Informatik 1 ( ) D-MAVT F2010. Logik, Schleifen. Yves Brise Übungsstunde 4

Transkript

1 Informatik 1 ( ) D-MAVT F2010 Logik, Schleifen

2 Nachbesprechung Blatt 2 Aufgabe 3c): double(9/2) 4.0 double Zuerst wird die Operation ausgeführt und dann erst die Konversion! Allgemein: Dateiendungen:.c steht für C Dateien,.cpp steht für C++ Dateien. Seltener wird auch auch.c für C++ verwendet. Eigenen Namen in JEDE Datei schreiben, egal ob.cpp,.pdf,.doc,.txt,

3 Logik Philosophie Lehre des vernünftigen Folgerns. Untersucht Argumente hinsichtlich ihrer Struktur unabhängig vom Inhalt der Aussagen. Mathematik Mengenlehre, Beweistheorie, Modelltheorie, Rekursionstheorie Theoretische Informatik Erfüllbarkeit logischer Formeln, Komplexitätstheorie, P=NP? Digitaltechnik Erzeugung und Verarbeitung zeit- und wert-diskreter Signale. Grundlegende Bauteile sind Logikgatter. a,b,c C++ Brauchen wir zum Auswerten von logischen Operatoren.!= &&

4 Schnellkurs Logik Die Operationen UND, ODER und NICHT reichen um alle logischen binären Funktionen darzustellen. and (&&) or ( ) neg (!) De Morgan Regel (a b) a b (a b) a b nand nor Umgangssprachlich: Man kann nicht den Fünfer und das Weggli haben bedeutet Man hat entweder den Fünfer nicht oder man hat das Weggli nicht. Man kann aber auch gar nichts haben :-(

5 Schnellkurs Logik xor a b (a b) (a b) xor (^) Implikation a b a b if..then Umgangssprachlich: Wenn es regnet, dann ist die Strasse nass bedeutet Entweder es regnet nicht oder die Strasse ist nass.

6 Bitweise vs Logische Operatoren In C++ gibt es auch bitweises und (&) und oder ( ), xor (^) und nicht (~). 14 & 9 == == ^ 9 == 7 ~14 == 1 (14) 10 = (1110) 2 (9) 10 = (1001) 2 Konversion bool int 0 false 0 true Achtung: Logische und bitweise Operatoren sind nicht gleich! 6 && 9 == true 6 & 9 == 0

7 Bitwise Shift Die beiden Operatoren << und >> haben für integrale Datentypen (int, char, ) eine andere Bedeutung als bei der Ein- und Ausgabe. Sie verschieben das Bitmuster nach link oder rechts. 1. Anweisung: unsigned int a = 3 << 2; a = a >> 2; (3) 10 = (11) 2 a ˆ= (1100) 2 Ausgangswert Verschiebung 2. Anweisung: a ˆ= (11) 2 Verschiebung um n entspricht der Multiplikation/Division mit 2 n Bei unsigned und positiven Zahlen wird eine 0 nachgeschoben. Bei negativen Zahlen wird bei der Rechtsverschiebung das Vorzeichen erhalten (siehe Zweierkomplement).

8 Anwendungsbeispiel Komprimierte Version von bool: unsigned int flag; unsigned int mask1 = 0x10 // mask1 = (binär) unsigned int mask2 = 0x0A // mask2 = (binär) if (!(flag & mask1)) { // 5. Bit? flag += 0x10; // setzt 5. Bit flag = flag mask1; // setzt 5. Bit flag = flag & ~mask1; // Behalte alles ausser 5. Bit flag = flag & mask2; // Behalte nur letzte 4 Bits Zweirpotenzen berechnen: int n = 1; for (int i = 0; i < 10; ++i) { n *= 2; std::cout << n; vs. std::cout << (1 << 10);

9 for Schleife for (init; cond; expr) { init ist eine Deklarationsanweisung, eine Ausdrucksanweisung oder die Null- Anweisung. cond ist ein Audruck, der zu bool konvertiert werden kann. expr ist ein beliebiger Audruck. for (;;); Endlosschleifen sind im Allgemeinen im nicht detektierbar! for (int i = 0; i < n; ++i) { Typische Zählschleife. Die Variable i ist nur innerhalb des for-blockes definiert.

10 while Schleife while (cond) { Die while Schleife hat keine Initialisierung und keinen Ausdruck integriert. cond muss wiederum vom Typ bool sein. cond wird zu Beginn der Schleife geprüft. int i = 0; while (i < n) { ++i; Typische Zählschleife als while dargestellt. Alle Schleifentypen sind gleich mächtig. Sie entscheiden sich nur aus stilistischen Gründen für die eine oder andere. Es kann sein, dass der Inhalt der Schleife nie ausgeführt wird.

11 do Schleife do { while (cond); Die do Schleife hat keine Initialisierung und keinen Ausdruck integriert. cond muss wiederum vom Typ bool sein. cond wird zu Ende der Schleife geprüft. int i = 0; do { ++i; while (i < n) Typische Zählschleife als do dargestellt. Alle Schleifentypen sind gleich mächtig. Sie entscheiden sich nur aus stilistischen Gründen für die eine oder andere. Der Inhalt der Schleife wird sicher ein Mal ausgeführt.

12 Prüfungsaufgabe Bestimmen Sie für die folgenden vier Programmfragmente, ob A. es beim Kompilieren einen Fehler verursacht, B. es beim Ausführen einen Fehler verursacht, C. die Ausführung des Programms nie beendet wird, D. das Programm fehlerfrei durchläuft. int a; a = 5; if (3!= a) { a = a + 1; else { a = a * 3; int a; a = 5; if (3 = a) { a = a + 1; else { a = a * 3;

13 Prüfungsaufgabe double a = 3.0; do { a = a / 2; while (a < 2.0); double a = 2.0; while (a < 2.0) { a = a / 2; Zusätzlich zu der Klassifizierung (A,B,C,D) sollen folgende Fragen beantwortet werden. zu A: Geben Sie eine Begründung an. zu B: Geben Sie an, an welcher Stelle der Fehler auftritt. zu C: Geben Sie eine Begründung an. zu D: Geben Sie die Auswirkungen des Programmfragmentes auf die Variable a an.

14 Lösung int a; a = 5; if (3!= a) { a = a + 1; else { a = a * 3; D a == 6 int a; a = 5; if (3 = a) { a = a + 1; else { a = a * 3; A lvalue? double a = 3.0; C double a = 2.0; D do { a = a / 2; while (a < 2.0) while (a < 2.0) { a = a / 2; 0.0 / 2 == 0.0 a == 2.0

15 Sprungbefehle Sprungbefehle bringen keine neue Funktionalität (vgl. while und do), können aber unter Umständen die Lesbarkeit des Codes verbessern. Sie verkomplizieren aber den Kontrollfluss und sind mit Vorsicht einzusetzen. goto indentifier Springt an die Stelle, wo das label identifier definiert ist. return [expression] Springt an die Stelle, von der die aktuelle Funktion aufgerufen wurde. expression ist ein optionales Argument für Rückgabewerte. continue Überspringt die restlichen Anweisungen im Schleifenblock. Bei while und do wird sogleich die Abbruchbedingung ausgewertet und allenfalls mit dem nächsten Schleifendurchgang fortgefahren. Bei for wird zuerst noch der Inkrement-Ausdruck ausgewertet. break Beendet sofort die umschliessende Schleife. Die nächste folgende Anweisung wird ausgeführt. Wird auch in der switch Anweisung verwendet.

16 Äquivalenz der Schleifen do Anweisung while Anweisung for Anweisung do Anweisung A B bedeutet: Wir können A verwenden, um B auszudrücken. do Anweisung while Anweisung while (condition) statement if (condition) do statement while (condition); Induziert die Reihenfolge: condition, statement, condition, statement, bis condition zum ersten Mal als false ausgewertet wird. Problem: condition darf keine Variablendeklaration sein. Dies ist bei while erlaubt, bei do jedoch nicht.

17 Äquivalenz der Schleifen while Anweisung for Anweisung for (init; condition; expression) statement init; while (condition) { statement; expression; Induziert die Reihenfolge: init, condition, statement, expression, condition, statement, expression, condition, bis condition zum ersten Mal als false ausgewertet wird. Problem: statement darf keine continue enthalten, weil dabei expression übersprungen wird. Kann gelöst werden

18 Äquivalenz der Schleifen for Anweisung do Anweisung do statement; while (expression); for (bool first = true; first expression; first = false) statement; Induziert die Reihenfolge: statement, expression, statement, expression, statement, bis expression zum ersten Mal als false ausgewertet wird. Beachte: expression wird beim ersten Mal nicht ausgewertet (und darf nicht wegen möglichen Effekten!), Dank der Kurzschlussauswertung.

19 Schleifen fortgeschritten Verschachtelte Schleifen for (int i = 0; i < 10; ++i) { for (int j = 0; j < 10; ++j) { Vorsicht bei der Namensgebung der Variablen! Innere Deklaration überdeckt die äussere. Mehrfache Initialisierung & Inkrement-Ausdrücke for (int i = 0, j = 0; i < 10 && j < 10; ++i,++j) { Es gibt in C++ tatsächlich einen Komma-Operator

20 Zufallszahlen #include <iostream> #include <cstdlib> #include <ctime> int main() { srand(time(null)); int r = rand(); std::cout << "r ist: " << r << "\n"; std::cout << "RAND_MAX ist: " << RAND_MAX << "\n"; for (int i = 0; i < 10000; ++i) { std::cout << rand() % 100 << "\n"; // [0,99] std::cout << static_cast<char>((rand() % )); // A-Z return 0; Mit % können wir den Wertebereich einschränken und mit + können wir ihn verschieben somit bekommen wir die gewünschten ASCII Zeichen.

21 Gültigkeitsbereiche (Scope) Block Blöcke haben Sie schon kennen gelernt. Sie erlauben es mehrere Anweisungen zu gruppieren. Die betroffenen Anweisungen stellen eine zusammengesetzte Anweisung dar. Blöcke werden z.b. bei Funktionen (main Funktion) und Kontrollanweisungen (if, for, while,) verwendet. {statement1; statement2; statementn; Variablendeklarationen sind immer lokal in Bezug auf einen Block (Ausnahme: globale Variablen). Potential Scope / Declarative Region if (n > 0){ int i = 0; for (int i = 0;;) { Die deklarative Region ist der umschliessende Block. Der potentielle Gültigkeitsbereich geht von der Deklarations- Anweisung bis zum Ende der deklarativen Region

22 Gültigkeitsbereiche (Scope) Tatsächliche Gültigkeitsbereiche int main() { const int i = 2; for (int i = 0; i < 4; ++i) { std::cout << i;! // outputs 0, 1, 2, 3 std::cout << i;!// outputs 2 return 0; Deklarationen, die den selben Namen einführen, sind nur in einem untergeordneten Block erlaubt. Sie verstecken die übergeordnete Deklaration! pot. Gültigkeitsbereich des ersten i pot. Gültigkeitsbereich des zweiten i Speicherdauer int i = 5; for(int j = 0; j < 4; ++j){ std::cout << ++i; // outputs 6, 7, 8, 9 int k = 2; std::cout << --k; // outputs 1, 1, 1, 1 Die Speicherdauer ist bis zum Ende des potentiellen Gültigkeitsbereiches. D.h. Deklarationen in Schleifen instanziieren jedes Mal eine neue Variable.

23 Tipps zu Blatt 4 Aufgabe 1: Schleifen Umwandeln und Durchläufe zählen! for (int i = 0; i < 15; ++i) 15 Durchläufe Aufgabe 2: Programmanalyse. Wenn Sie nach Teil a) die Antwort auf b) noch nicht wissen, versuchen sie a=2.0 und b=1,2,3, Aufgabe 3: Beachten Sie die Tipps auf dem Blatt. Zufallszahlen haben wir heute noch einmal angeschaut.