Software Engineering I. Musterlösungen zur Hauptklausur vom Aufgabe 1

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1 1 Software Engineering I Musterlösungen zur Hauptklausur vom Aufgabe 1 a) Wir entwickeln das ER-Modell aus der Problembeschreibung in mehreren Schritten. Zu Beginn identifizieren wir vier Entitätsstypen mit folgenden Attributen: "Student" mit den Attributen "Name", "Matrikelnummer" "Korrektor" mit den Attributen "Name", "Adresse", "Stundenanzahl" "Kurs" mit den Attributen "KursNr" und "Kursname" Einsendung mit den Attributen "Kurseinheit" "Korrekturzustand" und "Punktzahl" Zwischen diesen Entitätstypen finden wir folgende Beziehungen: Ein Student belegt mehrere Kurse, ein Kurs wird von mehreren Studenten belegt Ein Student schickt mehrere Einsendungen ein, jede Einsendung stammt von genau einem Studenten Ein Korrektor korrigiert mehrere Einsendungen, jede Einsendung wird von genau einem Korrektor korrigiert. Eine Einsendung gehört zu genau einem Kurs, zu einem Kurs gibt es viele Einsendungen Ein Korrektor bekommt für jeden Kurs einen Dienstvertrag, der u.a. die wöchentliche Arbeitszeit (in Stunden) festlegt. Aufgrund der Reduktionsregeln aus dem Kurstext (S. 119) halten wir folgende Punkte fest: Ein Entitätstyp Lehrstuhl ist überflüssig, weil das Programm nur den Korrekturbetrieb eines einzigen Lehrstuhls verwaltet. Auch Kurseinheit ist als Entitätstyp nicht erforderlich, weil es außer dem Identifikator Kurseinheitnummer keine weiteren Attribute gibt. Für die siebte Beispielabfrage aus der Aufgabenstellung benötigen wir die Anzahl der Kurseinheiten, die wir als Attribut von Kurs speichern. Aus diesen Überlegungen ergibt sich folgendes ER-Diagramm:

2 2 Stunden prowoche KursNr Kursname Semester Anzahl Kurseinheiten MatrikelNr Name Adresse Dienstvertrag m Kurs n belegt m Student 1 1 gehört zu Name Adresse n Korrektor 1 n korrigiert n Einsendung n schickt Kurseinheit Eingangsdatum Korrekturzustand Punktzahl b) Die Konsistenzregeln 2 und 3 sind bei der Modellierung aus a) immer erfüllt, weil jede Entität des Typs Einsendung über (1,n)-Beziehungen nur mit jeweils einer Entität des Typs Kurs bzw. Korrektor verbunden ist. Die Einhaltung der Konsistenzregel 1 müßte mit einer Prozedur überprüft werden, weil in dem obigen ER-Modell zwischen Student und Einsendung durchaus eine Beziehung bestehen kann, obwohl der Student den zugehörigen Kurs nicht belegt hat. Eine solche Prozedur würde folgendermaßen vorgehen: Durchlaufe alle Einsendungen und ermittle zu jeder Einsendung den zugehörigen Kurs und den einsendenden Studenten. Wenn nicht jedes Paar (Kurs, Student) auch in der belegt -Relation vorkommt, ist die Konsistenzregel verletzt. Die Einhaltung der Konsistenzregel 4 müßte bei dem obigen Datenmodell ebenfalls mit einer Prozedur überprüft werden, weil mehrere Einsendungen eines Studenten zu einer Kurseinheit eines Kurses möglich sind. Vorgehensweise der Prozedur: Durchlaufe alle Einsendungen und erstelle eine dreistellige Relation (Kursnummer, Kurseinheit, Matrikelnummer). Kommt ein Tripel mehrfach vor, so ist die Konsistenzbedingung verletzt. Je nach Art der Datenmodellierung in a) könnte die Konsistenzregel 4 auch automatisch erfüllt sein.

3 3 Aufgabe 2 Das Ampelsystem enthält drei Komponenten, die sich in verschiedenen Zuständen befinden können: die Autoampel, die Fußgängerampel und den Anforderungskontakt. Der Anforderungskontakt wird durch den Fußgänger aktiviert und durch die grüne Fußgängerampel wieder deaktiviert. Es ergibt sich eine Folge von Zuständen, die zyklisch durchlaufen wird. Der zwei- Minuten-Abstand zwischen zwei Rotphasen wird schon vor der Gelbphase überprüft, damit die Ampel nicht im gelben Zustand wartet. Timer2 := 0 grün rot false Sensor betätigt Timer1 > 2 s Timer1 := 0 grün rot true rotgelb rot false Timer2 > 120 s Timer2 := 0; Timer1 := 0; Timer1 > 10 s Timer1 := 0 rot rot false gelb rot true Timer1 > 3 s Timer1 := 0 rot rot true Timer1 > 8 s Timer1 := 0 Timer1 > 1 s Timer1 := 0 Autos = Zustand der Autoampel Fußg. = Zustand der Fußgängerampel Anf. = Zustand des Anforderungskontaktes rot grün false Timer1 stoppt die Verweildauer der einzelnen Zustände Timer2 stoppt den Abstand der Rotphasen

4 4 Aufgabe 3 a) Der Entitätstyp Benutzungsbeziehung wird analog zu Abb.15.8 im Kurstext in ein Teilsystem Benutzungsbeziehungen übertragen (Abb. 3.1). Die Entitätstypen Knoten, Modul und Teilsystem werden analog zu Abb im Kurstext in ein Teilsystem Knoten übertragen (Abb. 3.2). Der Knoten enthält die gemeinsamen Eigenschaften von Modul und Teilsystem und trägt dadurch zur Redundanzvermeidung bei. Eine KnotenID repräsentiert entweder einen Modul oder ein Teilsystem. Benutzungsbeziehungen TS BB- Behälter ADO BB-Behälter- Schablone ID- Verwaltung BB ID BB = Benutzungsbeziehung Abb. 3.1: Teilsystem Benutzungsbeziehung

5 5 Knoten TS Knotenbehälter ADO Knotenbehälter- Schablone Modul Teilsystem KnotenID- Verwaltung Knoten KnotenID Abb. 3.2: Das Teilsystem Knoten enthält auch die Subentitätstypen Modul und Teilsystem b) Den "1,n"-Beziehungstyp enthält transformieren wir, indem wir den Datentyp TModul um ein Attribut TeilsystemNr und entsprechende Zugriffsoperationen ergänzen. Dazu muß der Modul den Typ TTeilsystem aus aus dem Teilsystem importieren. Während das Teilsystem eines Moduls (falls vorhanden) auf diese Weise direkt bestimmt werden kann, müssen zur Bestimmung aller Module eines Teilsystems alle Knoten durchlaufen werden. Die beiden diskutierten Funktionalitäten bilden Standardoperationen auf "1,n"-Beziehungstypen. Sie und alle weiteren Operationen, die ausschließlich den Beziehungstyp bearbeiten, werden in einem Funktionsmodul Enthält-Beziehung zusammengefaßt, der sich auf dem Knoten-Teilsystem abstützt. Den "2,n"-Beziehungstyp verbindet transformieren wir wie einen "1,n"-Beziehungstyp, nur mit dem Unterschied, daß bei jeder Entität vom Typ Benutzungsbeziehung zwei KnotenIDs gespeichert werden. Der -Modul Benutzungsbeziehung muß also den Typ TKnotenID aus dem -Modul KnotenID (über die Teilsystemschnittstelle des TS Knoten) importieren. Zur Verwaltung der "2,n"-Beziehung verwenden wir einen Funktionsmodul Verbindet- Beziehung.

6 6 c) Abb. 3.3 stellt die in den Teilaufgaben (a) und (b) diskutierte Softwarearchitektur graphisch dar. Benutzungsbeziehung Verbindet- Beziehung FM Enthält- Beziehung FM TS Knoten TS Abb. 3.3: Das Gesamtsystem d) Die Operation, die zu einer KnotenID den zugehörigen Knoten liefert, befindet sich im Modul Knotenbehälterschablone (vgl. Prozedur Suche im Modul DAOrdnerSchablone, Kurstext S. 731).

7 7 Aufgabe 4 a) In dieser Aufgabe waren die Prozeßspezifikationen der Operationen Create, Dispose, Duplicate, LiesName und SchreibName anzugeben. Bei der Operation Dispose ist darauf zu achten, daß der für den Namen eines Studenten allokierte Speicherplatz auch wieder an das System zurückgegeben wird. Prozeßspezifikation Create Parameter: Name: TText; (* IN *) MatrikelNr : CARDINAL; (* IN *) lokale Variable: Stud : TStudent; Allokiere Speicherplatz für Stud; Stud.Name := TextVW.Duplicate(Name); Stud.MatrikelNr := MatrikelNr; RETURN S END Create; Prozeßspezifikation Dispose Parameter: Stud : TStudent; (* INOUT *) TextVW.Dispose(Stud.Name); Deallokiere Speicherplatz für Stud; END Dispose; Prozeßspezifikation Duplicate Parameter: Stud : TStudent; (* IN *) lokale Variable: outstud : TStudent; outstud := Create(Stud.Name, Stud.MatrikelNr); RETURN outstud; END LiesName; Prozeßspezifikation LiesName Parameter: Stud : TStudent; (* IN *) RETURN TextVW.Duplicate(Stud.Name); END LiesName; Prozeßspezifikation SchreibName Parameter: Stud : TStudent; (* INOUT *) Name : TText; (* IN *) TextVW.Equalize(Stud.Name, Name); END SchreibName;

8 8 b) Wegen der Vorbedingung NOT IsEmpty brauchen brauchen wir den Fall eines leeren Baumes nicht behandeln: Prozeßspezifikation GoSmallest Parameter: BB: TBinärbaum[TObjekt] (* INOUT *) GoRoot(BB); WHILE NOT IsLeaf(BB) DO StepLeft(BB); END; END GoSmallest; c) MODULSPEZIFIKATION Studentenverzeichnisschablone; SCHNITTSTELLENSPEZIFIKATION... (*******************************************************************************************) RUMPFSPEZIFIKATION IMPORTE IMPORTIERE Binärbaum AUS Student IMPORTIERE Student.Create, Student.Dispose, Student.Duplicate, Student.IsEqual, Student.Equalize, Student.MatrikelNrKleiner, Student.MatrikelNrGleich; (* Die Operationen MatrikelNrKleiner und MatrikelNrGleich fehlen leider im Student, dafür gibt s keine Punktabzüge *) INSTANTIIERUNG GENERIERE Studentenverzeichnisschablone AUS Binärbaum MIT DATENTYPEN TObjekt => TStudent OPERATIONEN Objekt.Create => Student.Create Objekt.Dispose => Student.Dispose Objekt.Duplicate => Student.Duplicate Objekt.IsEqual => Student.IsEqual Objekt.Equalize => Student.Equalize Objekt.SmallerValue => Student.MatrikelNrKleiner Objekt.SameValue => Student.MatrikelNrGleich UMBENENNUNGEN TBinärbaum[TStudent] => TStudentenverzeichnis; SPEZIFIKATIONSENDE MODUL Studentenverzeichnisschablone.

9 9 d) Die Operation GoSmallest wird an den Studentenverzeichnisschablone weitergereicht. Als Parameter wird das Modulgedächtnis des ADO (Variable StudentenverzeichnisADO) übergeben. Prozeßspezifikation GoSmallest Studentenverzeichnisschablone.GoSmallest(StudentenverzeichnisADO); END GoSmallest;

10 10 Aufgabe 5 a) Abb. 5.1 stellt den kompaktifizierten Kontrollflußgraphen der Prozedur IndexOfSubstring dar. n start 1 n init n while n init n while n if n then n inc n if n then n return n final 12 Abb. 5.1: Kompaktifizierter Kontrollflußgraph der Prozedur ApproxRoot. b) Bei der Eingabe ( A, A ) wird der Pfad (1,2,3,4,5,6,8,5,9,3,11,12) bzw. (n start,n init1, n while1, n init2, n while2, n if1, n inc1, n while2, n if2, n while1, n return, n final ) durchlaufen.

11 11 c) Boundary interior-test: Zu jeder Schleife sind drei Klassen von Testfällen zu betrachten: Umgehung der Schleife einmalige Schleifenausführung (boundary-test) zweimalige Schleifenausführung (interior-test) Da wir die IF-Konstruktionen jeweils als black box betrachten dürfen, bekommen wir zu jeder Schleife nur genau drei Testfälle. Wir beginnen mit der äußeren Schleife: Schleife Test Pfad Eingabe zu diesem Pfad erwartete Ausgabe while1 Umgehung 1,2,3,11,12 (, ) 0 boundary 1,2,3,4,5,9,3,11,12 ( A, ) 0 interior 1,2,3,4,5,6,7,8,5,9,10, 3,4,5,6,7,8,5,9,10,3,11,12 ( AB, C ) 2 while2 Umgehung 1,2,3,4,5,9,3,11,12 ( A, ) 0 boundary 1,2,3,4,5,6,8,5,9,3,11,12 ( A, A ) 0 interior 1,2,3,4,5,6,8,5,6,8,5,9, 3,11,12 ( AB, AB ) 0