hp-uebung-20231019.tex

% hp-uebung-20231019.pdf - Exercises on Low-Level Programming / Applied Computer Sciences
% Copyright (C) 2013, 2015, 2016, 2017, 2018, 2019, 2020, 2021, 2022, 2023  Peter Gerwinski
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% README: Seltsame Programme, Kalender-Berechnung, Strings, Programm analysieren

\documentclass[a4paper]{article}

\usepackage{pgscript}

\begin{document}

  \thispagestyle{empty}

  \section*{Hardwarenahe Programmierung\\
            Übungsaufgaben -- 19.\ Oktober 2023}

  \exercise{Seltsame Programme}

  Unter \url{https://gitlab.cvh-server.de/pgerwinski/hp/tree/2022ws/20211017}
  finden Sie (unter anderem)\\
  die Programme \gitfile{hp}{2023ws/20231019}{test-1.c},
  \gitfile{hp}{2023ws/20231019}{test-2.c} und \gitfile{hp}{2023ws/20231019}{test-3.c}.

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

  \exercise{Kalender-Berechnung}

  Am 3.\,1.\,2009 meldete \emph{heise online\/}:
  \begin{quote}
    Kunden des ersten mobilen Media-Players von Microsoft
    erlebten zum Jahresende eine böse Überraschung:
    Am 31.\ Dezember 2008 fielen weltweit alle Zune-Geräte der ersten Generation aus.
    Ursache war ein interner Fehler bei der Handhabung von Schaltjahren.

    \strut\hfill\url{http://heise.de/-193332}, 
  \end{quote}
  Der Artikel verweist auf ein Quelltextfragment (Datei: \gitfile{hp}{2023ws/20231019}{aufgabe-2.c}),
  das für einen gegebenen Wert \lstinline{days}
  das Jahr und den Tag innerhalb des Jahres
  für den \lstinline{days}-ten Tag nach dem 1.\,1.\,1980 berechnen soll:
  \begin{lstlisting}
     year = ORIGINYEAR;  /* = 1980 */

     while (days > 365)
       {
         if (IsLeapYear (year))
           {
             if (days > 366)
               {
                 days -= 366;
                 year += 1;
               }
           }
         else
           {
             days -= 365;
             year += 1;
           }
       }
  \end{lstlisting}
  Dieses Quelltextfragment enthält schlechten Programmierstil,
  nämlich mehrere Code-Verdopplungen:
  \begin{itemize}
    \item
      Die Anweisung \lstinline{year += 1} taucht an zwei Stellen auf.
    \item
      Es gibt zwei unabhängige Abfragen \lstinline{days > 365} und \lstinline{days > 366}:\\
      eine in einer \lstinline{while}- und die andere in einer \lstinline{if}-Bedingung.
    \item
      Die Länge eines Jahres wird nicht durch eine Funktion berechnet oder in einer Variablen gespeichert;
      stattdessen werden an mehreren Stellen die expliziten numerischen Konstanten 365 und 366 verwendet.
  \end{itemize}
  Diese Probleme führten am 31.\ Dezember 2008 zu einer Endlosschleife.

  Gut hingegen ist die Verwendung einer Konstanten \lstinline{ORIGINYEAR}
  anstelle der Zahl 1980
  sowie die Kapselung der Berechnung der Schaltjahr-Bedingung
  in einer Funktion \lstinline{IsLeapYear()}.

  \begin{itemize}
    \item[(a)]
      Erklären Sie das Zustandekommen der Endlosschleife.
    \item[(b)]
      Schreiben Sie das Quelltextfragment so um, daß es die beschriebenen Probleme
      nicht mehr enthält.
  \end{itemize}

  \textbf{Hinweis 1:} Verwenden Sie für \lstinline{IsLeapYear()}
  Ihre eigene Funktion aus Aufgabe 1 der letzten Übung.

  \textbf{Hinweis 2}: Schreiben Sie zusätzlich eine Funktion \lstinline{DaysInYear()}.

  \exercise{Strings}

  Strings werden in der Programmiersprache C
  durch Zeiger auf \lstinline{char}-Variable realisiert.

  Wir betrachten die folgende Funktion (Datei: \gitfile{hp}{2023ws/20231019}{aufgabe-3.c}):
  \begin{center}
    \begin{minipage}{8cm}
      \begin{lstlisting}[gobble=8]
        int fun_1 (char *s1, char *s2)
        {
          int result = 1;
          for (int i = 0; s1[i] && s2[i]; i++)
            if (s1[i] != s2[i])
              result = 0;
          return result;
        }
      \end{lstlisting}
    \end{minipage}%
  \end{center}
  \begin{itemize}
    \item[(a)]
      Was bewirkt die Funktion? % \points{3}
    \item[(b)]
      Welchen Sinn hat die Bedingung "`\lstinline{s1[i] && s2[i]}"'
      in der \lstinline{for}-Schleife? % \points{2}
    \item[(c)]
      Was würde sich ändern, wenn die Bedingung "`\lstinline{s1[i] && s2[i]}"'
      in der \lstinline{for}-Schleife\\
      zu "`\lstinline{s1[i]}"' verkürzt würde? % \points{3}
%    \item[(d)]
%      Von welcher Ordnung (Landau-Symbol) ist die Funktion \lstinline{fun_1()}
%      hinsichtlich der Anzahl ihrer Zugriffe auf die Zeichen in den Strings
%      -- und warum? % \points{2}
    \item[(d)]
      Schreiben Sie eine eigene Funktion,
      die dieselbe Aufgabe erledigt wie \lstinline{fun_1()}, nur effizienter.
%      und geben Sie die Ordnung (Landau-Symbol) der von Ihnen geschriebenen Funktion an. % \points{5}
  \end{itemize}

  \exercise{Programm analysieren}

  Wir betrachten das folgende C-Programm (Datei: \gitfile{hp}{2023ws/20231019}{aufgabe-4.c}):
  \begin{lstlisting}
    char*f="char*f=%c%s%c;main(){printf(f,34,f,34,10);}%c";main(){printf(f,34,f,34,10);}
  \end{lstlisting}
  \vspace{-\medskipamount}
  \begin{itemize}
    \item[(a)]
      Was bewirkt dieses Programm?
    \item[(b)]
      Wofür stehen die Zahlen?
    \item[(c)]
      Ergänzen Sie das Programm derart, daß seine \lstinline{main()}-Funktion
      \lstinline{int main (void)} lautet und eine \lstinline{return}-Anweisung hat,
      wobei die in Aufgabenteil (a) festgestellte Eigenschaft erhalten bleiben soll.
  \end{itemize}

\end{document}

% README: Seltsame Programme, Kalender-Berechnung, Strings, Programm analysieren

\documentclass[a4paper]{article}

\usepackage{pgscript}

\begin{document}

  \thispagestyle{empty}

  \section*{Hardwarenahe Programmierung\\
            Übungsaufgaben -- 17.\ Oktober 2022}

  \exercise{Seltsame Programme}

  Unter \url{https://gitlab.cvh-server.de/pgerwinski/hp/tree/2022ws/20211017}
  finden Sie (unter anderem)\\
  die Programme \gitfile{hp}{2023ws/20231019}{test-1.c},
  \gitfile{hp}{2023ws/20231019}{test-2.c} und \gitfile{hp}{2023ws/20231019}{test-3.c}.

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

  \exercise{Kalender-Berechnung}

  Am 3.\,1.\,2009 meldete \emph{heise online\/}:
  \begin{quote}
    Kunden des ersten mobilen Media-Players von Microsoft
    erlebten zum Jahresende eine böse Überraschung:
    Am 31.\ Dezember 2008 fielen weltweit alle Zune-Geräte der ersten Generation aus.
    Ursache war ein interner Fehler bei der Handhabung von Schaltjahren.

    \strut\hfill\url{http://heise.de/-193332}, 
  \end{quote}
  Der Artikel verweist auf ein Quelltextfragment (Datei: \gitfile{hp}{2023ws/20231019}{aufgabe-2.c}),
  das für einen gegebenen Wert \lstinline{days}
  das Jahr und den Tag innerhalb des Jahres
  für den \lstinline{days}-ten Tag nach dem 1.\,1.\,1980 berechnen soll:
  \begin{lstlisting}
     year = ORIGINYEAR;  /* = 1980 */

     while (days > 365)
       {
         if (IsLeapYear (year))
           {
             if (days > 366)
               {
                 days -= 366;
                 year += 1;
               }
           }
         else
           {
             days -= 365;
             year += 1;
           }
       }
  \end{lstlisting}
  Dieses Quelltextfragment enthält schlechten Programmierstil,
  nämlich mehrere Code-Verdopplungen:
  \begin{itemize}
    \item
      Die Anweisung \lstinline{year += 1} taucht an zwei Stellen auf.
    \item
      Es gibt zwei unabhängige Abfragen \lstinline{days > 365} und \lstinline{days > 366}:\\
      eine in einer \lstinline{while}- und die andere in einer \lstinline{if}-Bedingung.
    \item
      Die Länge eines Jahres wird nicht durch eine Funktion berechnet oder in einer Variablen gespeichert;
      stattdessen werden an mehreren Stellen die expliziten numerischen Konstanten 365 und 366 verwendet.
  \end{itemize}
  Diese Probleme führten am 31.\ Dezember 2008 zu einer Endlosschleife.

  Gut hingegen ist die Verwendung einer Konstanten \lstinline{ORIGINYEAR}
  anstelle der Zahl 1980
  sowie die Kapselung der Berechnung der Schaltjahr-Bedingung
  in einer Funktion \lstinline{IsLeapYear()}.

  \begin{itemize}
    \item[(a)]
      Erklären Sie das Zustandekommen der Endlosschleife.
    \item[(b)]
      Schreiben Sie das Quelltextfragment so um, daß es die beschriebenen Probleme
      nicht mehr enthält.
  \end{itemize}

  \textbf{Hinweis 1:} Verwenden Sie für \lstinline{IsLeapYear()}
  Ihre eigene Funktion aus Aufgabe 1 der letzten Übung.

  \textbf{Hinweis 2}: Schreiben Sie zusätzlich eine Funktion \lstinline{DaysInYear()}.

  \exercise{Strings}

  Strings werden in der Programmiersprache C
  durch Zeiger auf \lstinline{char}-Variable realisiert.

  Wir betrachten die folgende Funktion (Datei: \gitfile{hp}{2023ws/20231019}{aufgabe-3.c}):
  \begin{center}
    \begin{minipage}{8cm}
      \begin{lstlisting}[gobble=8]
        int fun_1 (char *s1, char *s2)
        {
          int result = 1;
          for (int i = 0; s1[i] && s2[i]; i++)
            if (s1[i] != s2[i])
              result = 0;
          return result;
        }
      \end{lstlisting}
    \end{minipage}%
  \end{center}
  \begin{itemize}
    \item[(a)]
      Was bewirkt die Funktion? % \points{3}
    \item[(b)]
      Welchen Sinn hat die Bedingung "`\lstinline{s1[i] && s2[i]}"'
      in der \lstinline{for}-Schleife? % \points{2}
    \item[(c)]
      Was würde sich ändern, wenn die Bedingung "`\lstinline{s1[i] && s2[i]}"'
      in der \lstinline{for}-Schleife\\
      zu "`\lstinline{s1[i]}"' verkürzt würde? % \points{3}
%    \item[(d)]
%      Von welcher Ordnung (Landau-Symbol) ist die Funktion \lstinline{fun_1()}
%      hinsichtlich der Anzahl ihrer Zugriffe auf die Zeichen in den Strings
%      -- und warum? % \points{2}
    \item[(d)]
      Schreiben Sie eine eigene Funktion,
      die dieselbe Aufgabe erledigt wie \lstinline{fun_1()}, nur effizienter.
%      und geben Sie die Ordnung (Landau-Symbol) der von Ihnen geschriebenen Funktion an. % \points{5}
  \end{itemize}

  \exercise{Programm analysieren}

  Wir betrachten das folgende C-Programm (Datei: \gitfile{hp}{2023ws/20231019}{aufgabe-4.c}):
  \begin{lstlisting}
    char*f="char*f=%c%s%c;main(){printf(f,34,f,34,10);}%c";main(){printf(f,34,f,34,10);}
  \end{lstlisting}
  \vspace{-\medskipamount}
  \begin{itemize}
    \item[(a)]
      Was bewirkt dieses Programm?
    \item[(b)]
      Wofür stehen die Zahlen?
    \item[(c)]
      Ergänzen Sie das Programm derart, daß seine \lstinline{main()}-Funktion
      \lstinline{int main (void)} lautet und eine \lstinline{return}-Anweisung hat,
      wobei die in Aufgabenteil (a) festgestellte Eigenschaft erhalten bleiben soll.
  \end{itemize}

\end{document}