Hochschule Fulda – FB AI Sommersemester 2014

Präsentation zum Thema: "Hochschule Fulda – FB AI Sommersemester 2014 "—  Präsentation transkript:

1 Programmieren in C Felder, Zeiger und Listen Datum und Zeit, Mathematische Funktionen
Hochschule Fulda – FB AI Sommersemester 2014 Peter Klingebiel, HS Fulda, DVZ

2 Felder, Zeiger, Listen 1 Bekannt: Felder und Zeiger werden in C ganz ähnlich behandelt Wesentlichster Unterschied: Felder sind dimensioniert  ihnen ist ein fester Speicherort zugeordnet  für die zu speichernden Objekte / Feldelemente ist Platz vorhanden Zeiger weisen erst nach Zuweisung oder dyn. Allozierung auf den Speicherort ihrer Objekte Feldvariable  Adresse des 1. Elements Feldindizes  Offset im Feld Programmieren in C - Peter Klingebiel - HS Fulda - DVZ

3 Felder, Zeiger, Listen 2 Beispiel char-Felder oder Strings #define N char buf[N] = {...}; /* N char-Feld */ char *bp1; /* dangling Ptr */ char *bp2; /* dangling Ptr */ int i; bp1 = buf; /* bp1 -> &buf[0] */ bp2 = malloc(N); /* bp2 -> N char */ for(i=0; i<N; i++) /* Kopieren */ bp2[i] = bp1[i]; /* Zeiger ~ Feld */ Programmieren in C - Peter Klingebiel - HS Fulda - DVZ

4 Felder, Zeiger, Listen 3 Konstante Dimensionierung von Feldern double df[100]; /* Feld mit 100 Elementen */ Variable Dimensionierung von Feldern nur für automatische Feldvariable zulässig void fun(int n) { double df[n]; /* Feld mit n Elementen */ } Grund: Feldgröße muss beim Anlegen / bei Speicherzuweisung des Felds bekannt sein statisch / global  Compilezeit automatisch / lokal  Eintritt in Funktion / Block Programmieren in C - Peter Klingebiel - HS Fulda - DVZ

5 Felder, Zeiger, Listen 4 variable Dimensionierung von statischen und globalen Feldern häufig benötigt Lösung  dynamische Feldallozierung Beispiel: double-Feld dynamisch duplizieren double *dbldup(double d[], int n) { double *df; int i; df = calloc(n, sizeof(double)); for(i = 0; i < n; i++) df[i] = d[i]; return(df); } Programmieren in C - Peter Klingebiel - HS Fulda - DVZ

6 Felder, Zeiger, Listen 5 Häufig ist die Anzahl der zu speichernden und zu bearbeitenden Daten erst zur Laufzeit des Programms bekannt Felder ungeeignet: müssen zur Compilezeit oder in Blöcken dimensioniert werden  dynamische Datenstrukturen einfach verkettete Listen doppelt verkettete Listen Bäume sortiert, unsortiert, balaciert usw. Programmieren in C - Peter Klingebiel - HS Fulda - DVZ

7 Felder, Zeiger, Listen 6 Beispiel: einfach verkettete Liste /* Datentyp f. einfach verkettete Liste */ typedef struct _slist { int value; /* Daten */ struct slist *next; /* Nachfolger */ } slist; Beispiel: doppelt verkette Liste /* Datentyp f. doppelt verkettete Liste */ typedef struct _dlist { int value; /* Daten */ struct dlist *prev; /* Vorgaenger */ struct dlist *next; /* Nachfolger */ } dlist; Programmieren in C - Peter Klingebiel - HS Fulda - DVZ

8 Felder, Zeiger, Listen 7 Objekte der Listentypen werden zur Laufzeit
alloziert slist *insert(slist *llp, int value){ slist *nlp; nlp = (slist *) malloc(sizeof(slist)); besetzt bzw. initialisiert nlp-> value = value; nlp->next = NULL; und in die Liste eingehängt if(llp) llp->next = nlp; return(nlp); } Programmieren in C - Peter Klingebiel - HS Fulda - DVZ

9 Felder, Zeiger, Listen 8 Problem oft: schnelles Suchen in dynamischen Daten / Objekten Schnelle Suche in sortierte Feldern Suche in Listen (sortiert oder unsortiert) sehr langsam Balancierte Bäume sehr aufwendig  Kombination von Listen und Feldern  Listen: Speicherung dynamischer Daten  Felder: Sortierte Indizes der Daten Programmieren in C - Peter Klingebiel - HS Fulda - DVZ

10 Felder, Zeiger, Listen 9 Beispielanwendung: sortierte Tabellen für schnelle Ausgabe und Suche in Datenbank-Anwendungen  Programm personal2.c Idee: Personaldaten: dynamisch in Liste speichern  beliebig Einträge einfügen und entfernen schnelle Suche / Ausgabe  interessierende Listenelemente (Pers-Nr, Name, usw.) werden in dynamisch erzeugten Feldern als Zeiger gespeichert und sortiert Aktualisierung bei jeder Änderung in der Liste Programmieren in C - Peter Klingebiel - HS Fulda - DVZ

11 Felder, Zeiger, Listen 10 dynamische Liste  sortierte Felder
Programmieren in C - Peter Klingebiel - HS Fulda - DVZ

12 Felder, Zeiger, Listen 11 /* aus Personalliste p -> sortierte Felder */ void makelists(person_p p, int n){ if(pno) /* Feld existiert bereits */ free(pno); /* -> Speicher freigeben */ /* Feld pno neu erzeugen und initial. */ pno = makepers(p, n); /* Feld mit Ptrn nach Pers.-Nr. sortieren */ bsortv((void **)pno, n, (int (*)(void *, void *))compno); if(pnn) free(pnn); pnn = makepers(p, n); bsortv((void **)pnn, n, (int (*)(void *, void *))compnn); ... Programmieren in C - Peter Klingebiel - HS Fulda - DVZ

13 Felder, Zeiger, Listen 12 /* aus Liste p Feld mit n Zeigern erzeugen */ person_p *makepers(person_p p, int np) { person_p *n; int i; /* Speicher fuer npers Zeiger allozieren */ n = (person_p *)calloc(np+1,sizeof(person_p)); if(p == NULL) { /* Fehler bei Allozierung */ perror("makepers"); exit(1); } /* Zeiger aus Liste in Feld kopieren */ for(i = 0; p; i++, p = p->np) n[i] = p; return(n); } Programmieren in C - Peter Klingebiel - HS Fulda - DVZ

14 Felder, Zeiger, Listen 13 Personalprogramm personal2.c
Programmieren in C - Peter Klingebiel - HS Fulda - DVZ

15 Datum und Zeit 1 Funktionen zum Handling von Datum / Zeit und Zeitmessungen #include <time.h> Grundtyp und -funktion (Systemcall) typedef long time_t; time_t time(time_t *t) liefert die aktuelle Systemzeit in Sekunden seit dem , 00:00:00 ist t != NULL  t enthält Systemzeit Programmieren in C - Peter Klingebiel - HS Fulda - DVZ

16 Datum und Zeit 2 Zeit als String char *ctime(time_t *t);
liefert die Zeit in t als String Beispiel: #include <time.h> time_t t; t = time(NULL); printf("%s", ctime(&t)); Ausgabe: Thu Jun 10 19:52: Programmieren in C - Peter Klingebiel - HS Fulda - DVZ

17 Datum und Zeit 3 Datentyp struct tm für Zeit und Datum struct tm { int tm_sec; /* Sekunden: */ int tm_min; /* Minuten: */ int tm_hour; /* Stunden: */ int tm_mday; /* Tag des Monats: */ int tm_mon; /* Monate seit Jan: 0-11 */ int tm_year; /* Jahre seit */ int tm_wday; /* Tage seit Sonnt.: 0-6 */ int tm_yday; /* Tage seit 1.1.: */ int tm_isdst; /* Sommerzeit: */ }; Programmieren in C - Peter Klingebiel - HS Fulda - DVZ

18 Datum und Zeit 4 struct tm *localtime(time_t *t)
besetzt aus der Systemzeit in t die Elemente im struct tm und liefert einen Zeiger darauf Beispiel: time_t tt; /* Zeit seit */ struct tm *tl; /* Datum-/Zeit-Struct */ int d, m, y; /* Tag, Monat, Jahr */ tt = time(NULL); /* akt. Zeit holen */ tl = localtime(&tt); /* Struct besetzen */ d = tl->tm_mday; /* -> Tag */ m = tl->tm_mon + 1; /* -> Monat */ y = tl->tm_year ; /* -> Jahr */ printf("%d.%d.%d\n", d, m, y); Programmieren in C - Peter Klingebiel - HS Fulda - DVZ

19 Datum und Zeit 5 Beispielprogramm datum.c
Programmieren in C - Peter Klingebiel - HS Fulda - DVZ

20 Datum und Zeit 6 einfache Messungen der CPU-Zeit
Typ und Funktion typedef long clock_t; clock_t clock(void); verbrauchte CPU-Zeit zwischen zwei Aufrufen von clock() in Mikrosekunden clock_t t1, t2, tu; t1 = clock(); /* Erste Messung */ system("bsort1 S S.bs"); t2 = clock(); /* Neue Messung */ tu = t2 - t1; /* CPU-Zeit in us */ Programmieren in C - Peter Klingebiel - HS Fulda - DVZ

21 Datum und Zeit 7 Beispielprogramm clock.c
Programmieren in C - Peter Klingebiel - HS Fulda - DVZ

22 Mathematische Funktionen 1
Funktionen für numerische Berechnungen in der Mathebibliothek libm.a muss ggfs. beim Binden explizit angegeben werden, z.B. bei UNIX cc num.c -o num -lm #include <math.h> Typen float, double, long double viele Konstanten, z.B. #define M_E #define M_PI Programmieren in C - Peter Klingebiel - HS Fulda - DVZ

23 Mathematische Funktionen 2
einige wichtige Funktionen double sin(double x) Sinus von x double cos(double x) Cosinus von x double tan(double x) Tangens von x double sinh(double x) Sinus Hyperbolicus double cosh(double x) Cosinus Hyperbolicus double tanh(double x) Tangens Hyperbolicus double exp(double x) Exponentialfunktion ex double log(double x) nat. Logarithmus ln(x) double log10(double x) Logarithmus log10(x) Programmieren in C - Peter Klingebiel - HS Fulda - DVZ

24 Mathematische Funktionen 3
weitere wichtige Funktionen double pow(double x, double y) xy Argumentfehler bei x = 0 und y < 0 oder bei x < 0 und y nicht ganzzahlig double sqrt(double x) Wurzel von x, x >= 0 double ceil(double x) kleinster ganzzahliger Wert, der nicht kleiner als x ist double floor(double x) größter ganzzahliger Wert, der nicht größer als x ist double fabs(double x) Absolutwert | x | double fmod(double x, double y) Rest x/y Programmieren in C - Peter Klingebiel - HS Fulda - DVZ

25 Mathematische Funktionen 4
Beispiel: log2.c Programmieren in C - Peter Klingebiel - HS Fulda - DVZ

26 Mathematische Funktionen 5
Beispiel: splot.c Programmieren in C - Peter Klingebiel - HS Fulda - DVZ

27 Mathematische Funktionen 6
Was zeigt diese Grafik? Programmieren in C - Peter Klingebiel - HS Fulda - DVZ

28 Mathematische Funktionen 7
Und diese? Programmieren in C - Peter Klingebiel - HS Fulda - DVZ

29 Mathematische Funktionen 8
… und diese? Programmieren in C - Peter Klingebiel - HS Fulda - DVZ

30 Mathematische Funktionen 9
Was zeigen Grafik und Fläche? Programmieren in C - Peter Klingebiel - HS Fulda - DVZ

31 Mathematische Funktionen 10
Numerische Integration: Trapezregel Programmieren in C - Peter Klingebiel - HS Fulda - DVZ

32 Mathematische Funktionen 11
Trapez-Algorithmus in C double a, b, h, I; double x, y; int i, n; h = (b – a) / n; I = 0.0; for(i = 0; i <= n; i++) { x = a + i * h; /* xi berechnen */ y = func(x); /* yi berechnen */ if(i == 0 || i == n) /* bei y0, yn: */ I = I + y / 2.0; /* I += y/2 */ else /* sonst: */ I = I + y; /* I += y */ } I = I * h; /* I = I * h */ Programmieren in C - Peter Klingebiel - HS Fulda - DVZ

33 Mathematische Funktionen 12
Programm trapez.c Programmieren in C - Peter Klingebiel - HS Fulda - DVZ

34 Mathematische Funktionen 13
Numerische Integration: Simpsonformel Programmieren in C - Peter Klingebiel - HS Fulda - DVZ

35 Mathematische Funktionen 14
Simpson-Algorithmus in C for(i = 0; i <= n; i++) { x = a + i * h; /* xi berechnen */ y = func(x); /* yi berechnen */ if(i == 0 || i == n) /* bei y0, yn: */ I = I + y; /* I += y */ else if(i % 2) /* i gerade: */ I = I * y; /* I += 4 * y */ else /* i ungerade: */ I = I * y; /* I += 2 * y */ } I = I * h / 3; /* I = I * h/3 */ Programmieren in C - Peter Klingebiel - HS Fulda - DVZ

36 Mathematische Funktionen 15
simpson.c Programmieren in C - Peter Klingebiel - HS Fulda - DVZ

37 Mathematische Funktionen 16
Integrationsprogramm integral1.c Programmieren in C - Peter Klingebiel - HS Fulda - DVZ