Informatik 1 ( ) D-MAVT F2010. Funktionen. Yves Brise Übungsstunde 7

Transkript

1 Informatik 1 ( ) D-MAVT F2010 Funktionen

2 Nachbesprechung Blatt 5, Aufgabe 1 Pseudocode im Allgemeinen gut gelöst. Vergleiche mit Musterlösung. Bubblesort Vergleiche der Reihe nach Paare im unsortierten Bereich und vertausche gegebenenfalls unsortiert unsortiert sortiert sortiert äussere Schleife Insertionsort Das aktuelle Element wandert so lange nach vorne, bis es an der richtigen Stelle ist. sortiert sortiert unsortiert unsortiert äussere Schleife

3 Nachbesprechung Blatt 5, Aufgabe 2 Gut gelöst! Das grösste Element nach Absolutwert war gesucht. Das heisst abs() verwenden! Berechnung der Norm und Suche des Maximum in einer Schleife kombieren. Statische Felder nur mit const Grössen int n; std::cin >> n; float a[n]; // nicht erlaubt

4 Nachbesprechung Blatt 5, Aufgabe 3 Verschlüsseln UND Entschlüsseln... for (int i = 0; i < len_txt; ++i) { text[i] = text[i] ^ (passwort[i%len_pwd] & 0x1f); Vorsicht wegen Wrap-around... text[i] = text[i] ^ (passwort[i%len_pwd]) + 33; Übermässiger Speicherbedarf (und nicht erlaubt)... char passwort[len_txt];

5 Nachbesprechung Blatt 5, Aufgabe 3 Zwischenspeichern von Werten, die oft gebraucht werden... int len_pwd = strlen(passwort); int len_txt = strlen(text); Xor revisited ^ Bitweise Operation exclusive or, d.h. nur wenn die beiden Bits verschieden sind, kommt eine 1 raus. Andernfalls ergibt sich eine 0. Verschlüsseln & Entschlüsseln Annahme: xor assoziativ t p p t 0 t

6 cin::gettline int main() { int n; char a[128]; std::cin >> n; std::getline(a, 127); std::cout << a << std::endl; Ausgabe: leer Der Grund ist, dass sich noch ein Steuerzeichen (Enter) im Eingabestrom befindet vom ersten cin. Lösung: Wir müssen das Programm anweisen, ein Zeichen (resp. das Enterzeichen) zu ignorieren. std::cin.ignore(1, \n );

7 Null character Der Null character (im Quellcode \0 ) gibt an, dass die Zeichenkette beendet ist, selbst wenn das Feld noch weiteren Speicher zur Verfügung hat. Vergleiche Beispiel unten... char a[10]; a[0] = H ; a[1] = a ; a[2] = l ; a[3] = l ; a[4] = o ; a[5] = \0 ; std::cout << a << std::endl; Beim Einlesen mit cin.getline() wird \0 automatisch gesetzt. Wenn Sie ein Feld manuell füllen, dann müssen sie dies selber tun.

8 Referenzen & Zeiger int a = 2; int& r_a = a; // Referenz int* p_a = &a; // Zeiger Referenzen Müssen initialisiert werden. Können nicht auf 0 zeigen. Handhabung gleich wie bei normalen Variablen (z.b. Elementzugriff mit.) Werden zum Überladen verschiedener Operatoren gebraucht, z.b. T& operator=(t& val); Zeiger Müssen nicht initialisiert werden, können auf verschiedene Objekte zeigen. Können auf 0 zeigen. Müssen dereferenziert werden, um auf das Objekt zuzugreifen (z.b. Elementzugriff mit ->) Zeigerarithmetik ist möglich (z.b. ++ und --) Wichtige Gründe für Referenzen: erhöhte Sicherheit, Sichtweise Objekt

9 Funktionen Typ des Rückgabewertes Name der Funktion T FktName(T1 p1, T2 p2) { T t;... return t; T t; T1 p1; T2 p2; t = FktName(p1, p2); Funktionsaufruf Rückgabewert Man kann (und muss manchmal) Funktionen auch nur deklarieren... So zu tun in Blatt 7, Aufgabe 4. void foo(int a); // Deklaration void bar() { foo(1); void foo(int a) { // Definition...

10 Blatt 7, Aufgabe 1 Call by Value Parameter werden beim Funktionsaufruf kopiert. Call by Reference Parameter verweisen auf Speicher. Ausgabe: 1 void bar(double d) { d *= 2; double tmp = 1.0; bar(tmp); std::cout << tmp; void bar(double* d) { *d *= 2; double tmp = 1.0; double* p_tmp = &tmp; bar(p_tmp); std::cout << tmp; Ausgabe: 2 void bar(double& d) { d *= 2; double tmp = 1.0; bar(tmp); std::cout << tmp;

11 Blatt 7, Aufgabe 1 Vertauschen ohne Hilfvariable Der übliche Weg, zwei Werte zu vertauschen... int a = 2; int b = 3; int tmp = a; a = b; b = tmp; int a = 2; int b = 3; a = a + b; b = a - b; a = a - b; Der Trick braucht auch 3 Operationen, aber weniger Speicher.

12 Blatt 7, Aufgabe 2 void f(int x, int* y, int& z); Tipp 1: Call-by-value Variablen werden mit rvalues initialisiert. Call-by-reference Variablen müssen mit Objekten initialisiert werden. Im Falle einer Referenz muss dies ein lvalue sein. Im Falle eines Zeigers muss es eine Adresse sein. Subtil: Eigentlich ist ein Zeigerargument call-by-value! Tipp 2: Der Subscript Operator[] gibt einen lvalue zurück.

13 Blatt 7, Aufgabe 3 Zeiger auf den Anfang Past-the-end-pointer void add_2 (int* begin, int* end) { for (; begin!= end; ++begin) { *begin += 2; return; int n = 10; int* const a = new int[n]; for (int i = 0; i < n; ++i) a[i] = i; add_2(a, a+n); delete[] a; Funktionsaufruf Verwenden Sie den Sortier-Code aus Übung 6. Überlegen Sie sich, auf welche Variablen eine Funktion wie Zugriff haben muss Signatur. Für Array-Zugriff siehe Beispiel add_2.

14 Blatt 7, Aufgabe 4 Raytracing Bildebene und Objekte werden in einer 3D Darstellung modelliert. Vom Augpunkt werden dann die Schnittpunkte vieler Halbgeraden berechnet. Raytracing findet prominente Anwendung in der 3D Computergraphik.

15 Blatt 7, Aufgabe 4 Das Framework Sie müssen nur die Datei main.cpp aus dem Ordner framework bearbeiten. Die Datei framework7.zip auf der Kurshomepage enthält alles, was sie brauchen.wenn Sie alles richtig gemacht haben, dann schreibt das Programm eine Datei out.ppm. Dies ist eine Bilddatei. Sie können die.ppm Dateien mit Gimp (Windows, Linux) oder ToyViewer (OS X) anschauen. Datenstruktur für Vektoren, Farben und Strahlen typedef float[3] Vector3f; typedef Vector3f color_rgb; struct ray { Vector3f p; // Punkt Vector3f d; // Richtung ;

16 Blatt 7, Aufgabe 4 /****************************************************************************** * Funktion write_picture(color_rgb( ) * * Schreibt ein Bild(Array aus Farben) in out.ppm im PPM-Format * * Eingabeargumente: Array pic, das aus Elementen mit 3 Farben (RGB) besteht * * Rueckgabewerte: kein3e * ******************************************************************************/ void write_picture(color_rgb * pic); pic ist ein Zeiger auf ein Feld, welches das Bild darstellt (kann man eindimensional oder mehrdimensional machen). /****************************************************************************** * Funktion generate_ray() * * Generiert die den Strahl fuer den Pixel (x,y) * * Eingabeargumente: Koordinaten x, y. Kameramodel model * * Rueckgabewerte: Strahl welcher durch den Pixel verlaeuft * ******************************************************************************/ ray generate_ray(int x, int y, camera_model model); Rückgabewert ist eine Instanz von struct ray.

17 Blatt 7, Aufgabe 4 a) int main() { Vector3f pos(-4,0,1); Vector3f lookat(0,0,1); Vector3f up(0,0,1); camera_model camera; camera = init_camera(pos, lookat, up,1); color_rgb rot(1,0,0); color_rgb gruen(0,1,0); color_rgb blau(0,0,1); color_rgb gelb(1,1,0); color_rgb schwarz(0,0,0); color_rgb weiss(1,1,1); Zuerst ausprobieren ein Bild zu schreiben. Grösse des Bildes: const int res_x = 256; const int res_y = 256; color_rgb *pic =...; // Allen Bildpunkten blau zuweisen write_picture(pic); return 0;

18 Blatt 7, Aufgabe 4 b) float int_plane(ray strahl, Vector3f &n); int main() {... color_rgb *pic =...; // Allen Bildpunkten blau zuweisen Strahl mit Ebene schneiden. Ebene soll durch Funktion fixiert sein (xy-ebene). write_picture(pic); return 0; float int_plane (ray strahl, Vector3f &n) { Vector3f plane_n(0,0,1);... n = plane_n; return t; Rückgabewert mit Referenz realisiert Einzige benötigte Operation ist Vektorprodukt: Vector3f a(1,1,1); Vector3f b(1,0,0); a.dot(b); // gibt float zurück b.dot(a); // ist äquivalent

19 Blatt 7, Aufgabe 4 d) float int_sphere(ray strahl, Vector3f &n); int main() {... color_rgb *pic =...; // Allen Bildpunkten blau zuweisen write_picture(pic); return 0; float int_sphere (ray strahl, Vector3f &n) { Vector3f c(0,0,0); float r = 1.2;... return t; Strahl mit Kugel schneiden. Kugel soll durch Funktion fixiert sein (c=(0,0,0), r=1.2). Normale muss berechnet werden! Weitere nützliche Funktion von Vector3f: Vector3f a(1,1,1); a.normalize(); // norm(a) == 1

20 Blatt 7, Aufgabe 4 c) int main() {... color_rgb *pic =...; for (...) { for (...) { strahl = generate_ray(...); // Schneide strahl mit allen // Objekten und ermittle Farbe // des Pixels. write_picture(pic); Strahlen generieren für jedes Pixel. Falls t negativ, dann wird das Objekt nicht getroffen. Falls kein Objekt getroffen wird, Hintergrundfarbe verwenden. return 0;

21 Blatt 7, Aufgabe 4 d) Farbe mit dem Cosinus des Einfallswinkels mutlipliziert werden. Beispiel für ein Pixel: Beleuchtungsmodell hinzufügen. farbe = gelb*(-1*strahl.d.dot(normale)); Endresultat:

22 Fotoausstellung Click! Vernissage morgen um 18:30 Uhr im Lichthof der Universität Zürich. Freier Eintritt... Fotoausstellung April 2010 Studierende, Mitarbeitende und Alumni der Universität Zürich und ETH Zürich stellen aus. Lichthof, Universität Zürich, Rämistrasse 71 VERNISSAGE DONNERSTAG, 22. APRIL 2010, UHR Weitere Informationen Mit freundlicher Unterstützung von!"#$%&%" Link: