Vortragsfolien und Beispiele 14.4.2022

20220414/ad-20220414.tex

+% ad-20220414.pdf - Lecture Slides on Algorithms and Data Structures in C/C++
+% Copyright (C) 2018, 2019, 2020, 2021, 2022  Peter Gerwinski
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+
+% README: Templates
+
+\documentclass[10pt,t]{beamer}
+
+\usepackage{pgslides}
+\usepackage{tikz}
+\usepackage{rotating}
+
+\newcommand{\underconstruction}{%
+  \begin{picture}(0,0)
+    \color{black}
+    \put(7.5,-2.2){\makebox(0,0)[b]{\includegraphics[width=1.5cm]{Zeichen_123.pdf}}}
+    \put(7.5,-2.5){\makebox(0,0)[t]{\shortstack{Änderungen\\vorbehalten}}}
+  \end{picture}}
+
+\title{Algorithmen und Datenstrukturen in C/C++}
+\author{Prof.\ Dr.\ rer.\ nat.\ Peter Gerwinski}
+\date{14.\ April 2022}
+
+\begin{document}
+
+\maketitleframe
+
+\nosectionnonumber{\inserttitle}
+
+\begin{frame}
+
+  \shownosectionnonumber
+
+  \begin{itemize}
+    \item[\textbf{1}] \textbf{Einführung}
+%      \underconstruction
+      \hfill\makebox(0,0)[br]{\raisebox{2.25ex}{\url{https://gitlab.cvh-server.de/pgerwinski/ad.git}}}
+    \item[\textbf{2}] \textbf{Einführung in C++}
+      \begin{itemize}
+        \vspace*{-\smallskipamount}
+        \item[\dots]
+        \item[2.6] Namensräume
+        \color{medgreen}
+        \item[2.7] Objekte
+        \item[2.8] Strings
+        \color{red}
+        \item[2.9] Templates
+        \item[2.10] Container-Templates
+        \item[2.11] Iteratoren
+        \color{black}
+        \item[2.12] Exceptions
+        \item[2.13] Typ-Konversionen
+      \end{itemize}
+    \item[\textbf{3}] \textbf{Datenorganisation}
+%      \begin{itemize}
+%        \item Listen, Bäume, Hash-Tabellen, \dots
+%      \end{itemize}
+    \item[\textbf{4}] \textbf{Datenkodierung}
+%      \begin{itemize}
+%        \item Fehlererkennung und -korrektur
+%        \item Kompression
+%        \item Kryptographie
+%      \end{itemize}
+    \item[\textbf{5}] \textbf{Hardwarenahe Algorithmen}
+%      \begin{itemize}
+%        \item FFT, CORDIC, \dots
+%      \end{itemize}
+    \item[\textbf{6}] \textbf{Optimierung}
+%      \begin{itemize}
+%        \item Wegfindung, \dots
+%      \end{itemize}
+    \color{gray}
+    \item[\textbf{7}] \textbf{Numerik}
+  \end{itemize}
+
+\end{frame}
+
+\setcounter{section}{1}
+\section{Einführung in C++}
+\addtocounter{subsection}{6}
+\subsection{Objekte: Konstruktoren und Destruktoren}
+
+\begin{frame}[fragile]
+  \showsubsection
+  \begin{itemize}
+    \item
+      leerer Standard-Konstrutor
+    \item
+      \newterm{Copy-Konstruktor}
+    \item
+      Konstruktor-Aufruf als "`Initialisierung"'
+    \item
+      Konstruktor-Aufruf mit \lstinline{new}\\
+      Destruktor-Aufruf mit \lstinline{delete}
+    \item
+      automatischer Destruktor-Aufruf\\
+      beim Verlassen des Gültigkeitsbereichs
+    \pause
+    \bigskip
+    \item
+      \newterm{Constructor Chain\/}:\\
+      Konstruktoren der Vorfahren aufrufen
+  \end{itemize}
+\end{frame}
+
+\subsection{Strings}
+
+\begin{frame}[fragile]
+  \showsubsection
+  \begin{itemize}
+    \item
+      \lstinline{#include <string>}
+    \item
+      String-Klasse
+    \item
+      String-Konstante sind \lstinline{const char *}
+    \item
+      C-kompatiblen String extrahieren: \lstinline{c_str ()}
+    \item
+      In String schreiben: \lstinline{#include <sstream>}, \lstinline{ostringstream}
+  \end{itemize}
+\end{frame}
+
+\subsection{Templates}
+
+\begin{frame}[fragile]
+  \showsubsection
+  Anwendung desselben Quelltextes auf verschiedene Datentypen
+  \begin{itemize}
+    \item
+      \lstinline{template <typename x> ...}
+    \item
+      \lstinline{template <class x> ...}
+  \end{itemize}
+%  \pause
+  Vorsicht: Fehler werden erst bei Instantiierung erkannt!
+%  \pause
+  \begin{itemize}
+    \item
+      Template-Spezialisierung:\\
+      \lstinline{template <> foo <int> ...}
+  \end{itemize}
+\end{frame}
+
+\subsection{Container-Templates}
+
+\begin{frame}
+  \showsection
+  \showsubsection
+  \vspace*{-0.25cm}
+  \begin{tabular}{ll}
+    \lstinline|array| & Array mit fester Größe \\
+    \lstinline|bitset| & festes Array von Bits (Booleans) \\
+    \lstinline|vector| & dynamisches Array \\
+    \lstinline|vector <bool>| & dynamisches Bit-Array \\
+    \lstinline|forward_list| & einfach-verkettete Liste \\
+    \lstinline|list| & doppelt-verkettete Liste \\
+    \lstinline|set| & binärer Baum \\
+    \lstinline|multiset| & mehrfache Elemente zulässig \\
+    \lstinline|unordered_set| & Hash-Tabelle \\
+    \lstinline|unordered_multiset| & mehrfache Elemente zulässig \\
+    \lstinline|map| & binärer Baum mit separaten Schlüsselwerten \\
+    \lstinline|multimap| & mehrere Elemente pro Schlüssel \\
+    \lstinline|unordered_map| & Hash-Tabelle mit separaten Schlüsselwerten \\
+    \lstinline|unordered_multimap| & mehrere Elemente pro Schlüssel \\
+    \lstinline|stack| & Stack \\
+    \lstinline|queue| & FIFO \\
+    \lstinline|deque| & \emph{\textbf{d}ouble-\textbf{e}nded \textbf{que}ue} \\
+    \lstinline|priority_queue| & geordneter Push-Pop-Container
+  \end{tabular}
+  \vspace*{-1cm}
+\end{frame}
+
+\subsection{Iteratoren}
+
+\begin{frame}[fragile]
+  \showsection
+  \showsubsection
+
+  Pointer-Arithmetik:
+  \medskip
+  \begin{lstlisting}
+      int prime[5] = { 2, 3, 5, 7, 11 };
+      for (int *p = prime; p != prime + 5; p++)
+        cout << *p << endl;
+  \end{lstlisting}
+
+  \bigskip
+  Iterator als Verallgemeinerung:
+  \medskip
+  \begin{lstlisting}
+      array <int, 5> prime = { { 2, 3, 5, 7, 11 } };
+      for (array <int, 5>::iterator p = prime.begin (); p != prime.end (); p++)
+        cout << *p << endl;
+  \end{lstlisting}
+\end{frame}
+
+\iffalse
+
+\subsection{Exceptions}
+
+\begin{frame}[fragile]
+  \showsubsection
+  \begin{lstlisting}
+    try
+    {
+      ...
+      throw <value>;
+      ...
+    }
+    catch (<type> <variable>)
+    {
+      ...
+    }
+    catch ...
+  \end{lstlisting}
+  \vspace*{-4.6cm}\hspace*{5cm}
+  \begin{minipage}{7cm}
+    \begin{itemize}
+      \item
+        Nach den \lstinline{catch()}-Statements wird,
+        soweit nicht anders programmiert, das Programm fortgesetzt.
+      \medskip
+      \item
+        \lstinline{throw;} (ohne Wert):\\
+        an übergeordneten Exception-Handler weiterreichen
+      \medskip
+      \item
+        C-Äquivalent:\\
+        \lstinline{setjmp()}, \lstinline{longjmp()}
+      \medskip
+      \item
+        speziell für \lstinline{<type>}:\\
+        Nachfahren von \lstinline{class exception}
+      \medskip
+      \item
+        veraltet:\\
+        \newterm{dynamic exception specifications}
+    \end{itemize}
+  \end{minipage}
+\end{frame}
+
+\nosectionnonumber{\inserttitle}
+
+\begin{frame}
+
+  \shownosectionnonumber
+
+  \begin{itemize}
+    \item[\textbf{1}] \textbf{Einführung}
+      \underconstruction
+      \hfill\makebox(0,0)[br]{\raisebox{2.25ex}{\url{https://gitlab.cvh-server.de/pgerwinski/ad.git}}}
+    \item[\textbf{2}] \textbf{Einführung in C++}
+      \begin{itemize}
+        \vspace*{-\smallskipamount}
+        \item[\dots]
+        \item[2.6] Namensräume
+        \color{medgreen}
+        \item[2.7] Objekte
+        \item[2.8] Strings
+        \item[2.9] Templates
+        \item[2.10] Exceptions
+        \color{red}
+        \item[2.11] Typ-Konversionen
+        \item[2.12] Container-Templates
+        \item[2.13] Iteratoren
+      \end{itemize}
+    \item[\textbf{3}] \textbf{Datenorganisation}
+%      \begin{itemize}
+%        \item Listen, Bäume, Hash-Tabellen, \dots
+%      \end{itemize}
+    \item[\textbf{4}] \textbf{Datenkodierung}
+%      \begin{itemize}
+%        \item Fehlererkennung und -korrektur
+%        \item Kompression
+%        \item Kryptographie
+%      \end{itemize}
+    \item[\textbf{5}] \textbf{Hardwarenahe Algorithmen}
+%      \begin{itemize}
+%        \item FFT, CORDIC, \dots
+%      \end{itemize}
+    \item[\textbf{6}] \textbf{Optimierung}
+%      \begin{itemize}
+%        \item Wegfindung, \dots
+%      \end{itemize}
+    \color{gray}
+    \item[\textbf{7}] \textbf{Numerik}
+  \end{itemize}
+
+\end{frame}
+
+\subsection{Typ-Konversionen}
+
+\begin{frame}[fragile]
+  \showsubsection
+
+  \begin{itemize}
+    \item
+      In C:
+      \begin{lstlisting}[gobble=8]
+        char *hello = "Hello, world!";
+        uint64_t address = (uint64_t) hello;
+        printf ("%" PRIu64 "\n", address);
+      \end{lstlisting}
+    \smallskip
+    \item
+      alternative Syntax in C++:
+      \begin{lstlisting}[gobble=8]
+        char *hello = "Hello, world!";
+        uint64_t address = uint64_t (hello);
+        cout << address << endl;
+      \end{lstlisting}
+    \smallskip
+    \item
+      zusätzlich in C++:\\
+      implizite und explizite Typumwandlung zwischen Zeigern auf Klassen\\
+      \lstinline{dynamic_cast<>()}\\
+      \lstinline{static_cast<>()}\\
+      \lstinline{reinterpret_cast<>()}\\
+      \lstinline{const_cast<>()}
+  \end{itemize}
+\end{frame}
+
+\begin{frame}[fragile]
+  \showsubsection
+
+  \url{http://www.cplusplus.com/doc/tutorial/typecasting/}
+
+  \begin{itemize}
+    \item
+      Zuweisung: Zeiger auf abgeleitete Klasse an Zeiger auf Basisklasse\\
+      \textarrow\ implizite Typumwandlung möglich
+    \smallskip
+    \item
+      Zuweisung: Zeiger auf Basisklasse an Zeiger auf abgeleitete Klasse\\
+      \textarrow\ nur explizite Typumwandlung möglich:\\
+      \hspace*{0.76cm}\lstinline{dynamic_cast<>()}, \lstinline{static_cast<>()}
+    \smallskip
+    \item
+      implizite Typumwandlungen in der Klasse definieren:
+      \begin{itemize}
+        \item
+          Initialisierung durch Konstruktor
+        \item
+          Zuweisungs-Operator
+        \item
+          Typumwandlungsoperator
+      \end{itemize}
+    \smallskip
+    \item
+      implizite Typumwandlungen ausschalten:\\
+      Schlüsselwort \lstinline{explicit}
+  \end{itemize}
+\end{frame}
+
+\begin{frame}[fragile]
+  \showsubsection
+
+  \url{http://www.cplusplus.com/doc/tutorial/typecasting/}
+
+  \begin{itemize}
+    \item
+      \lstinline{dynamic_cast<>()}\\
+      Zuweisung: Zeiger auf Basisklasse an Zeiger auf abgeleitete Klasse\\
+      explizite Typumwandlung mit Prüfung, ggf.\ Exception
+    \smallskip
+    \item
+      \lstinline{static_cast<>()}\\
+      Zuweisung: Zeiger auf Basisklasse an Zeiger auf abgeleitete Klasse\\
+      explizite Typumwandlung ohne Prüfung
+    \smallskip
+    \item
+      \lstinline{reinterpret_cast<>()}\\
+      Typumwandlung ohne Prüfung zwischen Zeigern untereinander\\
+      und zwischen Zeigern und Integer-Typen
+    \smallskip
+    \item
+      \lstinline{const_cast<>()}\\
+      "`\lstinline{const}"' ein- bzw.\ ausschalten
+  \end{itemize}
+\end{frame}
+
+\fi
+
+\end{document}

20220414/links.txt

+C++:
+https://www.cplusplus.com/
+
+Projekte:
+https://gitlab.cvh-server.de/hardwarenahe-it/projekte
+
+Pinephone:
+https://www.pine64.org/pinephone/
+
+Navigation:
+https://osmand.net/
+https://wiki.openstreetmap.org/wiki/Navit
+
+Steganographie:
+https://stegano.readthedocs.io/en/latest/

20220414/logo-hochschule-bochum-cvh-text.pdf

+../common/logo-hochschule-bochum-cvh-text.pdf
\ No newline at end of file

20220414/logo-hochschule-bochum.pdf

+../common/logo-hochschule-bochum.pdf
\ No newline at end of file

20220414/pgslides.sty

+../common/pgslides.sty
\ No newline at end of file

20220414/stl-0.c

+#include <stdio.h>
+
+int prime[] = { 2, 3, 5, 7, 11 };
+
+int main (void)
+{
+  for (int i = 0; i < 5; i++)
+    printf ("%d ", prime[i]);
+  printf ("\n");
+  return 0;
+}

20220414/stl-1.c

+#include <stdio.h>
+
+int prime[] = { 2, 3, 5, 7, 11 };
+
+int main (void)
+{
+  for (int *p = prime; p < prime + 5; p++)
+    printf ("%d ", *p);
+  printf ("\n");
+  return 0;
+}

20220414/stl-10.cpp

+#include <stdio.h>
+#include <vector>
+
+std::vector <int> prime = { { 2, 3, 5, 7, 11 } };
+
+int main (void)
+{
+  for (int p : prime)
+    printf ("%d ", p);
+  printf ("\n");
+  return 0;
+}

20220414/stl-11.cpp

+#include <stdio.h>
+#include <vector>
+
+std::vector <short int> prime = { { 2, 3, 5, 7, 11 } };
+
+int main (void)
+{
+  for (int p : prime)
+    printf ("%d ", p);
+  printf ("\n");
+  return 0;
+}

20220414/stl-12.cpp

+#include <stdio.h>
+#include <vector>
+
+std::vector <long int> prime = { { 2, 3, 5, 7, 11 } };
+
+int main (void)
+{
+  for (int p : prime)
+    printf ("%d ", p);
+  printf ("\n");
+  return 0;
+}

20220414/stl-13.c

+#include <stdio.h>
+
+int main (void)
+{
+  auto int answer = 42;
+  printf ("%d\n", answer);
+  return 0;
+}

20220414/stl-13.txt

+#include <stdio.h>
+
+int main (void)
+{
+  auto int answer = 42;
+  printf ("%d\n", answer);
+  return 0;
+}
+cassini/home/peter/bo/2022ss/ad/20220414> gcc -Wall -O stl-13.c -o stl-13
+cassini/home/peter/bo/2022ss/ad/20220414> ./stl-13
+42
+cassini/home/peter/bo/2022ss/ad/20220414> g++ -Wall -O stl-13.c -o stl-13
+stl-13.c: In function ‘int main()’:
+stl-13.c:5:12: error: two or more data types in declaration of ‘answer’
+   auto int answer = 42;
+            ^~~~~~
+stl-13.c:6:19: error: ‘answer’ was not declared in this scope
+   printf ("%d\n", answer);
+                   ^~~~~~
+cassini/home/peter/bo/2022ss/ad/20220414>

20220414/stl-14.cpp

+#include <stdio.h>
+#include <vector>
+
+std::vector <long long int> prime = { { 2, 3, 5, 7, 11, 16777217 } };
+
+int main (void)
+{
+  for (short int p : prime)
+    printf ("%d ", p);
+  printf ("\n");
+  return 0;
+}

20220414/stl-15.cpp

+#include <stdio.h>
+
+int answer ()
+{
+  return 42;
+}
+
+int main (void)
+{
+  auto a = answer ();
+  printf ("%d\n", a);
+  return 0;
+}

20220414/stl-16.cpp

+#include <stdio.h>
+
+int main (void)
+{
+  auto a = 42;
+  printf ("%d\n", a);
+  printf ("%zd\n", sizeof (a));
+  return 0;
+}

20220414/stl-17.cpp

+#include <stdio.h>
+
+int main (void)
+{
+  auto a = 1000000000000;
+  printf ("%d\n", a);
+  printf ("%zd\n", sizeof (a));
+  return 0;
+}

20220414/stl-18.cpp

+#include <iostream>
+
+int main (void)
+{
+  auto a = 1000000000000;
+  std::cout << a << std::endl
+            << sizeof (a) << std::endl;
+  return 0;
+}

20220414/stl-19.cpp

+#include <iostream>
+#include <typeinfo>
+
+int main (void)
+{
+  auto a = 1000000000000;
+  std::cout << typeid (a).name () << std::endl;
+  return 0;
+}

20220414/stl-2.c

+#include <stdio.h>
+
+int prime[] = { 2, 3, 5, 7, 11 };
+
+int main (void)
+{
+  for (int *p = prime; p != prime + 5; p++)
+    printf ("%d ", *p);
+  printf ("\n");
+  return 0;
+}