Musteraufgaben für die Semesterendprüfung

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1 INE1 Musteraufgaben für die Semesterendprüfung Zeit Maximale Punktzahl Hilfsmittel Abgabe Hinweise 90 Minuten 90; alle sechs Aufgaben haben dasselbe Gewicht (je 15 Punkte) Zwei Blätter selbst verfasste, von Hand geschriebene Zusammenfassung (Vorder- und Rückseite kann beschrieben werden), keine anderen Hilfsmittel erlaubt, insbesondere keinerlei elektronische Hilfsmittel Füllen Sie dieses erste Aufgabenblatt aus und schreiben Sie alle Lösungsblätter mit Ihrem Namen, Vornamen und Ihrer Klasse sowie der entsprechenden Aufgabennummer an. Geben Sie alle Aufgaben- und Lösungsblätter ab. Bei einigen Aufgaben können Sie Ihre Lösung direkt auf das Aufgabenblatt schreiben. Lesen Sie alle Aufgabenstellungen sorgfältig durch, bevor Sie mit der Bearbeitung der für Sie leichtesten Aufgabe beginnen. Bitte schreiben Sie weder mit Bleistift noch mit roter Farbe. adrs, bkrt, meea, zema 1/11 I

2 Aufgabe 1: Exponentialfunktion Schreiben Sie eine C-Funktion double myexp(double x, int n), die als Näherungswert für exp(x) die ersten n Terme der Reihenentwicklung exp( ) = x i= 0 i x i! 2 x = 1+ x + 2! 3 x + 3! +... der Exponentialfunktion summiert. Hinweise: (1) Berechnen Sie in einer Schleife den jeweils neuen Summanden der Reihenentwicklung aus seinem Vorgänger. (2) Der berechnete Näherungswert sollte umso genauer sein, je mehr Terme der Reihenentwicklung Sie berücksichtigen, d.h. je grösser n ist. a) Schreiben Sie diese Funktion [9 Punkte] Auch wenn Sie Teilaufgabe a) nicht lösen, können Sie die Teilaufgaben b) und c) lösen: b) Wie testen Sie diese Funktion (möglichst automatisch)? Beschreiben Sie Ihr Vorgehen in zwei-drei kurzen Sätzen oder mit zwei-drei Stichworten [4 Punkte] c) Schreiben Sie einen Aufruf dieser Funktion, wie er z.b. in Ihrem Test stehen könnte.[2 Punkte] Aufgabe 2: Strings Die C-Funktion strfind sei wie folgt definiert: int strfind ( char c, const char strg[] ) { int index=0; while (strg[index]!= 0 && strg[index]!= c) { index += 1; if (strg[index] == 0) { index = -1; return index; a) Ergänzen Sie die Dokumentation der Funktion: [4 Punkte] Beschreibung: Parameter 1:... Parameter 2:... Rückgabewert: adrs, bkrt, meea, zema 2/11 I

3 b) Welche Funktionswerte liefern die folgenden Aufrufe: [2 Punkte] strfind(' ', "hallo welt") strfind(' ', "hallo") c) Nun soll eine Funktion strtrimleft geschrieben werden, die mögliche Whitespace- Zeichen (' ', '\t', '\n', '\r') am Anfang des Strings entfernt. [3 Punkte] Beispiel: char buf1[] = " hallo "; strtrimleft(buf1); // buf1 ist anschliessend: "hallo " char buf2[] = "\n\t \t hallo welt \n"; strtrimleft(buf2); // buf2 ist anschliessend: "hallo welt \n" Beachten Sie: Ein- und Ausgabe der Funktion werden über den einzigen Parameter abgewickelt, d.h. es wird ein String-Buffer übergeben, der zunächst den zu verarbeitenden String und anschliessend das Ergebnis enthält. Ausser strfind sollen keine weiteren Funktionen aufgerufen werden, insbesondere sollen auch keine Bibliotheksfunktionen verwendet werden. Achten Sie darauf, den resultierenden String auch korrekt abzuschliessen. Falls der übergebene String nur Whitespace-Zeichen enthält, soll ein leerer String resultieren. Beschreiben Sie zunächst in Textform, wie Sie das Problem lösen. d) Implementieren Sie die Funktion strtrimleft wie oben spezifiziert. [6 Punkte] Wichtig: Lesbarkeit des Programms, Klarheit des Programmaufbaus und Kommentare werden ebenfalls bewertet. adrs, bkrt, meea, zema 3/11 I

4 Aufgabe 3: Bit-Manipulation Ein Bild wird in einem Bildverarbeitungsprogramm normalerweise als eine 2D-Matrix von Bildpunkten (Pixel) gespeichert. Für jeden Pixel muss die Transparenz (alpha) und die Farbinformationen (RGB) gespeichert werden. Standardmässig werden diese Informationen in einem 32-Bit "unsigned Integer" als Byte-Felder wie folgt "verpackt" (nennen wir diese Notation ARGB-Integer): 32Bit Alpha Rot Grün Blau hex Werte von: 0x bis: 0x FF FF FF FF 8Bit Jede Komponente kann Werte annehmen. Möchte man die Pixel im Programm bearbeiten, so müssen die einzelnen Informationen (A,R,G,B) aus dem Integer in separate Variablen extrahiert, dann bearbeitet und am Schluss wieder zu einem solchen Integer zusammengesetzt werden. Bei einfacheren Aufgaben kann man evtl. ein Feld direkt manipulieren, ohne die anderen zu verändern. Aufgaben: a) Nehmen Sie an, dass in einem C-Programm ein Bildpunkt folgendermassen definiert ist: unsigned int pixel = (unsigned) 0xf1a1b2c3; Schreiben Sie einen C-Code-Abschnitt (max. 6 Zeilen), in welchem die Transparenz (alpha) in der Variablen pixel auf 0x8f setzt wird. Die anderen Bytes mit RGB- Information dürfen dabei nicht verändert werden! [4 Punkte] Beispiel: Inhalt von pixel vorher: 0xf1a1b2c3 Inhalt von pixel nachher: 0x8fa1b2c3 adrs, bkrt, meea, zema 4/11 I

5 b) Möchte man das Farbbild in ein Graustufen-Bild wandeln, benötigt man eine Funktion, die jeden ARGB-Pixel in einen Grauwert-Pixel umrechnet. Schreiben Sie eine Funktion grauwert(pixel), die einen ARGB-Integer als Input Parameter erhält und aus diesem einen Grauwert als gewichtetes Mittel gemäss der folgenden Formel berechnet: grauwert = 0.299*rot *gruen *blau; Anschliessend soll die Funktion als Return-Wert einen ARGB-Integer zurückgeben, in dem die RGB-Werte durch den berechneten Grauwert ersetzt werden (gleicher Wert in allen drei RGB-Bytes). Der Alpha-Wert soll unverändert bleiben. [11 Punkte] Beispiel: unsigned int pixel = (unsigned) 0xf1a1b2c3; printf("original-pixel = %x \n", pixel); printf("grauwert-pixel = %x \n", grauwert(pixel)); Ausgabe: Original-Pixel = 0xf1a1b2c3 Grauwert-Pixel = 0xf1bfbfbf (berechneter Grauwert = 191 = 0xbf) adrs, bkrt, meea, zema 5/11 I

6 Aufgabe 4: struct und 2-dim. Arrays Schreiben Sie eine Funktion maximum (nur diese!), die das grösste Element eines 2-dim. Arrays von int sowie die Nummer der Spalte und der Zeile zurückgibt, in denen dieses Maximum steht. Der Funktion wird das 2-dim Array als Parameter vom Typ Array of int übergeben. Die Funktion gibt dann das grösste Element sowie die Zeile und Spalte in einer struct Resultat zurück. Sie können voraussetzen, dass das Array nicht NULL ist, das müssen Sie also nicht extra prüfen. Beispiel: #define ZEILEN 3 #define SPALTEN 4 int matrix [ZEILEN][SPALTEN] = { { 1, 3, 5, -147, // 0. Zeile { 2, 1034, 6000, 8, // 1. Zeile { 3, -5, 7, 9 // 2. Zeile ; Die Funktion maximum gibt für matrix folgende Werte zurück: max=6000 spalte=2 zeile=1. a) Definieren Sie eine struct Resultat mit Elementen int max, zeile, spalte. [3 Punkte] Ihre Lösung: b) Implementieren Sie die Funktion maximum [9 Punkte] Ihre Lösung: adrs, bkrt, meea, zema 6/11 I

7 c) Geben Sie einen Aufruf Ihrer Funktion maximum an. Schreiben Sie die Werte der struct Resultat mit printf(...); auf stdout. Verwenden Sie dazu das Array und die Konstanten aus dem Beispiel. [3 Punkte] Ihre Lösung: adrs, bkrt, meea, zema 7/11 I

8 Aufgabe 5: längste Teilfolge Gegeben ist das folgende C-Codefragment: #define NX #define NY #define NZ unsigned char gueltig_x[nx], gueltig_y[ny], gueltig_z[nz];... In den Elementen dieser Arrays des Typs unsigned char sind Wahrheitswerte, also 0 oder 1, gespeichert, die angeben ob der betreffende Index eine für eine bestimmte Anwendung gültige Konfiguration bezeichnet oder nicht. (Der Typ unsigned char wurde gewählt, damit nicht mehr als ein Byte Speicherplatz für einen Wahrheitswert gebraucht wird.) Damit kann lesbarer Code geschrieben werden, wie z.b.... for (i=0; i<nx; i++) if (gueltig_x[i])... Schreiben Sie eine C-Funktion, die bestimmt, wo (d.h. mit welchem Index) in einem als Parameter übergebenen Array die längste Teilfolge von gültigen Indizes beginnt, und wie lang diese Teilfolge ist. Falls es mehrere gleich lange längste Teilfolgen gibt, soll das erste Auftreten angegeben werden. Ihre Funktion soll für Arrays beliebiger Länge funktionieren. Beispiel: unsigned char gueltig_w[] = { 1,0,1,1,1,0,1,1,0,1,1,1,1,0,1,1,1,0,1,1 ; gueltig_w: Ergebnis: die längste gültige Teilfolge beginnt bei Index 9, und deren Länge ist 4. a) Geben Sie dieser Funktion einen aussagekräftigen Namen und definieren Sie die Parameterliste sinnvoll. [3 Punkte] b) Schreiben Sie die Funktion. [9 Punkte] Richtige Analyse (Struktogramm oder Pseudocode) gibt 3 Punkte c) Schreiben Sie einen Aufruf Ihrer Funktion, der die verlangten Grössen für das oben definierte Array gueltig_y bestimmt und in Variablen zur Weiterverarbeitung speichert. [3 Punkte] adrs, bkrt, meea, zema 8/11 I

9 Aufgabe 6: Vermischte Fragen 6.1 Fehlersuche [6 Punkte] Gegeben ist eine Funktion vertausche(a, b, c), die im Hauptprogramm die Inhalte von drei Variablen zyklisch vertauschen soll (a b, b c, c a). Anwendung im Programm: void vertausche(int a1, int b1, int c1); main() { int a=10, b=20, c=30; printf("a, b, c = %d, %d, %d \n", a, b, c); // ausgabe: 10, 20, 30 vertausche(a, b, c); printf("a, b, c = %d, %d, %d \n", a, b, c); // ausgabe: 30, 10, 20 void vertausche(int a1, int b1, int c1) { int z = c1; c1 = b1; b1 = a1; a1 = z; Sie stellen aber fest, dass das Programm nicht richtig funktioniert. Die zweite Ausgabe produziert als Output: a, b, c = 10, 20, 30 Aufgaben: a) Wo liegt der Fehler? [2 Punkte] b) Machen Sie direkt im obigen Programmcode Korrekturen, damit das Programm richtig funktioniert. [4 Punkte] Korrekturen im Hauptprogramm Korrekturen in der Funktion adrs, bkrt, meea, zema 9/11 I

10 6.2 Zahldarstellung [2 Punkte] Der Inhalt einer char-variablen kann mit der printf-funktion als ASCII-Code eines Zeichens ("%c"-formatstring) oder als eine kleine 8-Bit-signed-Integer-Zahl mit positiven und negativen Werten ("%d"-formatstring) interpretiert werden. Nehmen Sie an, dass in der Variablen char x folgendes Bitmuster gespeichert ist: Was wird mit folgender Anweisung ausgegeben? printf("x = %d ", x); 6.3 File-Operationen [7 Punkte] Ein einfacher Lagerbestand einer Firma wird in einer Textdatei "lagerliste.txt" als Tabelle gespeichert. Die Textzeilen der Datei beschreiben jeweils einen Lagerartikel. Sie enthalten Angaben, die mit einem Tabulator oder mit Leerschlägen (Whitespace-Zeichen) voneinander getrennt sind und folgende Bedeutung haben: "Artikel-Nr" "Bezeichnung" "Preis" "Anzahl Artikel im Lager". Beispiel "lagerliste.txt": Aufgabe: 5638 Tisch Stuhl Schrank Teppich Spiegel Ergänzen Sie im nachfolgenden Programmcode die schattierten Bereiche so, dass das Programm die Anzahl und den Gesamtwert aller im Lager vorhandenen Artikel berechnet und ausgibt. Beispiel: Ausgabe für die obige "lagerliste.txt" Anzahl Lagerelemente=5, Lagerwert= Tipp: Es ist keine Speicherung des Lagers als Array of struct im Programm notwendig. Sie können die Datei zeilenweise Lesen und die Berechnungen direkt ausführen. adrs, bkrt, meea, zema 10/11 I

11 Programmcode zum Ergänzen: #include <stdio.h> int main(){ FILE *fin; // int anzelem=0; // Anzahl Artikel-Einträge im Lager float lagerwert = 0; // Gesamtwert aller Artikel im Lager // = summe(artikelanzahl*preis) // Variable für die Daten aus einer Dateizeile (Artikel-Daten) float preis; int nummer, anzahl; char bezeichnung[100]; // Datei öffnen und Fehler abfangen, // wenn Sie nicht existiert [2 Punkte] fin = if( ){ printf("\nfehler in Datei.\n"); return 1; // File-Verarbeitungsschleife mit Einlesen der Lagerartikel // und der Berechnung des Gesamtlagerwertes [5 Punkte] while( ){ lagerwert = anzelem++; // Ausgabe printf("\nanzahl Lagerelemente=%d, Lagerwert=%8.2f\n", anzelem, lagerwert ); close(fin); adrs, bkrt, meea, zema 11/11 I