Tutoraufgabe 1 (Verikation mit Arrays):

Transkript

1 Prof. aa Dr. J. Giesl F. Frohn, J. Hensel, D. Korzeniewski Allgemeine Hinweise: Die Hausaufgaben sollen in Gruppen von je 2 Studierenden aus der gleichen Kleingruppenübung (Tutorium) bearbeitet werden. Namen und Matrikelnummern der Studierenden sind auf jedes Blatt der Abgabe zu schreiben. Heften bzw. tackern Sie die Blätter! Die Nummer der Übungsgruppe muss links oben auf das erste Blatt der Abgabe geschrieben werden. Notieren Sie die Gruppennummer gut sichtbar, damit wir besser sortieren können. Die Lösungen müssen bis Montag, den um 15:00 Uhr in den entsprechenden Übungskasten eingeworfen werden. Sie nden die Kästen am Eingang Halifaxstr. des Informatikzentrums (Ahornstr. 55). Alternativ können Sie die Lösungen auch vor der Abgabefrist direkt bei Ihrer Tutorin/Ihrem Tutor oder unmittelbar vor Beginn in der Globalübung abgeben. In einigen Aufgaben müssen Sie in Java programmieren und.java-dateien anlegen. Drucken Sie diese aus und schicken Sie sie per vor Montag, dem um 15:00 Uhr an Ihre Tutorin/Ihren Tutor. Stellen Sie sicher, dass Ihr Programm von javac akzeptiert wird, ansonsten werden keine Punkte vergeben. Einige Hausaufgaben müssen im Spiel Codescape gelöst werden: Diese Aufgaben werden getrennt von den anderen Hausaufgaben gewertet. Halten Sie sich beim Lösen von Programmieraufgaben an die auf der Website zur Vorlesung verfügbaren Codekonventionen. Verstöÿe, die zu unleserlichem Code führen, können zu Punktabzug führen. Tutoraufgabe 1 (Verikation mit Arrays): Gegeben sei folgendes Java-Programm P : a.length > 0 (Vorbedingung) res = a[0]; i = 1; while (i < a.length) { if (a[i] > res) { res = a[i]; i = i + 1; res = max{ a[j] 0 j < a.length (Nachbedingung) a) Vervollständigen Sie die folgende Verikation des Algorithmus im Hoare-Kalkül, indem Sie die unterstrichenen Teile ergänzen. Hierbei dürfen zwei Zusicherungen nur dann direkt untereinander stehen, wenn die untere aus der oberen folgt. Hinter einer Programmanweisung darf nur eine Zusicherung stehen, wenn dies aus einer Regel des Hoare-Kalküls folgt. Beachten Sie bei der Anwendung der Bedingungsregel 1 mit Vorbedingung ϕ und Nachbedingung ψ, dass ϕ B = ψ gelten muss. D. h. die Nachbedingung ψ der if-anweisung muss aus der Vorbedingung ϕ der if-anweisung und der negierten Bedingung B folgen. Geben Sie beim Verwenden der Regel einen entsprechenden Beweis an. Hinweise: Sie dürfen beliebig viele Zusicherungs-Zeilen ergänzen oder streichen. In der Musterlösung werden allerdings genau die angegebenen Zusicherungen benutzt. 1

2 Bedenken Sie, dass die Regeln des Kalküls syntaktisch sind, weshalb Sie semantische Änderungen (beispielsweise von x+1 = y+1 zu x = y) nur unter Zuhilfenahme der Konsequenzregeln vornehmen dürfen. a.length > 0 res = a[0]; i = 1; while (i < a.length) { if (a[i] > res) { res = a[i]; i = i + 1; res = max{ a[j] 0 j < a.length b) Untersuchen Sie den Algorithmus P auf seine Terminierung. Für einen Beweis der Terminierung muss eine Variante angegeben werden und unter Verwendung des Hoare-Kalküls die Terminierung unter der Voraussetzung a.length > 0 bewiesen werden. Geben Sie auch bei dieser Teilaufgabe einen Beweis für die Aussage ϕ B = ψ bei der Anwendung der Bedingungsregel 1 an. 2

3 Aufgabe 2 (Verikation mit Arrays): (8 + 2 = 10 Punkte) Gegeben sei folgendes Java-Programm P : true (Vorbedingung) i = 0; res = false; while(i < a.length) { if(x == a[i]) { res = true; i = i + 1; res = x {a[j] 0 j a.length 1 (Nachbedingung) a) Vervollständigen Sie die folgende Verikation des Algorithmus im Hoare-Kalkül, indem Sie die unterstrichenen Teile ergänzen. Hierbei dürfen zwei Zusicherungen nur dann direkt untereinander stehen, wenn die untere aus der oberen folgt. Hinter einer Programmanweisung darf nur eine Zusicherung stehen, wenn dies aus einer Regel des Hoare-Kalküls folgt. Beachten Sie bei der Anwendung der Bedingungsregel 1 mit Vorbedingung ϕ und Nachbedingung ψ, dass ϕ B = ψ gelten muss. D. h. die Nachbedingung ψ der if-anweisung muss aus der Vorbedingung ϕ der if-anweisung und der negierten Bedingung B folgen. Geben Sie beim Verwenden der Regel einen entsprechenden Beweis an. Hinweise: Sie dürfen beliebig viele Zusicherungs-Zeilen ergänzen oder streichen. In der Musterlösung werden allerdings genau die angegebenen Zusicherungen benutzt. Bedenken Sie, dass die Regeln des Kalküls syntaktisch sind, weshalb Sie semantische Änderungen (beispielsweise von x+1 = y+1 zu x = y) nur unter Zuhilfenahme der Konsequenzregeln vornehmen dürfen. Der Ausdruck x M hat den Wert true, wenn x in der Menge M enthalten ist, sonst hat der Ausdruck den Wert false. 3

4 true i = 0; res = false; while (i < a.length) { if (x == a[i]) { res = true; i = i + 1; res = x {a[j] 0 j a.length 1 b) Untersuchen Sie den Algorithmus P auf seine Terminierung. Für einen Beweis der Terminierung muss eine Variante angegeben werden und unter Verwendung des Hoare-Kalküls die Terminierung bewiesen werden. Geben Sie auch bei dieser Teilaufgabe einen Beweis für die Aussage ϕ B = ψ bei der Anwendung der Bedingungsregel 1 an. Tutoraufgabe 3 (Klassen): In dieser Aufgabe beschäftigen wir uns mit dem berühmten Gaunerpärchen Bonnie und Clyde. Wenn die beiden nicht gerade Banken ausrauben, gehen sie gerne im Wald Pilze sammeln (bzw. klauen). Wir verwenden hier die Klassen Main, Mensch und Pilz, die Sie auf der Homepage herunterladen können. Jeder dieser (beiden) Menschen hat einen Korb, in den eine feste Anzahl von Pilzen passt. Weiterhin hat jeder Mensch einen Namen. Wie Sie in der Klasse Mensch sehen können, gibt es hierfür drei Attribute. Das 4

5 Attribut anzahl gibt hierbei an, wie viele Pilze bereits im Korb enthalten sind. Zu jedem Pilz kennen wir den Namen. 5

6 a) Vervollständigen Sie die Klasse Main wie folgt: Ergänzen Sie an den mit TODO a.1) markierten Stellen den Code so, dass die Variablen steinpilz, champignon, pfifferling auf Pilz-Objekte mit passenden Namen verweisen. Ergänzen Sie an den mit TODO a.2) markierten Stellen den Code so, dass die Variablen bonnie und clyde auf passende Mensch-Objekte zeigen. Setzen Sie hierfür jeweils den passenden Namen und sorgen Sie dafür, dass in Bonnies Korb maximal 3 Pilze Platz haben. Bei Clyde passen 4 Pilze in den Korb. b) Gehen Sie in dieser Teilaufgabe davon aus, dass die Attribute bereits alle auf vernünftige Werte gesetzt sind. Erweitern Sie die Klasse Mensch um eine Methode hatplatz(), die true genau dann zurückgibt, wenn im Korb Platz für einen weiteren Pilz ist. Anderenfalls wird false zurückgegeben. Schreiben Sie für die Klasse Mensch eine Methode ausgabe(). Diese gibt kein Ergebnis zurück, aber gibt den Namen und eine lesbare Übersicht der von der Person gesammelten Pilze aus. Geben Sie in der ersten Zeile den Namen der Person gefolgt von einem Doppelpunkt (:) aus. Schreiben Sie pro Pilz im Korb eine weitere Zeile, in der (nur) der Name des jeweiligen Pilzes steht. Hier ist eine Beispielausgabe von einem Menschen mit Namen Gustav und einem Korb, der einen Pilz mit Namen Morchel und einen Pilz mit Namen Steinpilz enthält: Gustav: Morchel Steinpilz c) In der Klasse Main sehen Sie eine Variable wald. Schreiben Sie an die mit TODO c) markierte Stelle eine Schleife, die die Pilze im wald-array nach und nach abarbeitet. Hierbei wird zuerst überprüft, ob Bonnie Platz für einen weiteren Pilz hat. Wenn dies der Fall ist, wird der Pilz in Bonnies Korb hinzugefügt. Benutzen Sie hierfür auch das Attribut anzahl und passen Sie dieses entsprechend an. Nur wenn der Pilz bei Bonnie nicht hinzugefügt werden konnte, probieren wir, den Pilz bei Clyde hinzuzufügen. Überprüfen Sie also in diesem Fall ebenfalls, ob der Korb voll ist und fügen Sie den Pilz ggf. hinzu. Wenn ein Pilz weder bei Bonnie noch bei Clyde hinzugefügt werden kann, wird der Pilz keinem Korb hinzugefügt. Rufen Sie am Ende einer jeder Schleifeniteration die Methode ausgabe() zuerst für Bonnie und anschlieÿend für Clyde auf. Geben Sie anschlieÿend eine Zeile aus, in der nur (drei Bindestriche) steht. 6

7 Listing 1: Main.java 1 public class Main { 2 public static void main ( String [] args ) { 3 Pilz steinpilz = // TODO a.1) 4 5 Pilz champignon = // TODO a.1) 6 7 Pilz pfifferling = // TODO a.1) 8 9 Mensch bonnie = // TODO a.2) Mensch clyde = // TODO a.2) Pilz [] wald = { steinpilz, champignon, champignon, pfifferling, 14 steinpilz, pfifferling, champignon ; // TODO c) public class Mensch { 2 String name ; 3 Pilz [] korb ; 4 int anzahl = 0; 5 Listing 2: Mensch.java 1 public class Pilz { 2 String name ; 3 Listing 3: Pilz.java Aufgabe 4 (Klassen): ( = 19 Punkte) Aus dem Serious Game Codescape kennen Sie bereits den robotischen Begleiter, kurz RB. In dieser Aufgabe werden Sie den Codeinterpreter eines frühen Prototyps vom RB nachbauen. Dieser Prototyp versteht noch kein Java, sondern arbeitet mit einer stark vereinfachten Programmiersprache. Die Syntax der Programmiersprache ist durch folgende Grammatik in EBNF gegeben: P = (("move" "turnleft" "turnright" "pickup") "\n" "for " I " " I "\n" P "endfor " I "\n" P P) Hierbei steht "\n" für einen Zeilenumbruch und das Nichtterminal I kann durch eine beliebige natürliche Zahl ersetzt werden. Zur Erklärung der Semantik betrachten Sie das folgende Beispiel: 0 for turnleft 2 for move 4 endfor 2 5 turnright 6 endfor 0 7 move 0 for ( int r0 = 0; r0 < 2; ++ r0 ) { 1 turnleft (); 2 for ( int r1 = 0; r1 < 3; ++ r1 ) { 3 move (); 4 5 turnright (); 6 7 move (); 7

8 Das Beispielprogramm auf der linken Seite hat die gleiche Semantik wie das Java-Programm auf der rechten Seite. Die Semantik von move, turnleft, turnright und pickup ist, dass der RB den entsprechenden Bewegungsbefehl ausführt. Für Schleifen hat der RB eine feste Anzahl von Registern, in denen die Werte der Laufvariablen abgelegt werden. Die erste Zahl hinter einem for gibt das Register an, in dem die Laufvariable abgelegt wird, die zweite Zahl gibt die Schranke an, bis zu der iteriert werden soll. Die Zahl hinter einem endfor gibt die Zeile an, in die zurück gesprungen werden soll (also die Zeile, in der das zugehörige for steht). Dabei beginnt die Nummerierung der Zeilen bei 0. Wir fordern von einem korrekten Programm, dass zu jedem for genau das endfor, das gleichzeitig aus der Grammatik erzeugt wurde, auf die Zeile dieses for verweist. Auÿerdem fordern wir, dass bei geschachtelten for-schleifen unterschiedliche Register als Laufvariablen verwendet werden. Wir verwenden für die Implementierung die Klassen Main, RB und Raum. Die Klasse Raum ist als compilierte.class Datei verfügbar. Die drei Klassen müssen nur im gleichen Ordner wie der restliche Code abgelegt werden. Die Klasse Main ist als Grundgerüst vorhanden, die Klasse RB werden Sie komplett selbst implementieren. Ein RB hat ein gespeichertes Programm beliebiger Länge, eine maximale Anzahl von Kommandos, den Index der nächsten auszuführenden Programmzeile und eine variable Anzahl von Registern für die Laufvariablen von Schleifen, die jedes einen int speichern können. Auÿerdem hat ein RB zwei Methoden. Die Methode programmhochladen unterzieht das übergebene Programm einer einfachen Syntax-Prüfung und speichert es anschlieÿend im Programmspeicher des RB. Die Methode schritt führt das gespeicherte Programm vom aktuellen Index ausgehend so weit aus, bis ein Bewegungsbefehl (move, turnleft, turnright, pickup) erreicht wird. Dieser Bewegungsbefehl wird dann von der Methode zurückgegeben. Hinweise: Wenn Sie eine Teilaufgabe nicht lösen können, dann werden ggf. auch folgende Teilaufgaben nicht mehr von javac akzeptiert. Markieren Sie in diesem Fall die erste Teilaufgabe, die Sie nicht korrekt lösen konnten, damit wir das bei der Korrektur der folgenden Aufgabenteile berücksichtigen können. 8

9 a) Schreiben Sie das Grundgerüst für die Klasse RB. Die Objekte dieser Klasse sollten vier Attribute besitzen: Den Programmspeicher, ein Array von Strings. Jeder String repräsentiert eine Zeile im Programm des RB. Die maximale zulässige Anzahl von Kommandos. Als Kommando bezeichnen wir hier die Bewegungsbefehle (move, turnleft, turnright, pickup). Die aktuelle Position im Programm. Diese Variable sollte als Index für den Programmspeicher verwendet werden können. Ein Array von int-werten, als die Register des RB. Auÿerdem enthält das Grundgerüst zwei Methoden: Die Methode programmhochladen, die ein Programm (d.h. ein Array von Strings) übergeben bekommt und einen int zurück gibt. Im Grundgerüst sollte diese Methode immer 0 zurück geben und sonst nichts tun. Die Methode schritt ohne Parameter, die einen String zurück liefert. Im Grundgerüst gibt diese Methode immer den String "end" zurück. Dieses Grundgerüst sollte von javac akzeptiert werden. Hinweise: Beachten Sie, dass Dateiname und Klassenname in Java übereinstimmen müssen! b) Vervollständigen Sie die Klasse Main indem Sie den mit TODO markierten Block anpassen. An dieser Stelle sollte ein neues Objekt vom Typ RB erzeugt werden und in einer Variable myrb abgespeichert werden. Anschlieÿend setzen Sie die maximale Anzahl Kommandos auf 3 und laden eines der vorgegebenen Programme in den RB hoch. Das Ergebnis der Überprüfung beim Hochladen speichern Sie in der Variablen checkresult. Nun sollte auch die Datei Main.java von javac akzeptiert werden. Wenn Sie das Programm anschlieÿend mit java Main ausführen, sollte es ohne Fehler ablaufen. Der RB bleibt jedoch neben dem Eingang stehen und meldet, dass das Programmende erreicht wurde. c) Implementieren Sie nun die Methode programmhochladen. Sie können davon ausgehen, dass jede Zeile des Programms in einem eigenen Array-Eintrag steht. Zunächst initialisiert die Methode die Register, sodass zwei int-werte gespeichert werden können und setzt die Programmposition auf 0. Anschlieÿend wird das übergebene Programm mit einer for each Schleife durchlaufen. Dabei soll geprüft werden, dass das erste Wort in jeder Zeile nach der Grammatik zulässig ist (d.h. das erste Wort muss "move",..., "for" oder "endfor" sein). Auÿerdem soll geprüft werden, dass in jeder Zeile die richtige Anzahl Terminalsymbole steht. Beachten Sie dabei, dass \n nicht explizit repräsentiert wird und beliebig groÿe natürliche Zahlen als ein Terminalsymbol gelten. Wenn das erste Wort z.b. "move" ist, dann darf in der Zeile nur genau ein Terminalsymbol, nämlich "move" selbst, stehen. Wenn bei dieser Überprüfung ein Syntaxfehler gefunden wird, dann soll die Methode -1 zurückgeben. Zählen Sie auÿerdem, wie oft die Kommandos move, turnleft, turnright und pickup im Programm auftreten. Sollte diese Zahl die maximale Anzahl zulässiger Kommandos überschreiten, dann soll die Methode -2 zurück geben. Wenn bei der Überprüfung kein Fehler aufgetreten ist, dann wird das übergebene Programm im Programmspeicher des RB abgelegt und die Methode gibt die Anzahl der Kommandos (d.h., der Bewegungsbefehle) im Programm zurück. Wenn Sie das Programm nun neu compilieren und ausführen, sollte das Ergebnis das Gleiche sein wie beim vorherigen Aufgabenteil. Hinweise: Mit der Methode s.split(" ") können Sie einen String s an Leerzeichen in ein Array aufteilen. Der String "for 1 15" wird z.b. in {"for", "1", "15" aufgeteilt. Sie können switch auch mit Strings als Argument verwenden. 9

10 Nutzen Sie die Methode s.equals(andererstring), wenn Sie Strings ohne ein switch-statement vergleichen wollen! Die Syntax-Überprüfung in dieser Methode ist unvollständig. Es werden also manche syntaktisch falsche Programme akzeptiert, aber kein syntaktisch korrektes Programm mit dem Rückgabewert -1 abgelehnt. d) In dieser Teilaufgabe implementieren Sie die Methode schritt. In der Methode läuft eine Schleife ab, bis das nächste auszuführende Kommando (d.h., der nächste auszuführende Bewegungsbefehl) gefunden wurde. In der Schleife wird zunächst geprüft, ob die aktuelle Programmposition noch im Programm ist. Wenn das Programmende erreicht wurde, dann wird sofort end zurückgegeben. Ansonsten wird der String an der aktuellen Programmposition aus dem Programmspeicher gelesen. Ist es ein Kommando, wird die Programmposition um eins erhöht und das Kommando zurückgegeben. Ist es ein endfor, wird die Programmposition auf die Zahl, die dem endfor folgt, gesetzt. Bei einem for wird das Register gelesen, das durch die erste Zahl hinter dem for gegeben ist. Anschlieÿend wird der Wert im Register mit der zweiten Zahl hinter dem for verglichen. Ist der Wert im Register kleiner, werden Programmposition und Wert im Register um eins erhöht. Andernfalls wird die Programmposition so lange erhöht, bis sie eins hinter dem nächsten endfor steht, bei dem als Zahl die Programmposition der for-anweisung gegeben ist, die gerade ausgeführt wurde. Auÿerdem wird das Register zurück auf 0 gesetzt. Wenn Sie das Programm nach dieser Teilaufgabe compilieren, sollte sich der RB durch den Raum bewegen. Wenn Sie program hochladen, dann läuft er in der oberen Zeile auf und ab, bis er an der Anfangsposition stehen bleibt. Wenn Sie program2 hochladen, sollte er die Energiezelle aufsammeln und zum Ausgang gehen. Wenn Sie dieses Ergebnis nicht erreichen, prüfen Sie auch den Code der vorherigen Teilaufgabe! Hinweise: Beachten Sie die Hinweise zum vorherigen Aufgabenteil (d.h. Sie sollten wieder split, equals und switch auf Strings anwenden). Mit der Methode Integer.parseInt(someString) können Sie einen String, der nur eine Zahl enthält, in einen int umwandeln, d.h. Integer.parseInt("123") ergibt die int-zahl 123. Sie können davon ausgehen, dass der Programmspeicher ein korrektes, gültiges Programm enthält. Insbesondere brauchen Sie nicht zu prüfen, dass die Strings hinter for oder endfor gültige Registerpositionen bzw. Programmpositionen sind. Tutoraufgabe 5 (Speicherverwaltung): In dieser Aufgabe soll ein Programm betrachtet werden, das bei der Organisation des Übungsbetriebs einer Lehrveranstaltung hilft. Zu einer Lehrveranstaltung gehören verschiedene Tutorien, wobei ein Tutorium aus mehreren Studenten zusammengesetzt ist. Jeder Student hat einen Namen und eine Matrikelnummer. Der Einfachheit halber verwenden wir in dieser Aufgabe genau zwei Tutorien, die als Arrays von Studenten dargestellt sind. Diese Zusammenhänge erkennt man an den entsprechenden Teilen der Klassendeklarationen: public class Veranstaltung { Student [] tutoriumeins ; Student [] tutoriumzwei ;... public class Student { String name ; int matrikelnummer ;... Startet man die main-methode in der Klasse Veranstaltung, werden zu Beginn in der Methode init() die beiden Tutorien-Arrays vom Typ Student[] mit neuen Student-Objekten gefüllt. Jedem Studenten wird dabei ein Name und eine Matrikelnummer zugewiesen. Anschlieÿend wird die Methode tauschen() aufgerufen, mit der man die Tutorien zweier Studenten einfach tauschen kann. Hierfür wird der Benutzer pro Tutorium nach einem Studenten gefragt, der tauschen möchte. 10

11 Tutorium 1: 1: Hans Wurst (456789) 2: Lisa Lachs (446879) Tutorium 2: 1: Simone Schnitzel (461030) 2: Peter Pute (457001) Welcher Student aus Tutorium 1 möchte tauschen? (0 zum Beenden) 2 Welcher Student aus Tutorium 2 möchte tauschen? 1 Sobald der Benutzer die letzte Eingabe (im Beispiel 1) bestätigt, werden die beiden Studierenden (im Beispiel Lisa Lachs aus Gruppe 1 und Simone Schnitzel aus Gruppe 2) getauscht und das Ergebnis ausgegeben. Anschlieÿend ist ein weiterer Tauschvorgang möglich. Sie nden die benötigten Dateien Veranstaltung.java und Student.java auf der Webseite zur Vorlesung. Listing 4: Veranstaltung.java 1 public class Veranstaltung { 2 Student [] tutoriumeins ; 3 Student [] tutoriumzwei ; 4 5 public static void main ( String [] args ) { 6 Veranstaltung v = new Veranstaltung (); 7 v. init (); 8 v. tauschen (); public void init () { 12 tutoriumeins = new Student [ 2]; 13 tutoriumzwei = new Student [ 2]; Student hans = new Student (); 16 hans. name = " Hans Wurst "; 17 hans. matrikelnummer = ; 18 tutoriumeins [0] = hans ; Student lisa = new Student (); 21 lisa. name = " Lisa Lachs "; 22 lisa. matrikelnummer = ; 23 tutoriumeins [1] = lisa ; // Speicherzustand, nachdem ein Tutorium gefuellt wurde Student simone = new Student (); 28 simone. name = " Simone Schnitzel "; 29 simone. matrikelnummer = ; 30 tutoriumzwei [0] = simone ; Student peter = new Student (); 33 peter. name = " Peter Pute "; 34 peter. matrikelnummer = ; 35 tutoriumzwei [1] = peter ; public void tauschen () { 39 // tausche die Tutorien einiger Studis 40 int indexa ; 11

12 41 do { 42 System. out. println (" Tutorium 1: " ); 43 for ( int i = 0; i < tutoriumeins. length ; i ++) { 44 Student studi = tutoriumeins [ i ]; 45 System. out. print (( i +1) + ": " ); 46 if ( studi == null ) { 47 System. out. println (); 48 else { 49 studi. ausgabe (); System. out. println (" Tutorium 2: " ); 53 for ( int i = 0; i < tutoriumzwei. length ; i ++) { 54 Student studi = tutoriumzwei [ i ]; 55 System. out. print (( i +1) + ": " ); 56 if ( studi == null ) { 57 System. out. println (); 58 else { 59 studi. ausgabe (); indexa = SimpleIO. getint ( 64 " Welcher Student aus Tutorium 1 moechte tauschen?" + 65 " (0 zum Beenden )" ); 66 if ( indexa!= 0) { 67 int indexb = SimpleIO. getint ( 68 " Welcher Student aus Tutorium 2 moechte tauschen?" ); // hole Studenten aus erster Gruppe 71 Student ausa = tutoriumeins [ indexa - 1]; 72 // hole Studenten aus zweiter Gruppe 73 Student ausb = tutoriumzwei [ indexb - 1]; 74 // speichere Studenten in erster Gruppe 75 tutoriumeins [ indexa -1] = ausb ; 76 // speichere Studenten in zweiter Gruppe 77 tutoriumzwei [ indexb -1] = ausa ; // Speicherzustand nach Tausch Lisa Lachs und Simone Schnitzel while ( indexa > 0); Listing 5: Student.java 1 public class Student { 2 String name ; 3 int matrikelnummer ; 4 5 public void ausgabe () { 6 System. out. println ( name + " (" + matrikelnummer + ")" ); 7 8 a) Wir betrachten den Zeitpunkt, zu dem das erste der beiden Tutorien initialisiert und mit Studenten gefüllt wurde. In der Klasse Veranstaltung ist in der Methode init() eine entsprechende Markierung 12

13 als Kommentar vorhanden. Visualisieren Sie zu diesem Zeitpunkt den Zustand des Programms, bestehend aus beiden Arrays und allen Objekte der Klasse Student. b) Visualisieren Sie den Zustand des Programs, nachdem die entsprechende Tauschoperation durchgeführt wurde. In der Klasse Veranstaltung ist in der Methode tauschen() eine entsprechende Markierung als Kommentar vorhanden. Aufgabe 6 (Speicherverwaltung): ( = 8 Punkte) In dieser Aufgabe soll ein Programm betrachtet werden, das bei der Organisation einer Bibliothek hilft. In der Bibliothek gibt es Regale, denen jeweils ein Thema und eine Liste von Büchern zugewiesen ist. Ein Buch wird durch seinen Titel und die Seitenzahl charakterisiert. public class Buch { String titel ; int seitenzahl ;... public class Regal { String thema ; Buch [] buchliste ;... Startet man die main-methode in der Klasse Bibliothek, wird zu Beginn ein Array für die beiden Regale der Bibliothek angelegt. Anschlieÿend wird ein Regal initialisiert und eine Hilfsvariable für seine Bücherliste angelegt. Im nächsten Schritt wird der Benutzer nach den Büchern zum Thema Informatik gefragt. Für jeden der drei Plätze werden über die Klasse SimpleIO Titel und Seitenzahl abgefragt und als neues Buch gespeichert. Anschlieÿend wird das zweite Regal initialisiert und automatisch zum Teil befüllt. Hinweise: Sie dürfen Strings abkürzen, es muss aber noch klar ersichtlich sein, wofür die Abkürzung steht. Listing 6: Bibliothek.java 1 public class B ibliothek { 2 public static void main ( String [] args ) { 3 Regal [] regale = new Regal [2]; 4 5 regale [0] = new Regal (); 6 regale [0]. thema = " Informatik " ; 7 regale [0]. buchliste = new Buch [3]; 8 9 Buch [] informatik = regale [0]. buchliste ; 10 // a ) 11 for ( int i = 0; i < informatik. length ; ++i ) { 12 informatik [ i ] = new Buch (); 13 informatik [i ]. titel = SimpleIO. getstring ( " Geben sie das " + (i+1) + ". Informatik - Buch ein. " ); 14 informatik [i ]. seitenzahl = SimpleIO. getint ( " Wie viele Seiten hat dieses Buch? " ); // b ) regale [1] = regale [0]; 19 regale [1]. thema = " Physik " ; 20 regale [1]. buchliste = new Buch [3]; regale [1]. buchliste [0] = new Buch (); 23 regale [1]. buchliste [0]. titel = " Experimentalphysik 1 " ; 24 regale [1]. buchliste [0]. seitenzahl = 327; 25 regale [1]. buchliste [1] = new Buch (); 26 regale [1]. buchliste [1]. seitenzahl = 421; 27 regale [1]. buchliste [1]. titel = " Experimentalphysik 2 " ; // c ) a) Wir betrachten den Zeitpunkt, nachdem die Regale initialisiert wurden. In der Methode main nden Sie einen entsprechenden Kommentar. Visualisieren Sie zu diesem Zeitpunkt den Zustand des Programms, bestehend aus allen Variablen, die in der Methode main deklariert sind, allen Arrays und allen Objekten der Klassen Regal und Buch. 13

14 b) Visualisieren Sie den Zustand des Programms wie in Teilaufgabe a), aber zum Zeitpunkt nachdem das Informatik-Regal gefüllt wurde. In der Methode main bendet sich eine Markierung an dieser Stelle. Gehen Sie davon aus, dass der Benutzer folgende Bücher eingegeben hat: a) Java mit 234 Seiten b) TI mit 123 Seiten c) DSAL mit 345 Seiten c) Visualisieren Sie den Zustand des Programms wie in Teilaufgabe a), aber zum Zeitpunkt nachdem auch das Physik-Regal gefüllt wurde. In der Methode main bendet sich eine Markierung an dieser Stelle. Aufgabe 7 (Deck 3): Lösen Sie die Räume von Deck 3 des Spiels Codescape. (Codescape) 14