hp-musterloesung-20181015.tex

% hp-musterloesung-20181015.pdf - Solutions to the Exercises on Low-Level Programming / Applied Computer Sciences
% Copyright (C) 2013, 2015, 2016, 2017, 2018  Peter Gerwinski
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% README: Fibonacci-Zahlen, fehlerhaftes Programm, "Hello, world!"

\documentclass[a4paper]{article}

\usepackage{pgscript}

\begin{document}

  \thispagestyle{empty}

  \section*{Hardwarenahe Programmierung\\
            Musterlösung zu den Übungsaufgaben -- 15.\ Oktober 2018}

  \exercise{Fibonacci-Zahlen}

  Die Folge der Fibonacci-Zahlen ist definiert durch:
  \begin{quote}
    1.\ Zahl: 0\\
    2.\ Zahl: 1\\
    nächste Zahl = Summe der beiden vorherigen
  \end{quote}
  Schreiben Sie ein Programm, das die ersten 50 Fibonacci-Zahlen ausgibt.

  \solution

  Zwei verschiedene richtige Lösungen finden Sie in den Dateien
  \gitfile{hp}{20181015}{loesung-1-1.c} und \gitfile{hp}{20181015}{loesung-1-2.c}.

  Die Lösung in \gitfile{hp}{20181015}{loesung-1-2.c}
  speichert alle berechneten Zahlen in einem Array,
  die in \gitfile{hp}{20181015}{loesung-1-1.c} hingegen
  speichert immer nur maximal drei Zahlen gleichzeitig.
  Sofern nicht alle berechneten Zahlen später noch benötigt werden,
  ist daher \gitfile{hp}{20181015}{loesung-1-1.c} zu bevorzugen.

  Wichtig in \gitfile{hp}{20181015}{loesung-1-1.c} ist, daß \lstinline{f0 + f1} berechnet wird,
  \emph{bevor\/} \lstinline{f0} oder \lstinline{f1} ein neuer Wert zugewiesen wird.
  Dies ist nur möglich, weil das Programm
  eine zusätzliche Variable (hier: \lstinline{f2}) verwendet.

  \exercise{Fehlerhaftes Programm}

  Wir betrachten das folgende C-Programm
  (Datei: \gitfile{hp}{20181015}{aufgabe-2.c}):
  \begin{lstlisting}
    #include <stdio.h>

    int main (void)
    {
      for (int i = 10; i = 0; i - 1)
        printf ("%d\n", i);
      return 0;
    }
  \end{lstlisting}

  \begin{itemize}
    \item[(a)]
      Was bewirkt dieses Programm und warum?
    \item[(b)]
      Ändern Sie das Programm so, daß es einen "`Countdown"' von 10 bis 0 ausgibt.
  \end{itemize}

  \solution

  \begin{itemize}
    \item[(a)]
      \textbf{Was bewirkt dieses Programm und warum?}

      Dieses Programm bewirkt nichts.
      Die \lstinline{for}-Schleife wird nicht ausgeführt.

      Begründung: Die \lstinline{for}-Bedingung ist eine Zuweisung
      des Werts \lstinline{0} an die Variable \lstinline{i}.
      Neben dem Seiteneffekt der Zuweisung liefert der Ausdruck
      einen Wert zurück, nämlich den zugewiesenen Wert
      \lstinline{0}. Dieser wird von \lstinline{for} als eine
      Bedingung mit dem konstanten Wert "`falsch"' interpretiert.

      (Hinweis: Ohne diese Begründung ist die Aufgabe nur zu einem
      kleinen Teil gelöst.)

      Darüberhinaus ist die Zähl-Anwendung unwirksam: Sie berechnet
      den Wert \lstinline{i - 1} und vergißt ihn wieder, ohne ihn
      einer Variablen (z.\,B.\ \lstinline{i}) zuzuweisen.

    \clearpage
    \item[(b)]
      \textbf{Ändern Sie das Programm so, daß es einen "`Countdown"' von 10 bis 0 ausgibt.}

      Datei \gitfile{hp}{20181015}{loesung-2.c}:
      \begin{lstlisting}[gobble=8]
        #include <stdio.h>

        int main (void)
        {
          for (int i = 10; i >= 0; i--)
            printf ("%d\n", i);
          return 0;
        }
      \end{lstlisting}
  \end{itemize}

  \exercise{Hello, world!}

  Unter \url{https://gitlab.cvh-server.de/pgerwinski/hp/tree/master/20181015}
  finden Sie (unter anderem)\\
  die Programme \gitfile{hp}{20181015}{test-1.c},
  \gitfile{hp}{20181015}{test-2.c} und \gitfile{hp}{20181015}{test-3.c}.

  Was bewirken diese Programme, und warum verhalten sie sich so?

  \solution

  \begin{itemize}
    \item
      \gitfile{hp}{20181015}{test-1.c}

      Hinter \lstinline{return} steht ein Ausdruck mit dem
      Komma-Operator. Dieser bewirkt, daß der Wert vor dem Komma
      berechnet und ignoriert und danach der Wert nach dem Komma
      zurückgegeben wird.

      In diesem Fall wird vor dem Komma der Wert des
      \lstinline{printf()}-Aufrufs berechnet und ignoriert.
      Als Seiteneffekt gibt das Programm die Zeile
      \lstinline[style=terminal]{Hello, world!} aus.
      Anschließend wird der Wert \lstinline{0} an \lstinline{return}
      übergeben und daher \lstinline{return 0} ausgeführt.

    \item
      \gitfile{hp}{20181015}{test-2.c}

      Das Programm gibt die Zeile
      \lstinline[style=terminal]{Die Antwort lautet: 42} aus.

      Die \lstinline{if}-Bedingung ist eine Zuweisung \lstinline{b = 42},
      die den zugewiesenen Wert \lstinline{42} zurückgibt.
      Weil dieser Wert ungleich Null ist, interpretiert
      \lstinline{if} ihn als Wahrheitswert "`wahr"', führt also den
      \lstinline{if}-Zweig aus und überspringt den
      \lstinline{else}-Zweig.

    \item
      \gitfile{hp}{20181015}{test-3.c}

      Das Programm stürzt mit einer Fehlermeldung
      "`Speicherzugriffsfehler"' oder "`Schutzverletzung"' ab.

      Der Funktionsaufruf \lstinline{printf (42)} übergibt den
      Zahlenwert \lstinline{42} als String, also als einen Zeiger
      auf \lstinline{char}-Variable, an die Funktion
      \lstinline{printf()}. Diese versucht, auf den Speicher ab
      Adresse 42 zuzugreifen, wofür aber das Programm keine
      Zugriffsrechte hat. Das Betriebssystem beendet daraufhin das
      Programm mit der o.\,a.\ Fehlermeldung.

      Der String \lstinline{"Die Antwort lautet: "} wird nicht
      ausgegeben, weil Schreiboperationen aus Effizienzgründen
      erst nach einer abgeschlossenen Zeile (\lstinline{"\n"})
      durchgeführt werden.
  \end{itemize}

\end{document}