Prüfung aus PROGRAMMIEREN 3 (SS 2003)

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1 Fachhochschule München Bereich Datentechnik Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik R. Thomas Prüfung aus PROGRAMMIEREN 3 (SS 2003) Arbeitszeit 90 Minuten 16.Juli 2003 Beliebige eigene Unterlagen Aufgabenblatt bitte abgeben! **** Viel Erfolg!!! **** 1. Aufgabe (38) In C/C++-Programmen vieler Betriebssysteme (z.b. in Windows und in Linux) wird bei der fehlerhaften Ausführung von Betriebssystemfunktionen (z.b. Datei kann nicht geöffnet werden) eine globale Fehlervariable errno (Typ int) auf einen die Fehlerursache kennzeichnenden Wert (Fehler-Code) gesetzt. Bei Fehlerfreiheit bekommt die Variable den Wert 0. Die Variable errno ist in der Headerdatei <cstdlib> deklariert. Als Anlage 1 auf dem Beiblatt ist die in der Headerdatei "syserrexcept.h" enthaltene Definition der Klasse SysErrException abgedruckt. Objekte dieser Klasse können als Exceptions geworfen werden, um die fehlerhafte Ausführung von Betriebssystemfunktionen zu signalisieren. Hierzu ist dem Konstruktor üblicherweise der Wert von errno sowie ein den Fehler beschreibender Text (als C-String) zu übergeben. a) Implementieren Sie diese Klasse (außer dem Zusweisungsoperator). Der dem Konstruktor zu übergebene C-String ist in einem eigenen dynamisch zu allozierenden Speicherbereich abzulegen (Achtung der Parameter szmsg kann auch NULL sein). Im Destruktor ist dieser Speicherbereich wieder freizugeben. Das nachfolgend wiedergegebene Programm dient zur Ausgabe des Inhalts einer Textdatei an die Konsole (Bildschirm). #include <fstream> #include <iostream> using namespace std; void listfile(const char* path) { ifstream inf(path); char c; while(inf.get(c)) cout << c; int main(int argc, char** argv) { int iret=0; listfile(argv[1]); return iret; Das Programm enthält keinerlei Code zur Fehlerbearbeitung. Diese soll mittels Exceptions realisiert werden. Der Zugriffspfad der auszugebenden Datei ist dem Programm als Kommandozeilenparameter zu übergeben. Fehlt dieser, so ist eine Exception zu werfen. Hierfür soll die Klasse SysErrException "missbraucht" werden. Dem Exception-Objekt ist als "Fehler-Code" der Wert 1 und als Fehlertext "Fehlender Kommandozeilenparameter" zu übergeben. Weiterhin ist eine Exception der Klasse SysErrException zu werfen, wenn die durch den Zugriffspfad spezifizierte Datei nicht geöffnet werden kann. Dieses Exception-Objekt ist mit dem Wert von errno sowie dem Fehlertext "Fehler beim Oeffnen der Datei" zu initialisieren. Alle Exceptions sind in der Funktion main() zu fangen. Beim Auftritt einer Exception vom Typ SysErrException ist eine Meldung gemäß folgendem Beispiel in die Standardfehlerausgabe auszugeben : Fehler beim Öffnen der Datei (errno : 2) Tritt eine Exception irgendeines anderen Typs auf, so ist mit der Meldung "Unbekannte Exception" zu reagieren. Nach dem Fangen und dem Bearbeiten einer Exception ist das Programm mit dem Return-Code 1 zu beenden. b) Formulieren Sie das um die oben beschriebene Fehlerbearbeitung ergänzte Programm.... weiter Seite 2

2 Aufgabe (16) Es wird eine Klasse RCTiefpass benötigt, die einen einfachen RC-Tiefpass 1. Ordnung modelliert. Für Real- und Imaginärteil der Übertragungsfunktion eines derartigen Tiefpasses gilt : Realteil : real = 1/(1+(2*f* *R*C)²); mit f = Frequenz Imaginärteil : imag = -2*f* *R*C/(1+(2*f* *R*C)²); Die Instanzen dieser Klasse sollen Funktionsobjekte sein, d.h. der Wert der Übertragungsfunktion (getrennt in Betrag und Phase) für eine bestimmte Frequenz f soll über den funktionsähnlichen "Aufruf" eines Objekts dieser Klasse ermittelt werden können. Der Rückgabetyp eines derartigen "Aufrufs" soll der folgende Typ BetragPhase sein, der Betrag und Phase in einer Structure zusammenfasst : struct BetragPhase { double betrag; double phase;; Die Werte für R und C sind in dieser Reihenfolge dem Konstruktor als Parameter zu übergeben. Folgender Code soll also gültig sein : RCTiefpass rcp(50.5, 3e-6); BetragPhase bp; //... bp=rcp(1.5e3); //... // R=50.5 Ohm, C=3e-6 Farad // "Aufruf" fuer f=1.5 khz Ausser dem Konstruktor und der benötigten Operatorfunktion soll die Klasse RCTiefpass keine weiteren öffentlichen Memberfunktionen besitzen. a) Definieren Sie die Klasse RCTiefpass! b) Implementieren Sie die Klasse RCTiefpass! Hinweise : 1. Der Wert von pi ( ) kann ermittelt werden mittels pi=4*atan(1); (atan() = Arcustangens) 2. Die Funktion atan() ist ebenso wie die Quadratwurzel-Funktion sqrt() eine Standardbibliotheksfunktion und in der Headerdatei <cmath> deklariert.... weiter Seite 3

3 Aufgabe (38) Anlage 2 auf dem Beiblatt enthält die main()-funktion eines einfachen Serverprogramms, das über eine Socket- Verbindung mit Client-Programmen kommunizieren kann. Sockets stellen einen i.a. über Rechnergrenzen hinweg eingesetzten Mechanismus für eine Kommunikation zwischen unabhängigen Prozessen zur Verfügung. Ihre Arbeitsweise und ihre Verwendung sind für das Verständnis und die Lösung dieser Aufgabe völlig unerheblich. Kern des Server-Programms bildet die Klasse SeqServer. Die Definition dieser Klasse ist in der Headerdatei "seqserver.h" enthalten und als Anlage 3 auf dem Beiblatt abgedruckt. Dem Konstruktor ist eine Port-Nummer zu übergeben. Diese dient zur Identifizierung des Serverprogramms gegenüber den Client-Programmen und wird zur Erzeugung eines IServerSocket-Objekts (Datenkomponente) benötigt. Ihre genaue Bedeutung sowie die Bedeutung und Funktionalität von IServerSocket-Objekten ist für das Verständnis und die Lösung dieser Aufgabe ebenfalls unerheblich. Die Memberfunktion doservice() startet und steuert die Arbeitsweise des Server-Programms. Ihre Implementierung ist nachfolgend wiedergeben : void SeqServer::doService() { ISocket* pclcomsock; while ((pclcomsock=(m_pclservsock->accept()))!=null) { FileHandler* pfh = new FileHandler(pclComSock); pfh->handlejob(); delete pfh; Sie wartet in einer Schleife auf Anfragen durch Client-Programme. Für jede akzeptierte Client-Anfrage erzeugt sie ein Verbindungs-Socket-Objekt (Klasse ISocket, Ergebnis von m_pclservsock->accept()) sowie ein Objekt der Klasse FileHandler (Handler-Objekt), dem das ISocket-Objekt übergeben wird. Für dieses Handler-Objekt wird anschliessend die Methode handlejob() aufgerufen. (Bedeutung und Funktionalität der Klasse ISocket sind für die Aufgabe gleichfalls unerheblich) In dieser Methode handlejob() implementiert die Klasse FileHandler die spezifische Funktionalität des Server- Programms (hier handelt es sich um ein einfaches File-Server-Programm). a) Beschreiben Sie die statische Struktur des o.a. Serverprogramms durch ein Klassendiagramm! Die Klassen IServerSocket und ISocket können dabei unberücksichtigt bleiben. b) Beschreiben Sie das dynamische Verhalten des Programms durch ein geeignetes Sequenzdiagramm! In der Erzeugung eines Objekts der Klasse FileHandler liegt die einzige Abhängigkeit der Klasse SeqServer von der spezifischen Server-Funktionalität. Wenn diese Abhängigkeit beseitigt werden könnte, liesse sich die Klasse SeqServer für die Realisierung jedes beliebigen Serverprogramms, unabhängig von dessen spezifischer Funktionalität, einsetzen. Diese Unabhängigkeit lässt sich durch Anwendung des Entwurfsmuster "Factory Method" erreichen. Zur Unterstützung dieses Entwurfsmusters steht die abstrakte Klasse SrvHandler zur Verfügung. Sie dient als Basisklasse für alle spezifischen Handler-Klassen und implementiert eine allen Handler-Klassen gemeinsame Funktionalität. U.a. ist ihrem Konstruktor hierfür ein ISocket-Objekt als Parameter zu übergeben. Weiterhin deklariert sie die rein-virtuelle Funktion handlejob(), die in abgeleiteten Klassen entsprechend der jeweiligen spezifischen Server-Funktionalität überschrieben wird. Die Klasse hier verwendete Klasse FileHandler ist von der Klasse SrvHandler abgeleitet. Das o.a. Programm ist unter Einsatz des Entwurfsmusters "Factory Method" so zu ändern, dass die erwünschte Unabhängigkeit der Klasse SeqServer erreicht wird. c) Beschreiben Sie die statische Struktur des in diesem Sinn geänderten Programms durch ein Klassendiagramm! d) Definieren und implementieren Sie die zusätzlich benötigten Klassen. e) Geben Sie die in der Definition der Klasse SeqServer erforderlichen Änderungen an! f) Geben Sie die in der Memberfunktion doservice() der Klasse SeqServer erforderlichen Änderungen an. g) Geben Sie die sich in der Funktion main() des Serverprogramms ergebenden Änderungen an.... weiter Seite 4

4 Aufgabe (31) In heutigen Betriebssystemen können Prozesse sogenannte Threads als Kindprozesse starten. Ein Thread wird (quasi-)parallel zum Elternprozeß abgearbeitet. Er besitzt einen eigenen Stack und hat Zugriff zu den Resourcen (Arbeitsspeicher, geöffnete Dateien usw) seines Elternprozesses. Zur Wahrnehmung bestimmter Verwaltungsaufgaben benötigt der Elternprozeß eine "Liste" der von ihm erzeugten Threads. Hierfür soll eine Klasse ThreadList eingesetzt werden. In einem Objekt dieser Klasse sollen für jeden Thread dessen sogenannte Prozeß-ID (PID, ein int-wert) und die Anfangsadresse seines Stacks abgelegt werden. Zwei verschiedene Threads können nicht die gleiche PID haben. Der Konstruktor der Klasse ThreadList soll eine leere "Liste" erzeugen. Weiterhin soll die Klasse über die folgenden Memberfunktionen verfügen : insthread(...) Diese Funktion fügt einen neuen Thread in die "Liste" ein. Ihr sind die Prozeß-ID und die Stack-Anfangsadresse des Threads als Parameter zu übergeben. Rückgabewert : - true, wenn das Einfügen erfolgreich war - false, wenn das Einfügen nicht erfolgreich war. delthread(...) Diese Funktion entfernt den Thread, dessen PID ihr als Parameter zu übergeben ist, aus der Liste. Rückgabewert : - true, wenn das Entfernen erfolgreich war (ein Eintrag für die übergebene PID existiert hat). - false, wenn das Entfernen nicht erfolgreich war (für die übergebene PID kein Eintrag existiert). operator[](...) Diese Operatorfunktion liefert die Stack-Anfangsadresse eines Threads als Funktionswert zurück. Als Parameter ("Index") ist ihr die PID des Threads zu übergeben. Existiert für die übergebene PID kein Eintrag, ist der NULL-Pointer zurückzugeben. Die o.a. Klasse soll unter Verwendung eines geeigneten Containers der STL realisiert werden. a) Geben Sie eine Definition der Klasse ThreadList an! b) Formulieren Sie die Implementierung der Klasse ThreadList! Sie haben es geschafft!!!

5 Fachhochschule München Bereich Datentechnik Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik R. Thomas Prüfung aus PROGRAMMIEREN 3 (SS 2003) Beiblatt Anlage 1 (zur 1. Aufgabe) : Definition der Klasse SysErrException (enth. in "syserrexcept.h") class SysErrException { public: SysErrException(int ierr, char* szmsg); // ierr = Fehlernummer // szmsg = Fehlertext SysErrException(const SysErrException& ex); ~SysErrException(); int geterrno() const; // Rueckgabe der Fehlernummer der Exception const char* getmessage() const; // Rueckgabe des Fehlertextes der Exception private: int m_ierrno; // Fehlernummer der Exception char* m_szmsg; // Fehlertext der Exception SysErrException& operator=(const SysErrException&); ; Anlage 2 (zur 3. Aufgabe) : Funktion main() eines einfachen Serverprogramms #include "seqserver.h" #include <cstdio> #define COM_PORT 1250 int main(int argc, char*argv[]) { int port; int iret=0; if (argc<=1) port=com_port; else sscanf(argv[1], "%d", &port); SeqServer serv(port); serv.doservice(); // Erzeugung des Server-Objekts // Start der Arbeitsweise des Servers return iret; Anlage 3 (zur 3. Aufgabe) : Definition der Klasse SeqServer (enthalten. in "seqserver.h") #include "iserversocket.h" class SeqServer { public: SeqServer(int port); ~SeqServer(); void doservice(); private: IServerSocket* m_pclservsock; // "Horch"-Socket des Servers ;