016  Peter Gerwinski
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+
+\documentclass[a4paper]{article}
+
+\usepackage{pgscript}
+
+\newcounter{exercise}
+\newcommand{\exercise}[1]{\addtocounter{exercise}{1}\subsection*{Aufgabe \arabic{exercise}: #1}}
+\usepackage{enumerate}
+\usepackage{ifthen}
+
+\newcommand{\workspacexyt}[3]{%
+  \begin{center}
+    \setlength{\unitlength}{0.5cm}
+    \begin{picture}(#1,#2)
+      \color[rgb]{0.7,0.7,0.7}
+      \put(0,0){\line(1,0){#1}}
+      \multiput(0,1)(0,1){#2}{\line(1,0){#1}}
+      \put(0,0){\line(0,1){#2}}
+      \multiput(1,0)(1,0){#1}{\line(0,1){#2}}
+      \put(0,0){\makebox(#1,#2)[c]{\color[rgb]{0.2,0.2,0.2}#3}}
+    \end{picture}
+  \end{center}}
+
+\newcommand{\workspace}[1]{\workspacexyt{30}{#1}{}}
+
+\newcounter{points}
+\newcommand{\points}[1]{\ifthenelse{#1=1}{(1 Punkt)}{(#1 Punkte)}\addtocounter{points}{#1}}
+
+\begin{document}
+
+  \thispagestyle{empty}
+  \strut\hfill
+  \includegraphics[height=1.5cm]{logo-hochschule-bochum.pdf}
+  \section*{Angewandte Informatik -- Klausur -- 29.\ Januar 2016}
+  Prof.~Dr.~Peter Gerwinski, Wintersemester 2015/16
+
+  \bigskip
+  \bigskip
+
+  \begin{center}
+    \renewcommand{\arraystretch}{2.0}
+    \begin{tabular}{|l|p{10cm}|} \hline
+      Name: & \\\hline
+      Matrikel-Nr.: & \\\hline
+    \end{tabular}
+  \end{center}
+
+  \bigskip
+
+  Zeit: 120 Minuten
+
+  Zulässige Hilfsmittel: 
+  \begin{itemize}
+    \item Schreibgerät
+    \item Beliebige Unterlagen in Papierform und/oder auf Datenträgern
+    \item Elektronische Rechner (Notebook, Taschenrechner o.\,ä.)\\
+          \emph{ohne}\/ Zugang zu Datennetzen jeglicher Art
+  \end{itemize}
+
+  Nur die o.\,a.\ zulässigen Hilfsmittel
+  dürfen sich während der Klausur im Arbeitsbereich befinden.
+  \mbox{WLAN-,} Bluetooth- und sonstige Funkeinheiten von Notebooks o.\,ä.\
+  sind auszuschalten;
+  ggf.\ dafür vorhandene physische Schalter sind zu benutzen.
+  Mobiltelefone, Geräte mit mobilem Internet-Zugang u.\,ä.\
+  sind auszuschalten und in der Tasche
+  zu verstauen.
+
+  Die reguläre Maximalpunktzahl beträgt \totalpoints\ Punkte.\\
+  Bei besonderen Leistungen sind Zusatzpunkte möglich.\\
+  Mit 20 erreichten Punkten gilt die Klausur als bestanden.
+
+  Die Beispielprogramme werden Ihnen auf Datenträger (USB-Stick)
+  zur Verfügung gestellt. Die Abgabe von digital gelösten Aufgaben
+  hat auf demselben Datenträger zu erfolgen.
+
+  \clearpage
+
+  \exercise{Strings}
+
+  Wir betrachten das folgende Programm (\file{aufgabe-1.c}):
+  \begin{lstlisting}[style=numbered]
+    #include <stdio.h>
+    #include <string.h>
+
+    void fun (char *s)
+    {
+      int len = strlen (s);
+      for (int i = 0; i < len; i++)
+        for (int j = i + 1; j < len; j++)
+          if (s[i] > s[j])
+            {
+              char sx = s[i];
+              s[i] = s[j];
+              s[j] = sx;
+            }
+    }
+
+    int main (void)
+    {
+      char s[] = "Informatik";
+      fun (s);
+      printf ("%s\n", s);
+      return 0;
+    }
+  \end{lstlisting}
+  Auf einem Rechner, der den ASCII-Zeichensatz verwendet, lautet die Ausgabe:
+  \lstinline[style=terminal]{Iafikmnort}
+
+  \begin{enumerate}[\quad(a)]
+    \item
+      Was bewirkt die Funktion \lstinline{fun}, und wie funktioniert sie?
+      \points{4}
+      \workspace{14}
+    \item
+      Warum beginnt der Ausgabe-String mit \lstinline{'I'} und nicht mit \lstinline{'a'}?
+      \points{2}
+      \workspace{10}
+    \item
+      Was passiert, wenn die Zeile \lstinline{char s[] = "Informatik";}
+      durch \lstinline|char s[] = { 'I', 'n', 'f', 'o'|~\lstinline|};| ersetzt wird, und warum?
+      \points{2}
+      \workspace{10}
+    \item
+      Von welcher Ordnung (Landau-Symbol) ist die Funktion \lstinline{fun} und warum?
+
+      Wir beziehen uns hierbei auf die Anzahl der Vergleiche \lstinline{s[i] > s[j]}
+      in Abhängigkeit von der Länge des Eingabe-Strings \lstinline{"Informatik"}.
+      \points{1}
+      \workspace{10}
+    \item
+      Beschreiben Sie -- in Worten und/oder als C-Quelltext --, wie
+      sich die Funktion \lstinline{fun} hinsichtlich der Rechenzeit
+      effizienter gestalten läßt. Von welcher Ordnung
+      (Landau-Symbol) ist Ihre effizientere Version der Funktion und warum?
+      \points{4}
+      \workspace{21}
+  \end{enumerate}
+
+  \exercise{Zeigerarithmetik}
+
+  Wir betrachten das folgende Programm (\file{aufgabe-2.c}):
+  \begin{lstlisting}[style=numbered]
+    #include <stdio.h>
+    #include <stdint.h>
+
+    void output (uint16_t *a)
+    {
+      for (int i = 0; a[i]; i++)
+        printf (" %d", a[i]);
+      printf ("\n");
+    }
+
+    int main (void)
+    {
+      uint16_t prime_numbers[] = { 2, 3, 5, 7, 11, 13, 17, 0 };
+
+      uint16_t *p1 = prime_numbers;
+      output (p1);
+      p1++;
+      output (p1);
+
+      char *p2 = prime_numbers;
+      output (p2);
+      p2++;
+      output (p2);
+
+      return 0;
+    }
+  \end{lstlisting}
+
+  Das Programm wird compiliert und ausgeführt:
+
+  \begin{lstlisting}[style=terminal]
+    $ ¡gcc -Wall -std=c99 aufgabe-2.c -o aufgabe-2¿
+    aufgabe-2.c: In function 'main':
+    aufgabe-2.c:20:13: warning: initialization from
+                       incompatible pointer type [enabled by default]
+    aufgabe-2.c:21:3: warning: passing argument 1 of 'output' from
+                      incompatible pointer type [enabled by default]
+    aufgabe-2.c:4:6: note: expected 'uint16_t *' but argument is of type 'char *'
+    aufgabe-2.c:23:3: warning: passing argument 1 of 'output' from
+                      incompatible pointer type [enabled by default]
+    aufgabe-2.c:4:6: note: expected 'uint16_t *' but argument is of type 'char *'
+    $ ¡./aufgabe-2¿
+     2 3 5 7 11 13 17
+     3 5 7 11 13 17
+     2 3 5 7 11 13 17
+     768 1280 1792 2816 3328 4352
+  \end{lstlisting}
+
+  \begin{enumerate}[\quad(a)]
+    \item
+      Erklären Sie die Funktionsweise der Funktion \lstinline{output ()}.
+      \points{2}
+      \workspace{10}
+      \workspace{5}
+    \item
+      Begründen Sie den Unterschied zwischen der ersten (\lstinline{2 3 5 7 11 13 17})\\
+      und der zweiten Zeile (\lstinline{3 5 7 11 13 17}) der Ausgabe des Programms.
+      \points{2}
+      \workspace{11}
+    \item
+      Erklären Sie die beim Compilieren auftretenden Warnungen\\
+      und die dritte Zeile (\lstinline{2 3 5 7 11 13 17}) der Ausgabe des Programms.
+      \points{3}
+      \workspace{11}
+    \item
+      Erklären Sie die vierte Zeile (\lstinline{768 1280 1792 2816 3328 4352})
+      der Ausgabe des Programms.\\
+%      Welche Endianness hat der verwendete Rechner?\\
+%      Wie sähe die Ausgabezeile bei umgekehrter Endianness aus?
+%
+% 2 0 3 0 5 0 7 0 11 --> 2 3 5 7 11
+%   0 3 0 5 0 7 0 11 --> 768 1280 ...
+%
+% 0 2 0 3 0 5 0 7 0 11 --> 2 3 5 7 11
+%   2 0 3 0 5 0 7 0 11 --> 768 1280 ...
+%
+% --> Endianness nicht erkennbar!
+%
+      Sie dürfen einen Little-Endian-Rechner voraussetzen.
+      \points{4}
+      \workspace{16}
+  \end{enumerate}
+
+  \exercise{Objektorientierte Programmierung}
+
+  Wir betrachten das folgende Fragment (\file{aufgabe-3.c})
+  eines objektorientierten Mathematik-Programms:
+  \begin{lstlisting}
+    #include <stdio.h>
+    #include <stdlib.h>
+
+    typedef struct
+    {
+      char symbol;
+      int (*calculate) (int a, int b);
+    }
+    operation;
+
+    operation *new_operation (void)
+    {
+      operation *op = malloc (sizeof (operation));
+      op->symbol = '?';
+      op->calculate = NULL;
+      return op;
+    }
+
+    [...]
+
+    int main (void)
+    {
+      operation *op[4];
+      op[0] = new_plus ();
+      op[1] = new_minus ();
+      op[2] = new_times ();
+      op[3] = NULL;
+      for (int i = 0; op[i]; i++)
+        printf ("2 %c 3 = %d\n", op[i]->symbol, op[i]->calculate (2, 3));
+      return 0;
+    }
+  \end{lstlisting}
+
+  \begin{enumerate}[\quad(a)]
+    \item
+      Was bedeutet \lstinline{int (*calculate) (int a, int b)},
+      und für welchen Zweck wird es verwendet?
+      \points{3}
+      \workspace{12}
+    \item
+      Ergänzen Sie das Fragment zu einem funktionsfähigen Programm,
+      das die folgende Ausgabe erzeugt:
+      \begin{lstlisting}[style=terminal,gobble=8]
+        2 + 3 = 5
+        2 - 3 = -1
+        2 * 3 = 6
+      \end{lstlisting}
+      \points{5}
+
+      Abgabe auf Datenträger ist erwünscht, aber nicht zwingend.\\
+      Für Notizen verwenden Sie nötigenfalls die Rückseiten der Klausurbögen
+      und/oder zusätzliche Blätter.
+    \item
+      Was geschieht, wenn man auf die Zeile \lstinline{op[3] = NULL;} verzichtet,
+      und warum?
+      \points{2}
+      \workspace{8}
+  \end{enumerate}
+
+  \exercise{XBM-Grafik}
+
+  Bei einer XBM-Grafikdatei handelt es sich
+  um ein als C-Quelltext abgespeichertes Array,
+  das die Bildinformationen enthält:
+  \begin{itemize}\itemsep0pt
+    \item Jedes Bit entspricht einem Pixel.
+    \item Nullen stehen für Weiß, Einsen für Schwarz.
+    \item LSB first.
+    \item Jede Zeile des Bildes wird auf ganze Bytes aufgefüllt.
+    \item Breite und Höhe des Bildes sind als Konstantendefinitionen
+          (\lstinline{#define}) in der Datei enthalten.
+  \end{itemize}
+  Sie können eine XBM-Datei sowohl mit einem Texteditor
+  als auch mit vielen Grafikprogrammen öffnen und bearbeiten.
+
+  Beispiel (\file{aufgabe-4.xbm}):\hfill
+  \makebox(0,0)[tr]{\framebox{\includegraphics[scale=3]{aufgabe-4.png}}}
+  \begin{lstlisting}
+    #define aufgabe_4_width 14
+    #define aufgabe_4_height 14
+    static unsigned char aufgabe_4_bits[] = {
+       0x00, 0x00, 0xf0, 0x03, 0x08, 0x04, 0x04, 0x08, 0x02, 0x10, 0x32, 0x13,
+       0x22, 0x12, 0x02, 0x10, 0x0a, 0x14, 0x12, 0x12, 0xe4, 0x09, 0x08, 0x04,
+       0xf0, 0x03, 0x00, 0x00 };
+  \end{lstlisting} 
+  Ein C-Programm, das eine XBM-Grafik nutzen will,
+  kann die \file{.xbm}-Datei mit \lstinline{#include "..."} direkt einbinden.
+
+  Schreiben Sie ein Programm, das die XBM-Datei als ASCII-Grafik ausgibt, z.\,B.:
+  \begin{lstlisting}[style=terminal,lineskip=-4pt]
+                  
+        ******    
+       *      *   
+      *        *  
+     *          * 
+     *  **  **  * 
+     *   *   *  * 
+     *          * 
+     * *      * * 
+     *  *    *  * 
+      *  ****  *  
+       *      *   
+        ******    
+    ¡              ¿
+  \end{lstlisting}
+  \points{8}
+
+  Abgabe auf Datenträger ist erwünscht, aber nicht zwingend.\\
+  Für Notizen verwenden Sie nötigenfalls die Rückseiten der Klausurbögen
+  und/oder zusätzliche Blätter.
+
+  \makeatletter
+    \immediate\write\@mainaux{\string\gdef\string\totalpoints{\arabic{points}}}
+  \makeatother
+
+  \vfill
+
+  \begin{flushright}
+    \textit{Viel Erfolg!}
+  \end{flushright}
+
+\end{document}