Informatik II Übung 04

Transkript

1 Informatik II Übung 04 Michael Baumann n.ethz.ch/~mbauman

2 Ablauf 1) Nachbesprechung Serie 3 2) Stacks 3) Vorbesprechung Serie 4 4) Bytecode und Assembler 2

3 Ablauf 1) Nachbesprechung Serie 3 2) Stacks 3) Vorbesprechung Serie 4 4) Bytecode und Assembler 3

4 Serie 3 4

5 Serie 3 Aufgabe 1 public static String decrypt(string s) { StringBuffer buf = new StringBuffer(""); for(int i = 0; i < s.length(); ++i) { buf.append((char)(s.charat(i) - 3)); return buf.tostring(); Encrypt: 4092 ms, decrypt: 42 ms (mein PC) Bei encrypt wird bei jeder Änderung der ganze String kopiert Strings sind dafür schneller bei lesenden Zugriffen z. B. suchen 5

6 Serie 3 Aufgabe 2 a): X2 : Var: ~. (~X1 ): ~(X1 OR ~X 2 ): (X2 ) OR (~X 1 OR X 2 ): Clause: ( Var ) b) OR (X1 OR X 2 ) AND (~X 1 ): Expr: (X1 ) AND (~X 1 OR ~X 2 ) AND (X 2 ): Clause AND Clause 6

7 Serie 3 Aufgabe 2 a): X2 : nicht erzeugbar Var: ~. (~X1 ): ~(X1 OR ~X 2 ): (X2 ) OR (~X 1 OR X 2 ): Clause: ( Var ) b) OR (X1 OR X 2 ) AND (~X 1 ): Expr: (X1 ) AND (~X 1 OR ~X 2 ) AND (X 2 ): Clause AND Clause 7

8 Serie 3 Aufgabe 2 a): X2 : nicht erzeugbar Var: ~. (~X1 ): erzeugbar ~(X1 OR ~X 2 ): (X2 ) OR (~X 1 OR X 2 ): Clause: ( Var ) b) OR (X1 OR X 2 ) AND (~X 1 ): Expr: (X1 ) AND (~X 1 OR ~X 2 ) AND (X 2 ): Clause AND Clause 8

9 Serie 3 Aufgabe 2 a): X2 : nicht erzeugbar Var: ~. (~X1 ): erzeugbar ~(X1 OR ~X 2 ): nicht erzeugbar (X2 ) OR (~X 1 OR X 2 ): Clause: ( Var ) b) OR (X1 OR X 2 ) AND (~X 1 ): Expr: (X1 ) AND (~X 1 OR ~X 2 ) AND (X 2 ): Clause AND Clause 9

10 Serie 3 Aufgabe 2 a): X2 : nicht erzeugbar Var: ~. (~X1 ): erzeugbar ~(X1 OR ~X 2 ): nicht erzeugbar (X2 ) OR (~X 1 OR X 2 ): nicht erzeugbar b) (X1 OR X 2 ) AND (~X 1 ): (X1 ) AND (~X 1 OR ~X 2 ) AND (X 2 ): Expr: Clause: Clause AND ( Var OR Clause ) 10

11 Serie 3 Aufgabe 2 a): X2 : nicht erzeugbar Var: ~. (~X1 ): erzeugbar ~(X1 OR ~X 2 ): nicht erzeugbar (X2 ) OR (~X 1 OR X 2 ): nicht erzeugbar b) (X1 OR X 2 ) AND (~X 1 ): erzeugbar (X1 ) AND (~X 1 OR ~X 2 ) AND (X 2 ): erzeugbar Expr: Clause: Clause AND ( Var OR Clause ) 11

12 Serie 3 Aufgabe 3 Warum nicht in Knoten? 12

13 Serie 3 Aufgabe 3 b) public class KD { // string parsing public static void parse(string kd) throws ParseException; // parse helpers (entity parsing) private static int parsetree(string kd, int position) throws ParseException; private static int parsesubtree(string kd, int position) throws ParseException; private static int parsenode(string kd, int position) throws ParseException; // atomic helpers (single character parsing) private static boolean checkchar(char expected, String kd, int position); 13

14 Serie 3 Aufgabe 3 b) public static void parse(string kd) throws ParseException { int offset = parsetree(kd, 0); if(offset!= kd.length()) { throw new ParseException("and the tree dies suddenly", offset); 14

15 Serie 3 Aufgabe 3 b) public static boolean checkchar(char c, String kd, int position) { if (position < kd.length()) return kd.charat(position) == c; return false; 15

16 Serie 3 Aufgabe 3 b) private static int parsetree(string kd, int position) throws ParseException { if(checkchar('-', kd, position)) { return position + 1; Baum Baum Node ( Unterbaum ) 16

17 Serie 3 Aufgabe 3 b) private static int parsetree(string kd, int position) throws ParseException { if(checkchar('-', kd, position)) { return position + 1; position = parsenode(kd, position); Baum return position; Baum Node ( Unterbaum ) 17

18 Serie 3 Aufgabe 3 b) private static int parsetree(string kd, int position) throws ParseException { if(checkchar('-', kd, position)) { return position + 1; position = parsenode(kd, position); if(checkchar('(', kd, position)) { if(!checkchar(')', kd, position)) throw new ParseException("expected ')'", position); position++; return position; Baum Baum Node ( Unterbaum ) 18

19 Serie 3 Aufgabe 3 b) private static int parsetree(string kd, int position) throws ParseException { if(checkchar('-', kd, position)) { return position + 1; position = parsenode(kd, position); if(checkchar('(', kd, position)) { position++; position = parsesubtree(kd, position); if(!checkchar(')', kd, position)) throw new ParseException("expected ')'", position); position++; return position; Baum Baum Node ( Unterbaum ) 19

20 Serie 3 Aufgabe 3 b) private static int parsesubtree(string kd, int position) throws ParseException { position = parsetree(kd, position); return position; parsechildren() Nachfolger Baum, 20

21 Serie 3 Aufgabe 3 b) private static int parsesubtree(string kd, int position) throws ParseException { position = parsetree(kd, position); while (checkchar(',', kd, position)) { position += 1; position = parsetree(kd, position); return position; parsechildren() Nachfolger Baum, 21

22 Serie 3 Aufgabe 3 b) private static int parsenode(string kd, int position) throws ParseException { if (position >= kd.length()) throw new ParseException("Expected a node", position); char c = kd.charat(position); if (Character.isUpperCase(c)) return position + 1; else throw new ParseException(String.format( "'%c' is not a valid node name", c), position); 22

23 Demo: Debugging mit Eclipse 23

24 Stacks 24

25 Stacks: Theorie Stack = Stapel Nur auf oberstes Element Zugriff LIFO Beispiele Funktionsstack (siehe Aufgabe 3 und TI1 im 3. Semester) Klammerung 25

26 Beispiel: Klammercheck public static boolean check(string s) { Stack<Character> stack = new Stack<Character>(); for(int i = 0; i < s.length(); i++) { switch(s.charat(i)) { case '(': stack.push('('); break; case ')': if(stack.isempty()) { return false; if(stack.pop()!= '(') { return false; break; return stack.isempty(); 26

27 Serie 3 27

28 Aufgabe 1 Konstruktor Array mit gegebener Kapazität initialisieren tostring() Format: [i0, i1,, i(n-1)] StringBuffer: buf.append( earp ); 28

29 Aufgabe 1 grow() Kapazität verdoppeln, kopieren Arrays.copyOf(...) push(), pop(), empty() Falls nötig grow aufrufen peek() Oberstes Element zurückgeben aber nicht entfernen size() Aktuelle Grösse capacity() Wie viele Elemente passen hinein? 29

30 Aufgabe 2 Ackermann-Funktion Wächst extrem schnell: A(3, 3) = 61 Wilhelm Ackermann ( , Deutchland) A(4, 2) Sinn: Die theoretischen Informatiker findens cool :) 30

31 Aufgabe 2 b) Pseudocode Nicht sprachspezifisch Alles erlaubt, so lange man es versteht selbsterklärend 31

32 Aufgabe 2 b) Pseudocode Bitte kein Brainfuck ( > [< >-]<++.>++++++[< >-]< >++++[<---- >-]<-.>++[<+++ >-]< >++[<--- >-]<--.>+++ [<++++ >-]<+++.>++++[<---- >-]<--.>++[<+++ >-]<++.> [< >-]<---.> [< >-]<+.>+++[<+++ >-]<+. +.> [< >-]<---.> [< >-]< >+++[<--- >-]<.> [< >-]<-----.> [< >-]< >++[<--- >-]<--.--.>+++[<+++ >-]<.>+++[<---- >-]<-.>+++[<++++ >-]< >+++[<---- >-]<---.> [< >-]<-----.> [< >-]<+++++.>+++[<++++ >-]< >+++[<---- >-]<---.>+++[<++++ >-]<+.>+++[<--- >-]<.>+++[<+++ >-]<+.>++++[<---- >-]< > [< >-]<-----.>++++++[< >-]< >++ +++[< >-]< >++[<--- >-]<--.>+++[<+++ >-]<++.>++++[<---- >-]<-.>+++[<++++ >-]< >+++[<++++ >-]< >++++[<---- >-]< > [< >-]<-.>+++[<---- >-]<.> [< >-]<+++++.>+++[<+++ >-]< >++[<--- >-]< >+++[<---- >-]<.-.>+++[<+++>-]<.> [< >-]< > [< >-]< >++[<--->-]<-.--.> [< >-]<-----.> [< >-]<++.>++++[<++++ >-]< >+++[<++++ >-]<+++.>+++ +[<---- >-]< >++++[<++++ >-]<+.>++++[<----- >-]<-.>+++[<++++ >-]<+.> [< >-]<-.> [< >-]<++++.>+++++[<+++++>-]<++++.>++++[<---- >-]<.-.>+++[<++++ >-]<+.> [< >-]< >++++++[< >-]<+ ++.>++++++[< >-]<++++.>++++[<---- >-]<.>++[<+++ >-]<+..>++[<--->-]<-.>+++[<++++ >-]<+.> [< >-]<-.> [< >-]<++++.>++[<--- >-]<--.> [< >-]<-----.>++++[<++++ >-]<+.>++[<+++ >-]< >+ ++[<---- >-]<--.>++++++[< >-]<.>++++++[< >-]< > [< >-]<-----.> [< >-]<++.>++ +++[<+++++ >-]< >++++[<---->-]< > [< >-]<-----.> [< >-]< >+++ [<---- >-]<--.>+++[<+++ >-]<.>+++[<---- >-]<--.> [< >-]<----.> [< >-]<+++++.>+++[<---- >-]<.>++ +[<++++ >-]<+.>+++[<--- >-]< >+++[<---- >-]<.>+++[<+++ >-]<++.> [< >-]<----.> [< >-]<+.>++++[<+++++ >-]<.>++++[<---- >-]< > [< >-]<.>+++++[<++++++>-]<++++.>++++++[< >-]< >++++[<---- >-]<-.>++[<+++ >-]< >++[<--- >-]<--.> [< >-]<----.> [< >-]<+.>++ [<+++ >-]<++.> [< >-]< >+++[<---- >-]<.>+++++[< >-]<++++.>++++++[< >-]< >++++[<---- >-]<-.>++[<+++ >-]< >++[<--- >-]<--.> [< >-]< >+++[<--- >-]<-.> [< >-]< >+ ++[<--- >-]<--.+.>+++[<++++ >-]<+.> [< >-]<-.>+++++[< >-]< >++++++[<

33 Aufgabe 2 c) Ackermann: N 2 N Braucht zwei Argumente, gibt ein Resultat zurück Die Argumente sind immer zuoberst auf dem Stack Was, wenn nur noch eine Zahl auf dem Stack liegt? Stack stack = new Stack(); stack.push(4); stack.push(7); while(stack.size()!= 1) {... Benutzt Stack aus A1 oder (falls ihr A1 nicht geschafft habt) java.util.stack<integer> 33

34 Aufgabe 3 Vergleich C / C++ Java C wird für eine bestimmte Architektur kompiliert und kann dort direkt ausgeführt werden Java wird zu Bytecode kompiliert Dieser wird von der Java Virtual Machine interpretiert 34

35 Aufgabe 3: Beispiel: C++ int function(int a, int b) { return a + b; int main() { printf("%d\n", function(1, 2)); return 0; 35

36 Aufgabe 3: Beispiel Assember (Linux) <function>: 0: 55 push %rbp 1: e5 mov %rsp,%rbp 4: 89 7d fc mov %edi,-0x4(%rbp) 7: f8 mov %esi,-0x8(%rbp) a: 8b 45 f8 mov -0x8(%rbp),%eax d: 8b 55 fc mov -0x4(%rbp),%edx 10: 01 d0 add %edx,%eax 12: 5d pop %rbp 13: c3 retq <main>: 14: 55 push %rbp 15: e5 mov %rsp,%rbp 18: be mov $0x2,%esi 1d: bf mov $0x1,%edi 22: e callq 27 <main+0x13> 27: 89 c6 mov %eax,%esi 29: bf mov $0x0,%edi 2e: b mov $0x0,%eax 33: e callq 38 <main+0x24> 38: b mov $0x0,%eax 3d: 5d pop %rbp 3e: c3 retq 36

37 Aufgabe 3: Beispiel Assember (AVR) <function>: 0: cf 93 push r28 2: df 93 push r29 4: 00 d0 rcall.+0 ; 0x6 <function+0x6> 6: cd b7 in r28, 0x3d ; 61 8: de b7 in r29, 0x3e ; 62 a: std Y+1, r24 ; 0x01 c: 6a 83 std Y+2, r22 ; 0x02 e: ldd r25, Y+1 ; 0x01 10: 8a 81 ldd r24, Y+2 ; 0x02 12: 89 0f add r24, r25 14: 0f 90 pop r0 16: 0f 90 pop r0 18: df 91 pop r29 1a: cf 91 pop r28 1c: ret e <main>: 1e: cf 93 push r28 20: df 93 push r29 22: cd b7 in r28, 0x3d ; 61 24: de b7 in r29, 0x3e ; : 62 e0 ldi r22, 0x02 ; 2 28: 81 e0 ldi r24, 0x01 ; 1 2a: 00 d0 rcall.+0 ; 0x2c <main+0xe> 2c: 88 2f mov r24, r24 2e: 90 e0 ldi r25, 0x00 ; 0 30: 29 2f mov r18, r25 32: 2f 93 push r18 34: 8f 93 push r24 36: 80 e0 ldi r24, 0x00 ; 0 38: 90 e0 ldi r25, 0x00 ; 0 3a: 89 2f mov r24, r25 3c: 8f 93 push r24 3e: 80 e0 ldi r24, 0x00 ; 0 40: 90 e0 ldi r25, 0x00 ; 0 42: 8f 93 push r24 44: 00 d0 rcall.+0 ; 0x46 <main+0x28> 46: 0f 90 pop r0 48: 0f 90 pop r0 4a: 0f 90 pop r0 4c: 0f 90 pop r0 4e: 80 e0 ldi r24, 0x00 ; 0 50: 90 e0 ldi r25, 0x00 ; 0 52: df 91 pop r29 54: cf 91 pop r28 56: ret 37

38 Aufgabe 3: Vergleich Java public class Bytecode { public static int function(int a, int b) { return a + b; public static void main(string[] args) { System.out.println(function(1, 2)); 38

39 Aufgabe 3: Java Bytecode public class Bytecode { public Bytecode(); Code: 0: aload_0 1: invokespecial #8 // Method java/lang/object."<init>":()v 4: return public static int function(int, int); Code: 0: iload_0 1: iload_1 2: iadd 3: ireturn public static void main(java.lang.string[]); Code: 0: getstatic #21 // Field java/lang/system.out:ljava/io/printstream; 3: iconst_1 4: iconst_2 5: invokestatic #27 // Method function:(ii)i 8: invokevirtual #29 // Method java/io/printstream.println:(i)v 11: return 39

40 Aufgabe 3 Versucht, den Bytecode zu verstehen Wie funktioniert Rekursion intern auf dem Prozessor? Ausführung: javac JavaTip.java //compiler java JavaTip //run javap c private JavaTip //disassembler Oder einfach Class File ins Eclipse reinziehen 40

41 Happy Hasensuchen! 41