Grundlagen der Informatik

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1 Grundlagen der Informatik Musterklausur 1. Dynamische Datenstrukturen und objektorientierte Programmierung Zur Verwaltung einer digitalen Fotogalerie sollen Techniken der objektorientierten Programmierung verwendet werden. Dabei sollen innerhalb der zu definierenden Klasse dynamische Datenstrukturen verwaltet werden. Ein Foto sei durch einen (fiktiven) Datentyp foto typ beschrieben. Dieser Datentyp stehe innerhalb des zu entwerfenden Programmes ohne Einschränkungen zur Verfügung. Zum Aufbau des Fotoalbums soll folgender Grunddatentyp benutzt werden: struct foto_elem { string name; // Fotoname foto_typ * foto; // Verweiss auf Speicherplatz fuer ein Foto lelem * pnext; // Verweis auf naechstes Foto. }; Basierend auf dieser Datenstruktur soll eine Klasse album mit der folgenden Klassendefinition aufgebaut werden: class album { private: foto_elem * anchor; // Zeiger auf das erste Foto im Album public: album(); // Konstruktor zum Konstruieren // eines leeren Albums ~album(); // Destruktor, gibt den gesamten dynamisch // angeforderten Speicherplatz einschliesslich // des Speicherplatzes fuer das Foto frei int einfuegen (foto_elem * foto);// einfuegen eines neuen Fotos int zaehle_fotos(); // Auswertemethode, zaehlt die Fotos void ausgabe_liste(); // Ausgabe aller Fotonamen void ausgabe_liste_datei(string filename); // Ausgabe aller Fotonamen in Datei }; 1

2 Die Funktionalität der Methoden der Klasse album ist wie folgt definiert: einfuegen: Die Methode einfuegen sucht zunächst die Stelle in der einfach verketteten Liste, für die gilt: Vorgänger name < foto name Nachfolger name An diese Stelle soll das übergebene Foto eingefügt werden. Es soll eine alphabetische Ordnung bezüglich des Namens eingehalten werden. Sind nur kleinere Elemente vorhanden, ist das Foto an das Ende der Datenstruktur einzufügen. Ist das erste Foto bezüglich seines Namens größer als das übergebene, so ist ein neues erstes Foto des Albums zu realisieren. Ist die Liste leer, so soll ein neues erstes Foto zu realisieren. Das jeweils letzte Element der aufgebauten Datenstruktur soll dabei auf sich selbst zeigen. Die Methode gibt einen Integer-Wert mit folgender Bedeutung zurück: 0 - Einfügen mißglückt 1 - Einfügen gelungen zaehle fotos: In der Methode zaehle fotos wird die Anzahl der Elemente der Datenstruktur, die durch den privaten Member anchor adressiert wird, ermittelt. Es ist nicht davon auszugehen, daß die Anzahl der Elemente in der Datenstruktur, die durch den privaten Member anchor adressiert wird, bekannt ist. ausgabe liste: Die Datenelemente name der einfach verketteten Liste sollen auf die Standardausgabe ausgegeben werden, wobei die Namen rechtsbündig mit einer Länge von 25 Zeichen auf den Bildschirm geschrieben werden sollen. Es sollen, wenn möglich, 3 Fotonamen auf einer Bildschirmzeile ausgegeben werden. Es ist nicht davon auszugehen, daß die Anzahl der Elemente in der Datenstruktur, die durch den privaten Member anchor adressiert wird, bekannt ist. ausgabe liste datei: Die Datenelemente name der einfach verketteten Liste sollen in eine Datei geschrieben werden, deren Name der Methode als Parameter übergeben wird. Es ist nicht davon auszugehen, daß die Anzahl der Elemente in der Datenstruktur, die durch den privaten Member anchor adressiert wird, bekannt ist. Die Methode gibt einen Integer-Wert mit folgender Bedeutung zurück: 0 - Ausgeben in Datei mißglückt 1 - Ausgeben in Datei gelungen Implementieren Sie den Konstruktor, den Destruktor sowie die angegebenen Methoden der Klasse album. 2

3 Schreiben Sie ein Rahmenprogramm, das die oben beschriebenen Methoden benutzt und den folgenden Aufbau hat: ** Konstruieren Sie zunächst ein Objekt, welches eine leere Liste verwaltet. Fügen Sie nun in das ursprünglich leere Objekt 10 Fotos ein, deren DNamen und Speicherort vom Nutzer abzufragen sind. (Für die Ein- und Ausgabe des Speicherortes (Datentyp foto typ) können Sie uneingeschränkt die Operatoren << bzw. >> verwenden). ** Geben Sie dann die Namen der Fotos, die durch das Objekt verwaltet werden, auf dem Bildschirm aus. Schreiben Sie dann die Namen der Fotos, die durch das Objekt verwaltet werden, in eine Datei, deren Namen vom Nutzer zu erfragen ist. 3

4 2. Objektorientierte Programmierung (23 Punkte) Implementieren Sie eine C++-Klasse stack, die einen einfachen Stack (dt. Stapel oder Kellerspeicher) realisiert. Der Stack solle folgende Eigenschaften haben: Der Stack kann Gleitkommazahlen speichern (Typ double) es können Elemente auf dem Stack abgelegt (Methode push() ) und wieder entnommen werden (Methode pop() ). Dabei soll die Reihenfolge der Entnahme entgegengesetzt zur Ablage sein (last in - first out). der Stack soll die Daten in einem Feld fester Größe speichern und in einer weiteren Variable die Anzahl der aktuell abgelegten Elemente Daten können nur aus dem Stack entnommen werden, wenn er nicht leer ist Daten können nur in den Stack geschrieben werden, wenn er nicht voll ist der Stack soll folgende private Methoden enthalten: bool isempty() - liefert true, wenn der Stack keine Elemente enthält bool isfull() - liefert true, wenn der Stack keine Elemente mehr aufnehmen kann der Stack soll folgende öffentliche Methoden enthalten: int getsize() - liefert die Anzahl der aktuell gespeicherten Elemente zurück void clear() - löscht den gesamten Stack Friend-Operatorfunktion friend ostream & operator << (ostream & os, const stack & st) die alle Elemente, die in einem Objekt der Klasse stack abgelegt sind, auf ein Objekt der Klasse ostream (in der Regel cout) ausgibt. Die Reihenfolge der Ausgabe soll umgekehrt zu dem Zeitpunkt des Einordnens in das Objekte der Klasse Stack erfolgen. Es handelt sich dabei nicht um eine Memberfunktion. bool pop(double & value) - Ergebnis ist true, wenn die Operation pop erfolgreich war, sonst false. Die entnommene Zahl steht im Parameter value bool push(double element) - Ergebnis ist true, wenn die Operation erfolgreich war, sonst false. der Erfolg der Operationen pop bzw. push soll mit Hilfe der privaten Methoden isempty bzw. isfull festgestellt werden Testen Sie die Klasse geeignet (alle öffentlichen Methoden sollen mindestens einmal verwendet werden). 4

5 3. Rekursive Funktionen (8 Punkte) Die Quersumme einer (positiven) ganzen Zahl ist als Summe der Ziffern dieser Zahl definiert. Beispiel: Die Quersumme von 3579 beträgt = 24 Entwerfen und implementieren Sie eine C++-Funktion, die die Quersumme einer positven ganzen Zahl rekursiv berechnet. Implementieren Sie eine kleine Funktion main(), welche Zahlen von der Tastatur einliest, deren Gültigkeit im Sinne der Aufgabenstellung untersucht und durch Ruf der Funktion zum Berechnen der Quersumme diese ermittelt und auf dem Bildschirm ausgibt. 4. Algorithmierung (17 Punkte) Gegeben sei eine Folge von n ganzen Zahlen in einem eindimensionalen Feld. Innerhalb dieser Zahlenfolge können Teilfolgen aus 1 bis maximal n aufeinanderfolgenden Zahlen gebildet werden. Gesucht ist diejenige solche Teilfolge aufeinanderfolgender Zahlen, bei der die Summe ihrer Elemente maximal ist, und das entsprechende Intervall im Feld (d.h. Index des ersten und Index des letzten Elements der Teilfolge). Entwicklens Sie hierfür einen Algorithmus. Formulieren Sie diesen als C++-Funktion. Als Parameter übergeben Sie das Feld und die Länge n des Feldes. Als Ergebnis soll die Funktion die Summe und den Index des ersten und letzten Elements dieser Teilfolge liefern. Demonstrieren Sie die Verwendung dieser Funktion in einer kleinen Funktion main(). Beispielsweise liefert die Zahlenfolge die maximale Summe =123 und die Indizes 2 und 5 (in C++-Notation). 5