M. Graefenhan Übungen zu C. Blatt 3. Musterlösung

Transkript

1 M. Graefenhan Aufgabe Lösungsweg Übungen zu C Blatt 3 Musterlösung Schreiben Sie ein Programm, das die Häufigkeit von Zeichen in einem eingelesenen String feststellt. Benutzen Sie dazu ein zweidimensionales Array, welches das Alphabet und die Häufigkeiten der einzelnen Zeichen enthält. Alle mindestens einmal vorkommenden Zeichen sollen mit ihrer Häufigkeit in einer Tabelle ausgegeben werden. Zunächst stellt sich die Frage nach den Datentypen der benutzten Variablen, daraus folgt dann ein Konzept zur Umsetzung der Aufgabe. Hier können wir uns die Aufgabenstellung zu nutze machen....einem eingelesenen String... Wir benötigen also ein Array von char, die Wahl dessen Länge bleibt uns überlassen. Es bieten sich 80 Zeichen, d.h. die Breite des Bildschirms, also genau eine Zeile, an. Unsere erste Variable (für die Eingabe) wird also:...ein zweidimensionales Array... dieses schreiben wir Datentyp Bezeichner[][] Was uns noch fehlt sind Typ und Größe des Arrays....das Alphabet und Häufigkeit der einzelnen Zeichen... Damit kennen wir eine Ausdehnung des Feldes genau 2. Dieses Feld kann man sich mit 2 Zeilen verdeutlichen, von denen eine das Alphabet, die andere die Häufigkeit des entsprechenden Zeichens mit dem gleichen Index enthält. Die Länge des Alphabets, die der noch fehlenden Ausdehnung entspricht, bleibt uns überlassen. Wählen wir z.b. ein Alphabet aus allen Kleinbuchstaben, beträgt dessen Länge 26. Nehmen wir auch die Zahlen hinzu, beträgt sie 36. Durch Hinzufügen der Großbuchstaben wächst das Alphabet auf eine Länge von 62 Elementen an. Dies entspricht der anderen Ausdehnung des Feldes Achtung, es ist kein abschließendes Nullzeichen erforderlich, da es sich nicht um einen String unbekannter Länge handelt Datentyp Alphabet[62][2] Nun fehlt uns nur noch der Datentyp. Für das eigentliche Alphabet reicht uns ein 1 - Byte - Datentyp wie char, da er alle Zeichen fasst. char Alphabet[62][2]; Für die Häufigkeiten der einzelnen Zeichen jedoch sollten wir etwas großzügiger planen, da möglicherweise auf Basis dieses Programms auch größere Texte untersucht werden könnten. Naheliegend ist hier daher der Datentyp int. (Wir wissen, dass int char enthält, also auch Zeichen repräsentieren kann.) 1

2 Betrachten wir ein Beispiel: Das Alphabet soll alle Kleinbuchstaben enthalten, also in diesem Fall dem lateinischen Alphabet entsprechen. Unser String lautet aller anfang ist schwer. Zur Erinnerung die notwendigen Deklarationen: int Alphabet[26][2]; // in diesem Fall genügen 26 Zeichen Unser aus char bestehendes Array Eingabe sieht nach der Eingabeoperation so aus: a l l e r a n f a n g i s t s c h w e r \0 Natürlich hat es 80 Elemente, allerdings sind alle nach dem den String abschließenden Nullzeichen irrelevant. Das korrekt gefüllte Array Alphabet sollte so aussehen: a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t u v w x y z Uns sind nun die wichtigsten Datenstrukturen bekannt, hier unser Programm zum jetzigen Zeitpunkt: void main() printf("geben Sie den Text ein: \n"); gets(eingabe); // Aufforderung für den Benutzer // Eingabestring in Array Text lesen Noch ist Alphabet nicht gefüllt, dazu benutzen wir folgende (nicht verschachtelte) Schleifen: for(i = 0, Inhalt = 'a'; Inhalt <= 'z'; i++, Inhalt++) for(inhalt = '0'; Inhalt <= '9'; i++, Inhalt++) for(inhalt = 'A'; Inhalt <= 'Z'; i++, Inhalt++) // 1. Schleife // 2. Schleife // 3. Schleife 2

3 Wobei wir zunächst noch die Schleifenvariable deklarieren müssen: int i, Inhalt; Die 1. Schleife schreibt vom Index 0 an alle Zeichen ab 'a' in die erste Zeile des Arrays Alphabet. i und Inhalt werden bei jedem Durchlauf inkrementiert. Sie bricht ab, wenn Inhalt das auf 'z' folgende Zeichen (ASCII) enthält. Nach dieser Schleife indiziert i die nächste unbenutzte Stelle unseres Alphabets: i a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t u v w x y z???????????????????????????????????? Hier setzt die 2. Schleife an, sie verfährt nach dem gleichen Prinzip, diesmal jedoch mit Inhalt von '0' bis '9': i a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t u v w x y z ?????????????????????????? Nun komplettieren wir das Alphabet in der 3. Schleife mit den Buchstaben von 'A' bis 'Z': a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t u v w x y z A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z Wie wir sehen ist unser Array Alphabet mit den gewünschten Zeichen gefüllt. Die Werte der zweiten Zeile, die einmal die Anzahl der jeweiligen Zeichen aufnehmen sollen, sind nicht gesetzt. Es ist sinnvoll, sie mit Nullen zu füllen, warum werden wir gleich sehen. Dies könnte in einer separaten Schleife geschehen, besser ist aber, unsere schon vorhandenen Schleifen zu nutzen. Wir erweitern sie einfach durch Benutzung von und um die Anweisung Alphabet[i][1] = 0; // Zelle in Zeile 2 an Index i auf Null setzen Nun sieht unser Programm so aus: void main() int i, Inhalt; // Schleifenvariable // Kleinbuchstaben in das Alphabet aufnehmen for(i = 0, Inhalt = 'a'; Inhalt <= 'z'; i++, Inhalt++) Alphabet[i][1] = 0; // Zelle in Zeile 2 an Index i auf Null setzen 3

4 // Ziffern in das Alphabet aufnehmen for(inhalt = '0'; Inhalt <= '9'; i++, Inhalt++) Alphabet[i][1] = 0; // Zelle in Zeile 2 an Index i auf Null setzen // Großbuchstaben in das Alphabet aufnehmen for(inhalt = 'A'; Inhalt <= 'Z'; i++, Inhalt++) Alphabet[i][1] = 0; // Zelle in Zeile 2 an Index i auf Null setzen printf("geben Sie den Text ein: \n"); gets(eingabe); // Aufforderung für den Benutzer // Eingabestring in Array Text lesen Das vom Programm erzeugte Array Alphabet sieht nach dem Füllen so aus: a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t u v w x y z A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z Wie können wir die Eingabe in das zweidimensionale Array überführen? Zunächst erarbeiten wir einen anschaulichen Algorithmus, den wir anschließend implementieren. Klar ist, dass wir unsere Eingabe Zeichen für Zeichen betrachten müssen, denn wir wollen die Häufigkeiten einzelner Zeichen ermitteln. Zeichen für Zeichen heißt in diesem Fall, alle Zeichen bis zum abschließenden Nullzeichen, ein Codefragment könnte so aussehen: for(i = 0; Eingabe[i]!= '\0'; i++) // solange Stringterminator nicht erreicht Was tun wir nun mit jedem einzelnen Zeichen innerhalb dieser Schleife? Laut Aufgabenstellung sollen wir...die Häufigkeiten der einzelnen Zeichen... in unserem Alphabet herausfinden. Dazu müssen wir prüfen, ob das Zeichen überhaupt im Alphabet vorhanden ist. Ist dies der Fall, inkrementieren wir das Feld für die Häufigkeit dieses Zeichens. Nun wird klar, warum wir die Zeile für die Zeichenhäufigkeiten mit Null gefüllt haben. Null ist unser Startwert, kommt ein Zeichen nicht vor, bleibt er als Häufigkeit dieses Zeichens erhalten. Zu der äußere Schleife (s.o.) erstellen wir eine innere unter Verwendung einer zweiten Schleifenvariablen j vom gleichen Typ wie i und erhalten: int i, j, Inhalt;... for(i = 0; Eingabe[i]!= '\0'; i++) for(j = 0; j < 62; j++) if(eingabe[i] = = Alphabet[j][0]) Alphabet[j][1]++; // Schleifenvariablen // durchlaufe String Eingabe // durchlaufe Alphabet // falls das aktuelle Zeichen des // Strings dem aktuellen Zeichen // unseres Alphabets entspricht // inkrementiere dessen Häufigk. 4

5 Nun sollen wir unsere Ergebnisse ausgeben. Erinnern wir uns an die Aufgabenstellung:...Alle mindestens einmal vorkommenden Zeichen sollen mit ihrer Häufigkeit in einer Tabelle ausgegeben werden. Überlegen wir uns zuerst, wie unsere Tabelle aussehen soll. Benötigt werden zwei Spalten, eine für das Zeichen und eine für dessen Häufigkeit im eingegebenen Text. Für das Beispiel von Seite 2 etwa könnte das ungefähr so aussehen: Der Rahmen besteht aus den ASCII - Zeichen +, -,, _. Die ersten drei Zeilen, der Tabellenkopf, können ebenso wie die letzte Zeile mit einer einfachen printf - Anweisung erstellt werden. Interessant ist der Teil dazwischen, er wird in einer Schleife aus unserem Array erstellt. Klar sind die Anweisungen für den Tabellenkopf: // Tabellenkopf ausgeben printf(" \n"); printf(" Zeichen Haeufigkeit \n"); printf(" \n"); Wir verzichten aus Gründen der Portabilität auf Umlaute, da diese bei einigen Compilern nicht korrekt für DOS - Programme umgesetzt werden. Auch die letzte Zeile wird ähnlich ausgegeben: printf(" \n\n"); Fehlt noch die Schleife zum Ausgeben der eigentlichen Daten. Obwohl nur die in der Eingabe vorkommende Zeichen des Alphabets ausgegeben werden sollen, muss natürlich das gesamte Array Alphabet durchlaufen und auf vorhandene Zeichen geprüft werden. Wird ein solches Zeichen mit der Häufigkeit > 0 gefunden, soll es ausgegeben werden. for(i = 0; i < 26; i++) // Alphabet durchlaufen if(alphabet[i][1] > 0) // Häufigkeit testen printf(" %c %4d \n", (char) Alphabet[i][0], Alphabet[i][1]); Die Mindestfeldbreite für die Häufigkeit wurde auf 4 Zeichen festgelegt, um auch für größere Texte gewappnet zu sein. Natürlich müsste dann die Größe des die Eingabe beinhaltenden Arrays an die Textgröße angepasst werden. Da bei der Ausgabe des Zeichens ein char erwartet wird, führen wir eine explizite Typkonvertierung durch. 5

6 Kompletter Quellcode: #include <stdio.h> void main() int i, j, Inhalt; // die Zeichen unseres Alphabets und ihre // Häufigkeiten // Schleifenvariable // Kleinbuchstaben in das Alphabet aufnehmen for(i = 0, Inhalt = 'a'; Inhalt <= 'z'; i++, Inhalt++) Alphabet[i][1] = 0; // Zelle in Zeile 2 an Index i auf // Null setzen // Ziffern in das Alphabet aufnehmen for(inhalt = '0'; Inhalt <= '9'; i++, Inhalt++) Alphabet[i][1] = 0; // Zelle in Zeile 2 an Index i auf // Null setzen // Großbuchstaben in das Alphabet aufnehmen for(inhalt = 'A'; Inhalt <= 'Z'; i++, Inhalt++) Alphabet[i][1] = 0; printf("geben Sie den Text ein: \n"); // Zelle in Zeile 2 an Index i auf // Null setzen // Aufforderung für den // Benutzer gets(eingabe); // Eingabestring in Array // Text lesen for(i = 0; Eingabe[i]!= '\0'; i++) // durchlaufe String Eingabe for(j = 0; j < 62; j++) // durchlaufe Alphabet // falls das aktuelle Zeichen des Strings // dem aktuellen Zeichen unseres Alphabets entspricht if(eingabe[i] == Alphabet[j][0]) Alphabet[j][1]++; // inkrementiere dessen Häufigk. // Tabellenkopf ausgeben printf(" \n"); printf(" Zeichen Haeufigkeit \n"); printf(" \n"); for(i = 0; i < 26; i++) // Daten in Tabelle ausgeben if(alphabet[i][1] > 0) printf(" %c %4d \n", (char) Alphabet[i][0], Alphabet[i][1]); // Tabellenfuß ausgeben printf(" \n\n"); 6