Programmieren in C/C++ und MATLAB

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1 Programmieren in C/C++ und MATLAB Christian-Albrechts-Universität zu Kiel CAU 9-1

2 Studentendatei Sie sollen ein Programm zur Verwaltung von Studenten (Büchern, Autos, Supermarktartikeln, etc...) schreiben. Erstellen Sie eine Klasse CStudent mit den Datenattributen Vorname, Nachname und Matrikelnummer. Vorname und Nachname sind public, die Matrikelnummer ist private. Initialisieren Sie die Datenelemente über den Konstruktor mit geeigneten Werten. Erstellen Sie geeignete Zugriffsfunktionen für das Datenelement Matrikelnummer. Erstellen Sie eine Instanz von CStudent und ändern sie die Matrikelnummer über die Get/Set Methoden. Ändern Sie ebenfalls den Vornamen. Geben Sie den Inhalt der Instanz am Bildschirm aus. CAU 9-2

3 Hinweise: Die Abfolge im Programm ist: - Deklaration der Klasse -Definition der Methoden - Hauptprogramm Die Klasse muss als Methoden den Konstruktor, den Destruktor und die Zugriffsfunktionen für die Matrikelnummer enthalten, eine die die Matrikelnummer schreibt und eine, die die Matrikelnummer liest (Get und Set). Der Destruktor ist leer, der Konstruktor wird zur Initialisierung verwendet. CAU 9-3

4 #include <cstdlib> #include <iostream> Übung using namespace std; //Klassendefinition class CStudent { // Datenelemente public: string Vorname; string Nachname; private: long Matrikelnummer; ; //Mathoden public: CStudent(); ~CStudent(); void SetMatrikelnummer(long); long GetMatrikelnummer(void); // Deklaration der Methoden der Klasse CStudent // Konstruktor CStudent::CStudent(void) { Vorname = "James"; Nachname = "Bond"; Matrikelnummer = 007; CAU 9-4

5 // Destruktor CStudent::~CStudent() { Übung long CStudent::GetMatrikelnummer(void) { return Matrikelnummer; void CStudent::SetMatrikelnummer(long nummer) { if(nummer > 0) Matrikelnummer = nummer; CAU 9-5

6 // Hauptprogramm int main(int argc, char *argv[]) { // Erzeugen einer Instanz von CStudent CStudent m_studi_1; long mn=0; cout << m_studi_1.vorname << " " << m_studi_1.nachname << " " ; cout << m_studi_1.getmatrikelnummer() << endl; cout << " Bitte neue Matrikelnummer eingeben: " ; cin >> mn; m_studi_1.setmatrikelnummer(mn); m_studi_1.vorname = "Johannes"; cout << endl; cout << m_studi_1.vorname << " " << m_studi_1.nachname << " " << m_studi_1.getmatrikelnummer() << endl; system("pause"); return EXIT_SUCCESS; CAU 9-6

7 Aufgabe: Berechnen Sie für die Klimastation Schleswig des Deutschen Wetterdienstes die Monatsmittelwerte, Monatsmaxima und Monatsminima der Temperatur in 2 m über dem Erdboden für das Jahr 2007 und schreiben Sie die Tabelle der Monatswerte in eine Datei. Benötigt werden diese Werte oft für klimatische Berechnungen, hydrologische Berechnungen zum Wasserdargebot und zur Grundwasserneubildung. Als Daten gehen diese Werte dann in das Präprozessing ein. CAU 9-7

8 Vorbereitet für Sie ist eine Datei schleswig.txt, die die gemessenen Tageswerte der Klimastation Schleswig enthält. Diese kann man aus dem Internet beim DWD herunterladen, Tageswerte seit 1991 stehen so zur Verfügung. Um Ihnen die Aufgabe zu erleichtern, ist die Datei vereinfacht worden: jeder Monat hat genau 30 Tage. Die Datei enthält insgesamt alle Werte aus dem Jahr 2007, also 12*30 = 360 Tagesmessungen. Die Datei besteht aus einem Dateikopf und den Werten. Der Dateikopf ist eine Zeile lang und enthält die Spaltenbeschriftungen: STAT JJJJMMDD Quality Min_T_5cm Min_T_2m Mean_T_2m_ C Max_T_2m Mean_rel_humidity Mean_Wind Max_wind Sunshine_hours cloud_amount Rain_mm Air_press_hPa Achtung: Zeilenumbrüche nur hier, nicht in der Datei! CAU 9-8

9 Lesen Sie diese Daten ein und speichern Sie die eingelesenen Werte alle in einem array. Überlegen Sie sich dessen Dimensionen. Achtung: Die Werte sind in der Datei zeitlich so angeordnet, dass die neuesten Werte oben stehen. Beim Einlesen können Sie diese so in das array einlesen, dass sie dort chronologisch richtig stehen. Verwenden Sie dazu eine for-schleife mit umgekehrter Indizierung: for(i=max_i; i >= 0; i ){... Da jeder Monat genau 30 Tage lang ist, können Sie zählen, und müssen nicht anhand des Datums herausbekommen, wann die Monate anfangen und wann diese wiederum aufhören. CAU 9-9

10 Zum Berechnen der Monatsmittelwerte gilt: 30 1 T = mean T i 30 i= 1 Maximawerte und Minimawerte werden durch Vergleich mit jedem einzelnen Wert ermittelt. Für das Maximum gilt: double wert_max = ; // kleiner als alle Werte im Datensatz for(i=0;i<n_werte;i++) if(wert[i] > wert_max) wert_max = wert[i]; Hinweis: Sie können zwei geschachtelte for-schleifen verwenden, um die Monatsmittel zu berechnen. Zu Beginn der Berechnungen für einen Monat müssen die min/max-werte neu initialisiert werden. CAU 9-10

11 Benutzen Sie formatierte Ausgabe, um eine Tabelle in die Ausgabedatei zu schreiben. Wenn Sie die Methode setw() verwenden wollen, müssen Sie den Header iomanip.h einbinden. Das Ergebnis sollte sein (aus Spalte Mean_T_2m_ C): T_mean T_min T_max CAU 9-11

12 Ergänzungen: - Adaptieren Sie Ihr Programm so, das es auch Min-Max-Mean Werte für den Niederschlag berechnet. - Adaptieren Sie Ihr Programm so, das es die Monate anhand des Datums erkennt. - Berechnen Sie das gleitende Mittel der Temperatur mit einem Mittelungsintervall von 10 Tagen. CAU 9-12

13 Lösung #include <cstdlib> #include <iostream> #include <fstream> #include <iomanip> using namespace std; int main(int argc, char *argv[]) { /* Programm zum Einlesen von Wetterdaten auf Tagesbasis; Berechnung von Monatsmittelwerten der Temperatur */ Dateninput File: Schleswig.txt Format steht in erster Zeile Das Format ist angepass, um die Übung zu erleichtern: Jeder Monat hat 30 Tage, es stehen Werte für 12 Monate zur Verfügung In der Datei stehen 14 Spalten double data[360][14]; // Feld fuer die eingelesenen Klimadaten auf Tagesbasis: 12*30, 14 double wert; // Variable zum Einlesen int i, j, k, d=0; // Zählindex double T_min, T_max, T_mean; // Minimum, Maximum und Mittelwert der Temperatur string name_string; // string zum Einlesen der Titelzeile string monatsnamen[] = {" Januar", " Februar", " Maerz", " April", " Mai", " Juni", " Juli", " August", " September", " Oktober", " November", " Dezember"; ifstream klima_in; // Eingabedateien ofstream mklima_out; // Ausgabedatei CAU 9-13

14 /* Öffnen der Eingabedatei */ klima_in.open("schleswig.txt"); if(!klima_in) { cout << "Fehler beim Oeffnen der Datei schleswig.txt"; return 0; Lösung /* Öffnen der Ausgabedatei */ mklima_out.open("schleswig_monatsmittel.txt"); if(!mklima_out) { cout << "Fehler beim Oeffnen der Datei schleswig_monatsmittel.txt"; return 0; // Initialisierung des arrays data for(i=0;i<360;i++) for(j=0;j<14;j++) data[i][j] = 0.0; /* Einlesen der Datei mit den Klima Tageswerten */ // Einlesen erste Zeile: 14 namen je als string for(j=0;j<14;j++){ klima_in >> name_string; cout << name_string <<" "; cout << endl; // Einlesen der Tageswerte // Die Werte werden von oben nach unten aus der Datei gelesen, // aber von unten nach oben in das array data eingespeichert, // damit sie chronologisch richtig vorliegen for(i=360 1;i>=0;i ){ for(j=0;j<14;j++){ klima_in >> data[i][j]; CAU 9-14

15 Lösung // Schliessen der Eingabedatei klima_in.close(); // Testausgabe fuer richtiges Einlesen; erste und letzte Zeile ausgeben for(i=0;i<360;i++){ for(j=0;j<14;j++){ if(i==0 i==359) cout << data[i][j] << " "; if(i==0 i==359) cout << endl; cout << endl << endl; // Berechnung der Min, Max und Mittel Wertre für die Temperatur: Spalte 6 (j=5) für die Feuchte Spalte 8 (j=7) // Schleife über Temperatur und Feuchte index k for(k=0;k<2;k++){ if(k==0){ // Berechnung der Temperatur d = 5; cout << " Monat" << " T_mean" << " T_min" << " T_max" << endl; mklima_out << " Monat" << " T_mean" << " T_min" << " T_max" << endl; if(k==1){ // Berechnung der Feuchte d = 7; cout << " Monat" << " F_mean" << " F_min" << " F_max" << endl; mklima_out << " Monat" << " F_mean" << " F_min" << " F_max" << endl; CAU 9-15

16 Lösung for(i=0;i<12;i++){ // 12 Monate T_min = 1000; // Startwert für Minimale Temperatur hochsetzen, < Vergleich T_max = 1000; // Startwert für Maximale Temperatur klein setzen, > Vergleich T_mean = 0.0; // Tageswerte werden aufaddiert, Startwert = 0 for(j=0;j<30;j++){ wert = data[i*30+j][d]; if(wert < T_min) T_min = wert; // neue minimale Temperatur gefunden if(wert > T_max) T_max = wert; // neue minimale Temperatur gefunden T_mean += wert; T_mean = T_mean/30.0; // Berechnung des Monatsmittels der Temperatur // Ausgabe auf Bildschirm cout.precision(4); cout << monatsnamen[i] << setw(10) << T_mean << setw(10) << T_min << setw(10) << T_max << endl; // Ausgabe in Datei mklima_out.precision(4); mklima_out << monatsnamen[i] << setw(10) << T_mean << setw(10) << T_min << setw(10) << T_max << endl; // end for(i cout << endl; mklima_out << endl; mklima_out.close(); system("pause"); return EXIT_SUCCESS; CAU 9-16

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