Aufgabenblatt 3. Kompetenzstufe 1. Allgemeine Informationen zum Aufgabenblatt:

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1 Aufgabenblatt 3 Kompetenzstufe 1 Allgemeine Informationen zum Aufgabenblatt: Die Abgabe erfolgt in TUWEL. Bitte laden Sie Ihr IntelliJ-Projekt bis spätestens Freitag, :00 Uhr in TUWEL hoch. Zusätzlich müssen Sie in TUWEL ankreuzen, welche Aufgaben Sie gelöst haben und während der Übung präsentieren können. Ihre Programme müssen kompilierbar und ausführbar sein. Ändern Sie bitte nicht die Dateinamen und die vorhandene Ordnerstruktur. Bei manchen Aufgaben finden Sie Zusatzfragen. Diese Zusatzfragen beziehen sich thematisch auf das erstellte Programm. Sie müssen diese Zusatzfragen in der Übung beantworten können. Verwenden Sie, falls nicht anders angegeben, für alle Ausgaben System.out.println() bzw. System.out.print(). Verwenden Sie für die Lösung der Aufgaben keine speziellen Aufrufe (Klassen) aus der Java-API, außer diese sind ausdrücklich erlaubt, wie z.b. die Klassen StdDraw und Scanner oder Klassen, die in den Hinweisen zu den einzelnen Aufgaben aufscheinen. 13. November 2017 Seite 1

2 1 /* Aufgabe 1 Gegeben sei der Programmcode aus Listing 1: 2 Aufgabe 1) Methoden ohne Rueckgabe 3 */ 4 public class Aufgabe1 { 5 Listing 1: Vorgegebener Programmcode in Aufgabe1.java 6 public static void main(string[] args) { 7 printhello(); } 11 } Erweitern Sie das Programm wie folgt: 1. Definieren Sie die fehlende Methode, sodass obiger Code die Zeichenkette H e l l o W o r l d! in der Konsole ausgibt. 2. Schreiben Sie eine weitere Methode printtext mit einem String-Parameter. Die Methode soll den String in der Konsole ausgeben. Z.B. soll der Aufruf printtext( This is just a test ) die Ausgabe This is just a test in der Konsole erzeugen. Fügen Sie in main einen entsprechenden Aufruf zum Testen der Methode ein und überprüfen Sie die Ausgabe. 3. Schreiben Sie eine weitere Methode printrepeatedtext mit einem String-Parameter und einen weiteren Parameter vom Typ int. Hier soll eine nicht negative 1 ganze Zahl angegeben werden können, die angibt, wie viele Zeilen mit dem angegebenen Text ausgegeben werden sollen. Z.B. soll der Aufruf printrepeatedtext( Hallo, 3) die Ausgabe Hallo Hallo Hallo in der Konsole erzeugen. Der Aufruf printrepeatedtext( Hallo, 0) erzeugt gar keine Ausgabe. Testen Sie wieder durch Aufruf der Methode in main. 1 Die Bedingung, dass die Zahl größer oder gleich 0 ist, muss beim Aufruf der Methode erfüllt sein. Sie muss von der Methode nicht überprüft werden (man spricht hier von einer Vorbedingung). 13. November 2017 Seite 2

3 Aufgabe 2 Gegeben sei der Programmcode aus Listing 2. Verändern Sie das Programm wie folgt: 1. Kürzen Sie den obigen Programmcode durch Verwendung von Unterprogrammen (Methoden): Schreiben Sie geeignete Methoden, die es ermöglichen, dass beliebiger Text und bestimmte ganze Zahlen durch Aufruf von Methoden in der speziellen Formatierung ausgegeben werden können, ohne dass dabei die Inhalte der Variablen text1, text2, a, b und c nach der Initialisierung beim Programmablauf verändert werden. Z.B. soll durch die Anweisung printtext( Hello World! ) die Ausgabe H-e-l-l-o- -W-o-r-l-d-! oder durch die Anweisung printnumber(1023) die Ausgabe in der Konsole erzeugt werden. Nutzen Sie dabei den bereits bestehenden Code. Zusatzfragen: 1. Können Sie anstelle der Methodennamen printtext und printnumber für beide Methoden denselben Namen print benutzen? 2. Was ist eine lokale Variable? 3. Bei welchen Variablenbelegungen liefert der vorgegebene Code keine Ausgabe bzw. eine Fehlermeldung? 13. November 2017 Seite 3

4 1 /* Listing 2: Vorgegebener Programmcode in Aufgabe2.java 2 Aufgabe 2) Neugestaltung von Spaghetticode durch Methoden 3 */ 4 public class Aufgabe2 { 5 6 public static void main(string[] args) { 7 8 //Im Folgenden stehen einige Variablendefinitionen. 9 String text1 = "Hello World!"; 10 String text2 = "This is not a test!"; 11 int a = 1023; 12 int b = 815; 13 int c = 7; //Der Inhalt der Variablen wird in einer speziellen Formatierung 16 //in der Konsole ausgegeben. 17 for (int i = 0; i < text1.length()-1; i++) { 18 System.out.print(text1.charAt(i)); 19 System.out.print("-"); 20 } 21 System.out.println(text1.charAt(text1.length()-1)); for (int i = 0; i < text2.length()-1; i++) { 24 System.out.print(text2.charAt(i)); 25 System.out.print("-"); 26 } 27 System.out.println(text2.charAt(text2.length()-1)); int ndigits = 1; 30 while(a > ndigits) { 31 ndigits = ndigits * 10; 32 } 33 ndigits /= 10; 34 while(a > 0) { 35 System.out.print(a / ndigits); 36 a %= ndigits; 37 if (a > 0) { 38 System.out.print("-"); 39 } 40 ndigits /= 10; 41 } 42 System.out.println(); 13. November 2017 Seite 4

5 43 44 ndigits = 1; 45 while(b > ndigits) { 46 ndigits = ndigits * 10; 47 } 48 ndigits /= 10; 49 while(b > 0) { 50 System.out.print(b / ndigits); 51 b %= ndigits; 52 if (b > 0) { 53 System.out.print("-"); 54 } 55 ndigits /= 10; 56 } 57 System.out.println(); ndigits = 1; 60 while(c > ndigits) { 61 ndigits = ndigits * 10; 62 } 63 ndigits /= 10; 64 while(c>0) { 65 System.out.print(c / ndigits); 66 c %= ndigits; 67 if (c > 0) { 68 System.out.print("-"); 69 } 70 ndigits /= 10; 71 } 72 System.out.println(); } } 13. November 2017 Seite 5

6 Aufgabe 3 1. Schreiben Sie die Methoden aus Aufgabe 2 so um, dass beim Methodenaufruf zusätzlich zum auszugebenden Wert auch das Trennzeichen für die Textformatierung spezifiziert werden kann (z.b.: printtext(text1, # )). Dadurch soll es zum Beispiel möglich sein, dass die Inhalte der Variablen text1 oder text2 oder a aus Aufgabe 2 durch entsprechende Aufrufe mit angegebenen Trennzeichen so ausgegeben werden: H-e-l-l-o- -W-o-r-l-d-! H#e#l#l#o# #W#o#r#l#d#! T.h.i.s..i.s..n.o.t..a..t.e.s.t.! T h i s i s n o t a t e s t! 1*0*2*3 2. Schreiben Sie anschliessend eine Methode print, die beispielsweise beim Aufruf print(text1, A+/ ) folgende Ausgabe erzeugt: HAeAlAlAoA AWAoArAlAdA! H+e+l+l+o+ +W+o+r+l+d+! H/e/l/l/o/ /W/o/r/l/d/! d.h. der zweite Parameter ist ein String mit Trennzeichen. Jedes der Trennzeichen wird in einer Zeile für eine formatierte Ausgabe benutzt. Die Länge des zweiten Strings bestimmt somit die Anzahl der ausgegebenen Zeilen. Die Methode soll auch für ganze Zahlen definiert werden, d.h. beim Aufruf print(123,.:/ ) soll die Ausgabe :2:3 1/2/3 erzeugt werden (überladene Methoden). Nicht funktionale Anforderungen: Diese neuen Methoden sollen in ihrem Rumpf die zuvor implementierten Methoden (mit den Signaturen printtext(string, char) bzw. printnumber(int, char) aufrufen). Es soll also bei der Lösung kein Code dupliziert werden. 3. Schreiben Sie eine Methode main um Ihre Methoden zu testen. Zusatzfragen: 1. Wie ermöglichen Sie es, dass mit demselben Programm Aufrufe mit und ohne Trennzeichen möglich sind, d.h. es soll zum Beispiel durch print(text1); H-e-l-l-o- -W-o-r-l-d-! mit dem voreingestellten Trennzeichen - (wie bisher) erzeugt werden, und der Aufruf print(text1, # ) soll H#e#l#l#o# #W#o#r#l#d#! erzeugen? 13. November 2017 Seite 6

7 Aufgabe 4 1. Schreiben Sie eine Methode printnumbers, die einen Parameter n vom Typ int und einen Parameter sep vom Typ char hat und in einer Zeile die Zahlen 1 bis n durch das Trennzeichen sep getrennt ausgibt (Formatierung wie aus Aufgabe 2 bis auf abschliessenden Zeilenvorschub). 2. Schreiben Sie eine Methode sum, die einen Parameter n hat und die Summe der Zahlen von 1 bis n als Ergebnis zurückliefert. 3. Schreiben Sie eine Methode printsum, die einen Parameter n hat und die Summe der Zahlen von 1 bis n ausgibt. Schreiben Sie diese Methode so, dass im Methodenrumpf sum aufgerufen wird und dadurch duplizierter Code vermieden wird. 4. Schreiben Sie in der Methode main ein Programmstück, das mit Hilfe der Klasse Scanner zur Laufzeit eine Zahl n einliest und danach die Zahlen 1 bis n durch + getrennt ausgibt, gefolgt von einem = und der Summe der Zahlen von 1 bis n. Nutzen Sie die in Schritten 1.)- 3.) implementierten Methoden um duplizierten Code zu vermeiden. Beispiel einer Ausgabe wenn die Zahl 5 eingelesen wurde: =15 5. Schreiben Sie eine Methode increment, die einen Parameter n hat, und den Wert n + 1 zurückliefert. 6. Testen Sie increment durch einen Aufruf in main. 7. Schreiben Sie eine Methode add mit zwei Parametern m und n vom Typ int, die für nicht negative Werte m und n (Annahme 2 : n 0, m 0) die Summe m + n zurückliefert. Für die Implementierung sollen direkt keine arithmetischen Operatoren benutzt werden (+,-,++,--, etc.), sondern stattdessen soll die obige Methode increment für die Implementierung von add benutzt werden. Zusatzfragen: 1. Warum ist es nicht möglich, eine Methode increment zu schreiben, die nichts zurückliefert (void Methode) und ihren Parameter um eins erhöht, sodass beispielsweise n nach Ausführung folgender Anweisungsfolge den Wert 2 hat? int n = 1; increment(n); // n hat immer noch den Wert 1 2 Diese Bedingungen müssen beim Aufruf der Methode erfüllt sein. Sie müssen von der Methode nicht überprüft werden (man spricht hier von Vorbedingungen). 13. November 2017 Seite 7

8 Aufgabe 5 Gegeben ist eine Methode squarerotated (siehe Listing 3) mit den Parametern v1, v2, radius und angle, die ein um einen bestimmten Winkel rotiertes Quadrat zeichnet. Die ersten drei Parameter geben wie bei StdDraw.square die Position und die halbe Seitenlänge des zu zeichnenden Quadrates an. Der Parameter angle gibt den Rotationswinkel gegen den Uhrzeigersinn an. Z.B. entspricht der Wert Math.PI/4 für angle einer Rotation gegen den Uhrzeigersinn um 45 Grad. 1. Schreiben Sie eine Methode squares mit den Parametern v1, v2, radius, die ein normales achsenparalleles Quadrat und ein in dieses eingeschriebenes, um 45 Grad gedrehtes und entsprechend skaliertes Quadrat an der angegebenen Position in der angegebenen Größe zeichnet (siehe Abbildung 1a). Diese Methode soll squarerotated aufrufen, um doppelten Code zu vermeiden. 2. Schreiben Sie in der Methode main ein Programmstück, das mit Hilfe einer Schleife eine Graphik wie in Abbildung 1b erzeugt. Im Schleifenrumpf muss ein entsprechender Aufruf von squares vorkommen. Die Schleife soll beendet werden, sobald die Auflösungsgrenze (das äußere Quadrat wird kleiner als ein Pixel) erreicht wird. 3. Schreiben Sie in der Methode main ein weiteres Programmstück, das mit Hilfe einer Schleife eine Graphik wie in Abbildung 1c erzeugt. Es handelt sich um eine Folge von Quadraten, bei der jedes Quadrat jeweils durch dieselbe Transformation der Parameterwerte (v1, v2, radius und angle) des Vorgängerquadrats berechnet werden kann. Die Seitenlänge eines Quadrates entspricht der Länge der Diagonale des Nachfolgerquadrates. Dieses wird gegenüber dem Vorgänger immer um 45 Grad weitergedreht und die Positionierung erfolgt wie in Abbildung 1c Eckpunkt an Eckpunkt. Im Schleifenrumpf muss ein entsprechender Aufruf von squarerotated vorkommen. Die Schleife soll beendet werden, sobald die Auflösungsgrenze erreicht wird (d.h. das neu hinzugefügte Quadrat wird kleiner als ein Pixel). (a) (b) (c) Abbildung 1: Beispiele für die gewünschten graphischen Ausgaben, wenn die voreingestellte Strichstärke und Bildgröße ( ) verwendet wird. Sie sollten durch entsprechend gewählte aktuelle Parameterwerte beim Aufruf Ihrer Methoden solche Figuren erzeugen können. 13. November 2017 Seite 8

9 1 /* Listing 3: Vorgegebener Programmcode in Aufgabe5.java 2 Aufgabe 5) Zeichnen mit Schleifen und Methoden 3 */ 4 public class Aufgabe5 { 5 6 private static void squarerotated(double v1, double v2, double radius, double angle) { 7 8 // Bestimmung der 4 Eckpunkte (dabei den Mittelpunkt nicht beruecksichtigen): 9 double upperleftx = -radius; 10 double upperlefty = radius; double upperrightx = radius; 13 double upperrighty = radius; double lowerleftx = -radius; 16 double lowerlefty = -radius; double lowerrightx = radius; 19 double lowerrighty = -radius; // Jeden Eckpunkt jeweils mittels Rotationsformel drehen (um den Ursprung). 22 // Erster Eckpunkt: 23 double rotupperleftx = upperleftx*math.cos(angle) - upperlefty*math.sin(angle); 24 double rotupperlefty = upperleftx*math.sin(angle) + upperlefty*math.cos(angle); // Zweiter Eckpunkt: 27 double rotupperrightx = upperrightx*math.cos(angle) - upperrighty*math.sin(angle); 28 double rotupperrighty = upperrightx*math.sin(angle) + upperrighty*math.cos(angle); // Dritter Eckpunkt: 31 double rotlowerleftx = lowerleftx*math.cos(angle) - lowerlefty*math.sin(angle); 32 double rotlowerlefty = lowerleftx*math.sin(angle) + lowerlefty*math.cos(angle); // Vierter Eckpunkt: 35 double rotlowerrightx = lowerrightx*math.cos(angle) - lowerrighty*math.sin(angle); 36 double rotlowerrighty = lowerrightx*math.sin(angle) + lowerrighty*math.cos(angle); // Gedrehtes Quadrat um seinen Mittelpunkt (v1,v2) zeichnen. 39 StdDraw.line(rotUpperLeftX+v1, rotupperlefty+v2, rotupperrightx+v1, rotupperrighty+v2); 40 StdDraw.line(rotUpperRightX+v1, rotupperrighty+v2, rotlowerrightx+v1, rotlowerrighty+v2); 41 StdDraw.line(rotLowerRightX+v1, rotlowerrighty+v2, rotlowerleftx+v1, rotlowerlefty+v2); 42 StdDraw.line(rotLowerLeftX+v1, rotlowerlefty+v2, rotupperleftx+v1, rotupperlefty+v2); } } 13. November 2017 Seite 9