Vorbereitung 14.11.2024

20241114/Makefile-1

+philosophy: philosophy.o answer.o
+	gcc philosophy.o answer.o -o philosophy
+
+answer.o: answer.c answer.h
+	gcc -Wall -O answer.c -c
+
+philosophy.o: philosophy.c answer.h
+	gcc -Wall -O philosophy.c -c

20241114/Makefile-2

+TARGET = philosophy
+OBJECTS = philosophy.o answer.o
+HEADERS = answer.h
+CFLAGS = -Wall -O
+
+$(TARGET): $(OBJECTS)
+	gcc $(OBJECTS) -o $(TARGET)
+
+answer.o: answer.c $(HEADERS)
+	gcc $(CFLAGS) answer.c -c
+
+philosophy.o: philosophy.c $(HEADERS)
+	gcc $(CFLAGS) philosophy.c -c
+
+clean:
+	rm -f $(OBJECTS) $(TARGET)

20241114/Makefile-3

+TARGET = philosophy
+OBJECTS = philosophy.o answer.o
+HEADERS = answer.h
+CFLAGS = -Wall -O
+
+$(TARGET): $(OBJECTS)
+	gcc $(OBJECTS) -o $(TARGET)
+
+%.o: %.c $(HEADERS)
+	gcc $(CFLAGS) $< -c
+
+clean:
+	rm -f $(OBJECTS) $(TARGET)

20241114/answer.c

+#include "answer.h"
+
+int answer (void)
+{
+  return 23;
+}

20241114/answer.h

+extern int answer (void);

20241114/hexe.h

+eine kleine Hexe.

20241114/hp-musterloesung-20241114.tex

+% hp-musterloesung-20241114.pdf - Solutions to the Exercises on Low-Level Programming / Applied Computer Sciences
+% Copyright (C) 2013, 2015-2023, 2024  Peter Gerwinski
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+% document.  If not, see <http://creativecommons.org/licenses/>.
+
+% README: 4: Text-Grafik-Bibliothek, Datum-Bibliothek, Ausgabe von Hexadezimal-Zahlen
+
+\documentclass[a4paper]{article}
+
+\usepackage{pgscript}
+
+\begin{document}
+
+  \section*{Hardwarenahe Programmierung\\
+            Musterlösung zu den Übungsaufgaben 4 -- 14.\ November 2024}
+
+  \exercise{Text-Grafik-Bibliothek}
+
+  \begin{minipage}[t]{0.45\textwidth}
+    Schreiben Sie eine Bibliothek für "`Text-Grafik"' mit folgenden Funktionen:\vspace*{-\medskipamount}
+    \begin{itemize}
+      \item
+        \lstinline|void clear (char c)|\\
+        Bildschirm auf Zeichen \lstinline|c| löschen,\\
+        also komplett mit diesem Zeichen\\
+        (z.\,B.: Leerzeichen) füllen
+      \item
+        \lstinline|void put_point (int x, int y, char c)|\\
+        Punkt setzen (z.\,B.\ einen Stern (\lstinline{*})\\
+        an die Stelle $(x,y)$ "`malen"')
+      \item
+        \lstinline|char get_point (int x, int y)|\\
+        Punkt lesen
+%      \item
+%        \lstinline|void fill (int x, int y, char c, char o)|\\
+%        Fläche in der "`Farbe"' \lstinline|o|,
+%        die den Punkt \lstinline|(x, y)| enthält,
+%        mit der "`Farbe"' \lstinline|c| ausmalen
+      \item
+        \lstinline|void display (void)|\\
+        das Gezeichnete auf dem Bildschirm\\
+        ausgeben
+    \end{itemize}
+    \points{8}
+  \end{minipage}\hfill
+  \begin{minipage}[t]{0.45\textwidth}
+    \strut\\[-1.2cm]
+    Hinweise:\vspace*{-\medskipamount}
+    \begin{itemize}
+      \item
+        Eine C-Bibliothek besteht aus (mindestens)
+        einer \file{.h}-Datei und einer \file{.c}-Datei.
+      \item
+        Verwenden Sie ein Array als "`Bildschirm"'.
+
+        Vor dem Aufruf der Funktion \lstinline|display()| ist nichts zu sehen;
+        alle Grafikoperationen erfolgen auf dem Array.
+      \item
+        Verwenden Sie Präprozessor-Konstante,
+        z.\,B.\ \lstinline{WIDTH} und \lstinline{HEIGHT},
+        um Höhe und Breite des "`Bildschirms"' festzulegen, z.\,B.:
+        \begin{lstlisting}[gobble=8]
+          #define WIDTH 72
+          #define HEIGHT 24
+        \end{lstlisting}
+      \item
+       Schreiben Sie zusätzlich ein Test-Pro\-gramm,
+       das alle Funktionen der Bibliothek benutzt,
+       um ein hübsches Bild (z.\,B.\ ein stilisiertes Gesicht -- "`Smiley"')
+       auszugeben.
+    \end{itemize}
+  \end{minipage}
+
+  \solution
+
+  Siehe die Dateien \gitfile{hp}{2024ws/20241114}{textgraph.c} und \gitfile{hp}{2024ws/20241114}{textgraph.h} (Bibliothek)
+  sowie \gitfile{hp}{2024ws/20241114}{test-textgraph.c} (Test-Programm).
+
+  Diese Lösung erfüllt zusätzlich die Aufgabe,
+  bei fehlerhafter Benutzung (Koordinaten außerhalb des Zeichenbereichs)
+  eine sinnvolle Fehlermeldung auszugeben,
+  anstatt unkontrolliert Speicher zu überschreiben und abzustürzen.
+
+  Das Schlüsselwort \lstinline{static}
+  bei der Deklaration der Funktion \lstinline{check_coordinates()}
+  bedeutet, daß diese Funktion nur lokal (d.\,h.\ innerhalb der Bibliothek)
+  verwendet und insbesondere nicht nach außen
+  (d.\,h.\ für die Benutzung durch das Hauptprogramm) exportiert wird.
+  Dies dient dazu, nicht unnötig Bezeichner zu reservieren
+  (Vermeidung von "`Namensraumverschmutzung"').
+
+  Man beachte die Verwendung einfacher Anführungszeichen (Apostrophe)
+  bei der Angabe von \lstinline{char}-Kon"-stanten (\lstinline{'*'})
+  im Gegensatz zur Verwendung doppelter Anführungszeichen
+  bei der Angabe von String-Konstanten
+  (String = Array von \lstinline{char}s, abgeschlossen mit Null-Symbol).
+  Um das einfache Anführungszeichen selbst als \lstinline{char}-Konstante anzugeben,
+  ist ein vorangestellter Backslash erforderlich: \lstinline{'\''} ("`Escape-Sequenz"').
+  Entsprechendes gilt für die Verwendung doppelter Anführungszeichen
+  innerhalb von String-Konstanten:
+  \lstinline{printf ("Your name is: \"%s\"", name);}
+
+  \exercise{Datum-Bibliothek}
+
+  Schreiben Sie eine Bibliothek (\file{.c}-Datei und \file{.h}-Datei)
+  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.
+
+  \points{8}
+
+  \solution
+
+  Die Dateien \gitfile{hp}{2024ws/20241114}{loesung-2.c},
+  \gitfile{hp}{2024ws/20241114}{loesung-2.h}
+  und \gitfile{hp}{2024ws/20241114}{loesung-2-test.c}
+  enthalten die Bibliothek und das Test-Programm.
+
+  Eine detaillierte Anleitung,
+  wie man auf die Funktion \lstinline{date_next()} kommt,
+  finden Sie im Skript zur Lehrveranstaltung,
+  Datei \gitfile{hp}{2024ws/script}{hp-2024ws.pdf},
+  ab Seite 29.
+
+  \exercise{Ausgabe von Hexadezimalzahlen}
+
+  Schreiben Sie eine Funktion \lstinline{void print_hex (uint32_t x)},
+  die eine gegebene vorzeichenlose 32-Bit-Ganzzahl \lstinline{x}
+  als Hexadezimalzahl ausgibt.
+  (Der Datentyp \lstinline{uint32_t} ist mit \lstinline{#include <stdint.h>} verfügbar.)
+
+  Verwenden Sie dafür \emph{nicht\/} \lstinline{printf()} mit
+  der Formatspezifikation \lstinline{%x} als fertige Lösung,
+  sondern programmieren Sie die nötige Ausgabe selbst.
+  (Für Tests ist \lstinline{%x} hingegen erlaubt und sicherlich nützlich.)
+
+  Die Verwendung von \lstinline{printf()}
+  mit anderen Formatspezifikationen wie z.\,B.\ \lstinline{%d}
+  oder \lstinline{%c} oder \lstinline{%s} ist hingegen zulässig.
+
+  \points{8}
+
+  (Hinweis für die Klausur: Abgabe auf Datenträger ist erlaubt und erwünscht,
+  aber nicht zwingend.)
+
+
+  \solution
+
+  Um die Ziffern von \lstinline{x} zur Basis 16 zu isolieren,
+  berechnen wir \lstinline{x % 16} (modulo 16 = Rest bei Division durch 16)
+  und dividieren anschließend \lstinline{x} durch 16,
+  solange bis \lstinline{x} den Wert 0 erreicht.
+
+  Wenn wir die auf diese Weise ermittelten Ziffern direkt ausgeben,
+  sind sie \emph{Little-Endian}, erscheinen also in umgekehrter Reihenfolge.
+  Die Datei \gitfile{hp}{2024ws/20241114}{loesung-3-1.c} setzt diesen Zwischenschritt um.
+
+  Die Ausgabe der Ziffern erfolgt in \gitfile{hp}{2024ws/20241114}{loesung-3-1.c}
+  über \lstinline{printf ("%d")}
+  für die Ziffern 0 bis 9. Für die darüberliegenden Ziffern
+  wird der Buchstabe \lstinline{a} um die Ziffer abzüglich 10 inkrementiert
+  und der erhaltene Wert mit \lstinline{printf ("%c")} als Zeichen ausgegeben.
+
+  Um die umgekehrte Reihenfolge zu beheben,
+  speichern wir die Ziffern von \lstinline{x}
+  in einem Array \lstinline{digits[]} zwischen
+  und geben sie anschließend in einer zweiten Schleife
+  in umgekehrter Reihenfolge aus (siehe \gitfile{hp}{2024ws/20241114}{loesung-3-2.c}).
+  Da wir wissen, daß \lstinline{x} eine 32-Bit-Zahl ist
+  und daher höchstens 8 Hexadezimalziffern haben kann,
+  ist 8 eine sinnvolle Länge für das Ziffern-Array \lstinline{digits[8]}.
+
+  Nun sind die Ziffern in der richtigen Reihenfolge,
+  aber wir erhalten zusätzlich zu den eigentlichen Ziffern führende Nullen.
+  Da in der Aufgabenstellung nicht von führenden Nullen die Rede war,
+  sind diese nicht verboten; \gitfile{hp}{2024ws/20241114}{loesung-3-2.c} ist daher
+  eine richtige Lösung der Aufgabe.
+
+  \breath
+
+  Wenn wir die führenden Nullen vermeiden wollen,
+  können wir die \lstinline{for}-Schleifen durch \lstinline{while}-Schleifen ersetzen.
+  Die erste Schleife zählt hoch, solange \lstinline{x} ungleich 0 ist;
+  die zweite zählt von dem erreichten Wert aus wieder herunter
+  -- siehe \gitfile{hp}{2024ws/20241114}{loesung-3-3.c}.
+  Da wir wissen, daß die Zahl \lstinline{x} höchstens 32 Bit,
+  also höchstens 8 Hexadezimalziffern hat,
+  wissen wir, daß \lstinline{i} höchstens den Wert 8 erreichen kann,
+  das Array also nicht überlaufen wird.
+
+  Man beachte, daß der Array-Index nach der ersten Schleife "`um einen zu hoch"' ist.
+  In der zweiten Schleife muß daher \emph{zuerst\/} der Index dekrementiert werden.
+  Erst danach darf ein Zugriff auf \lstinline{digit[i]} erfolgen.
+
+  \breath
+\end{document}

20241114/hp-uebung-20241114.tex

+% hp-uebung-20241114.pdf - Exercises on Low-Level Programming / Applied Computer Sciences
+% Copyright (C) 2013, 2015-2023, 2024  Peter Gerwinski
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+
+% README: 4: Text-Grafik-Bibliothek, Datum-Bibliothek, Ausgabe von Hexadezimal-Zahlen
+
+\documentclass[a4paper]{article}
+
+\usepackage{pgscript}
+
+\begin{document}
+
+  \section*{Hardwarenahe Programmierung\\
+            Übungsaufgaben 4 -- 14.\ November 2024}
+
+  Diese Übung enthält Punkteangaben wie in einer Klausur.
+  Um zu "`bestehen"', müssen Sie innerhalb von 70 Minuten
+  unter Verwendung ausschließlich zugelassener Hilfsmittel
+  12 Punkte (von insgesamt \totalpoints) erreichen.
+
+  \thispagestyle{empty}
+
+  \exercise{Text-Grafik-Bibliothek}
+
+  \begin{minipage}[t]{0.45\textwidth}
+    Schreiben Sie eine Bibliothek für "`Text-Grafik"' mit folgenden Funktionen:\vspace*{-\medskipamount}
+    \begin{itemize}
+      \item
+        \lstinline|void clear (char c)|\\
+        Bildschirm auf Zeichen \lstinline|c| löschen,\\
+        also komplett mit diesem Zeichen\\
+        (z.\,B.: Leerzeichen) füllen
+      \item
+        \lstinline|void put_point (int x, int y, char c)|\\
+        Punkt setzen (z.\,B.\ einen Stern (\lstinline{*})\\
+        an die Stelle $(x,y)$ "`malen"')
+      \item
+        \lstinline|char get_point (int x, int y)|\\
+        Punkt lesen
+%      \item
+%        \lstinline|void fill (int x, int y, char c, char o)|\\
+%        Fläche in der "`Farbe"' \lstinline|o|,
+%        die den Punkt \lstinline|(x, y)| enthält,
+%        mit der "`Farbe"' \lstinline|c| ausmalen
+      \item
+        \lstinline|void display (void)|\\
+        das Gezeichnete auf dem Bildschirm\\
+        ausgeben
+    \end{itemize}
+    \points{8}
+  \end{minipage}\hfill
+  \begin{minipage}[t]{0.45\textwidth}
+    \strut\\[-1.2cm]
+    Hinweise:\vspace*{-\medskipamount}
+    \begin{itemize}
+      \item
+        Eine C-Bibliothek besteht aus (mindestens)
+        einer \file{.h}-Datei und einer \file{.c}-Datei.
+      \item
+        Verwenden Sie ein Array als "`Bildschirm"'.
+
+        Vor dem Aufruf der Funktion \lstinline|display()| ist nichts zu sehen;
+        alle Grafikoperationen erfolgen auf dem Array.
+      \item
+        Verwenden Sie Präprozessor-Konstante,
+        z.\,B.\ \lstinline{WIDTH} und \lstinline{HEIGHT},
+        um Höhe und Breite des "`Bildschirms"' festzulegen, z.\,B.:
+        \begin{lstlisting}[gobble=8]
+          #define WIDTH 72
+          #define HEIGHT 24
+        \end{lstlisting}
+      \item
+       Schreiben Sie zusätzlich ein Test-Pro\-gramm,
+       das alle Funktionen der Bibliothek benutzt,
+       um ein hübsches Bild (z.\,B.\ ein stilisiertes Gesicht -- "`Smiley"')
+       auszugeben.
+    \end{itemize}
+  \end{minipage}
+
+  \exercise{Datum-Bibliothek}
+
+  Schreiben Sie eine Bibliothek (\file{.c}-Datei und \file{.h}-Datei)
+  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.
+
+  \points{8}
+
+  \exercise{Ausgabe von Hexadezimalzahlen}
+
+  Schreiben Sie eine Funktion \lstinline{void print_hex (uint32_t x)},
+  die eine gegebene vorzeichenlose 32-Bit-Ganzzahl \lstinline{x}
+  als Hexadezimalzahl ausgibt.
+  (Der Datentyp \lstinline{uint32_t} ist mit \lstinline{#include <stdint.h>} verfügbar.)
+
+  Verwenden Sie dafür \emph{nicht\/} \lstinline{printf()} mit
+  der Formatspezifikation \lstinline{%x} als fertige Lösung,
+  sondern programmieren Sie die nötige Ausgabe selbst.
+  (Für Tests ist \lstinline{%x} hingegen erlaubt und sicherlich nützlich.)
+
+  Die Verwendung von \lstinline{printf()}
+  mit anderen Formatspezifikationen wie z.\,B.\ \lstinline{%d}
+  oder \lstinline{%c} oder \lstinline{%s} ist hingegen zulässig.
+
+  \points{8}
+
+  (Hinweis für die Klausur: Abgabe auf Datenträger ist erlaubt und erwünscht,
+  aber nicht zwingend.)
+
+  \makeatletter
+    \immediate\write\@mainaux{\string\gdef\string\totalpoints{\arabic{points}}}
+  \makeatother
+
+\end{document}

20241114/loesung-2-test.c

+#include <stdio.h>
+#include "loesung-2.h"
+
+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;
+}

20241114/loesung-2.c

+#include "loesung-2.h"
+
+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;
+        }
+    }
+}

20241114/loesung-2.h

+#include <stdio.h>
+
+typedef struct
+{
+  char day, month;
+  int year;
+}
+date;
+
+extern int is_leap_year (int year);
+extern int days_in_month (int month, int year);
+extern void date_print (date *d);
+extern int date_set (date *d, char day, char month, int year);
+extern void date_next (date *d);

20241114/loesung-3-1.c

+#include <stdio.h>
+#include <stdint.h>
+
+void print_hex (uint32_t x)
+{
+  while (x)
+    {
+      int digit = x % 16;
+      if (digit < 10)
+        printf ("%d", digit);
+      else
+        printf ("%c", 'a' + digit - 10);
+      x /= 16;
+    }
+}
+
+int main (void)
+{
+  print_hex (0xcafe42);
+  printf ("\n");
+  return 0;
+}

20241114/loesung-3-2.c

+#include <stdio.h>
+#include <stdint.h>
+
+void print_hex (uint32_t x)
+{
+  char digit[8];
+  for (int i = 0; i < 8; i++)
+    {
+      digit[i] = x % 16;
+      x /= 16;
+    }
+  for (int i = 7; i >= 0; i--)
+    {
+      if (digit[i] < 10)
+        printf ("%d", digit[i]);
+      else
+        printf ("%c", 'a' + digit[i] - 10);
+    }
+}
+
+int main (void)
+{
+  print_hex (0xcafe42);
+  printf ("\n");
+  return 0;
+}

20241114/loesung-3-3.c

+#include <stdio.h>
+#include <stdint.h>
+
+void print_hex (uint32_t x)
+{
+  char digit[8];
+  int i = 0;
+  while (x)
+    {
+      digit[i] = x % 16;
+      x /= 16;
+      i++;
+    }
+  while (i > 0)
+    {
+      i--;
+      if (digit[i] < 10)
+        printf ("%d", digit[i]);
+      else
+        printf ("%c", 'a' + digit[i] - 10);
+    }
+}
+
+int main (void)
+{
+  print_hex (0xcafe42);
+  printf ("\n");
+  return 0;
+}

20241114/loesung-3-4.c

+#include <stdio.h>
+#include <stdint.h>
+
+void print_hex (uint32_t x)
+{
+  char digit[8];
+  for (int i = 0; i < 8; i++)
+    {
+      digit[i] = x % 16;
+      x /= 16;
+    }
+  int printing = 0;
+  for (int i = 7; i >= 0; i--)
+    {
+      if (printing || digit[i] != 0)
+        {
+          printing = 1;
+          if (digit[i] < 10)
+            printf ("%d", digit[i]);
+          else
+            printf ("%c", 'a' + digit[i] - 10);
+        }
+    }
+}
+
+int main (void)
+{
+  print_hex (0xcafe42);
+  printf ("\n");
+  return 0;
+}

20241114/loesung-3-5.c

+#include <stdio.h>
+#include <stdint.h>
+
+void print_hex (uint32_t x)
+{
+  char digit[8];
+  int i = 0;
+  while (x)
+    {
+      digit[i] = x & 0x0000000f;
+      x >>= 4;
+      i++;
+    }
+  while (i > 0)
+    {
+      i--;
+      if (digit[i] < 10)
+        printf ("%d", digit[i]);
+      else
+        printf ("%c", 'a' + digit[i] - 10);
+    }
+}
+
+int main (void)
+{
+  print_hex (0xcafe42);
+  printf ("\n");
+  return 0;
+}