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Informatik II Grundlagen der Programmierung Programmieren in C Module und Bibliotheken 4 Hochschule Fulda – FB ET Sommersemester 2010

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Präsentation zum Thema: "Informatik II Grundlagen der Programmierung Programmieren in C Module und Bibliotheken 4 Hochschule Fulda – FB ET Sommersemester 2010"—  Präsentation transkript:

1 Informatik II Grundlagen der Programmierung Programmieren in C Module und Bibliotheken 4 Hochschule Fulda – FB ET Sommersemester Peter Klingebiel, HS Fulda, DVZ

2 Programmieren in C - Peter Klingebiel - HS Fulda - DVZ2 Felder und Zeiger 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

3 Programmieren in C - Peter Klingebiel - HS Fulda - DVZ3 Felder und Zeiger 2 Beispiel char -Felder oder Strings #define N 32 char buf[32] = {...}; /* 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

4 Programmieren in C - Peter Klingebiel - HS Fulda - DVZ4 Felder und Zeiger 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

5 Programmieren in C - Peter Klingebiel - HS Fulda - DVZ5 Felder und Zeiger 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); }

6 Programmieren in C - Peter Klingebiel - HS Fulda - DVZ6 Felder und Zeiger 5 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

7 Programmieren in C - Peter Klingebiel - HS Fulda - DVZ7 Felder und Zeiger 6 dynamische Liste sortierte Felder

8 Programmieren in C - Peter Klingebiel - HS Fulda - DVZ8 Felder und Zeiger 7 /* 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);...

9 Programmieren in C - Peter Klingebiel - HS Fulda - DVZ9 Felder und Zeiger 8 /* 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); }

10 Programmieren in C - Peter Klingebiel - HS Fulda - DVZ10 Felder und Zeiger 9 Personalprogramm personal2.c

11 Programmieren in C - Peter Klingebiel - HS Fulda - DVZ11 Datum und Zeit 1 Funktionen zum Handling von Datum / Zeit und Zeitmessungen #include 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

12 Programmieren in C - Peter Klingebiel - HS Fulda - DVZ12 Datum und Zeit 2 Zeit als String char *ctime(time_t *t); liefert die Zeit in t als String Beispiel: #include time_t t; t = time(NULL); printf("%s", ctime(&t)); Ausgabe: Thu Jun 10 19:52:

13 Programmieren in C - Peter Klingebiel - HS Fulda - DVZ13 Datum und Zeit 3 Datentyp struct tm für Zeit und Datum struct tm { int tm_sec; /* Sekunden: 0-59 */ int tm_min; /* Minuten: 0-59 */ int tm_hour; /* Stunden: 0-23 */ int tm_mday; /* Tag des Monats: 1-31 */ int tm_mon; /* Monate seit Jan: 0-11 */ int tm_year; /* Jahre seit 1900 */ int tm_wday; /* Tage seit Sonnt.: 0-6 */ int tm_yday; /* Tage seit 1.1.: */ int tm_isdst; /* Sommerzeit: +1 */ };

14 Programmieren in C - Peter Klingebiel - HS Fulda - DVZ14 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);

15 Programmieren in C - Peter Klingebiel - HS Fulda - DVZ15 Datum und Zeit 5 Beispielprogramm datum.c

16 Programmieren in C - Peter Klingebiel - HS Fulda - DVZ16 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 */

17 Programmieren in C - Peter Klingebiel - HS Fulda - DVZ17 Datum und Zeit 7 Beispielprogramm clock.c

18 Programmieren in C - Peter Klingebiel - HS Fulda - DVZ18 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 Typen float, double, long double viele Konstanten, z.B. #define M_E #define M_PI

19 Programmieren in C - Peter Klingebiel - HS Fulda - DVZ19 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 e x double log(double x) nat. Logarithmus ln(x) double log10(double x) Logarithmus log 10 (x)

20 Programmieren in C - Peter Klingebiel - HS Fulda - DVZ20 Mathematische Funktionen 3 weitere wichtige Funktionen double pow(double x, double y) x y 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

21 Programmieren in C - Peter Klingebiel - HS Fulda - DVZ21 Mathematische Funktionen 4 Beispiel: log2.c

22 Programmieren in C - Peter Klingebiel - HS Fulda - DVZ22 Mathematische Funktionen 5 Beispiel: splot.c

23 Programmieren in C - Peter Klingebiel - HS Fulda - DVZ23 Mathematische Funktionen 6 Was zeigt diese Grafik?

24 Programmieren in C - Peter Klingebiel - HS Fulda - DVZ24 Mathematische Funktionen 7 Und diese?

25 Programmieren in C - Peter Klingebiel - HS Fulda - DVZ25 Mathematische Funktionen 8 … und diese?

26 Programmieren in C - Peter Klingebiel - HS Fulda - DVZ26 Mathematische Funktionen 9 Was zeigen Grafik und Fläche?

27 Programmieren in C - Peter Klingebiel - HS Fulda - DVZ27 Mathematische Funktionen 10 Numerische Integration: Trapezregel

28 Programmieren in C - Peter Klingebiel - HS Fulda - DVZ28 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 */

29 Programmieren in C - Peter Klingebiel - HS Fulda - DVZ29 Mathematische Funktionen 12 Programm trapez.c

30 Programmieren in C - Peter Klingebiel - HS Fulda - DVZ30 Mathematische Funktionen 13 Numerische Integration: Simpsonformel

31 Programmieren in C - Peter Klingebiel - HS Fulda - DVZ31 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 */

32 Programmieren in C - Peter Klingebiel - HS Fulda - DVZ32 Mathematische Funktionen 15 simpson.c

33 Programmieren in C - Peter Klingebiel - HS Fulda - DVZ33 Mathematische Funktionen 16 Integrationsprogramm integral1.c

34 Programmieren in C - Peter Klingebiel - HS Fulda - DVZ34 Mathematische Funktionen 17 Wie ist integral1.c zu erweitern, um... –korrekte Flächenintegrale zu berechnen? –Differenzen der Int-methoden zu berechnen?

35 Programmieren in C - Peter Klingebiel - HS Fulda - DVZ35 Mathematische Funktionen 18 Integrationsprogramm integral2.c

36 Programmieren in C - Peter Klingebiel - HS Fulda - DVZ36 Anwendung Smartmeter 1 Kennen Sie Ihren Stromverbrauch? Kennen Sie Ihre Stromkosten? Kennen Sie Ihr Verbrauchsprofil?

37 Programmieren in C - Peter Klingebiel - HS Fulda - DVZ37 Anwendung Smartmeter 2 bisher: ein Meßwert / Jahr Versorger sind spätestens zum lt. EnWG verpflichtet, "einen Tarif anzubieten, der einen Anreiz zu Energieeinsparung oder Steuerung des Energieverbrauchs setzt" monatliche Stromabrechnung intelligente Stromzähler (Smartmeter) 1 Meßwert / Sekunde Stromverbrauchsprofil analysierbar

38 Programmieren in C - Peter Klingebiel - HS Fulda - DVZ38 Anwendung Smartmeter 3 Versorger sind lt. EnWG seit zum Angebot von Smartmetern bei Neubauten oder Großrenovierungen verpflichtet Smartmeter werden angeboten von Versorgern, z.B. YelloStrom oder von Drittanbietern z.B. in Kooperation mit Google PowerMeter aber auch im Selbstbau und -einbau, z.B.

39 Programmieren in C - Peter Klingebiel - HS Fulda - DVZ39 Anwendung Smartmeter 4 Smartmeter: 1 Messung / Sekunde

40 Programmieren in C - Peter Klingebiel - HS Fulda - DVZ40 Anwendung Smartmeter 5 Wir arbeitet Smartmeter-Monitoring?

41 Programmieren in C - Peter Klingebiel - HS Fulda - DVZ41 Anwendung Smartmeter 6 Bessere Verbrauchsübersichten

42 Programmieren in C - Peter Klingebiel - HS Fulda - DVZ42 Anwendung Smartmeter 7 Profil des Stromverbrauchs

43 Programmieren in C - Peter Klingebiel - HS Fulda - DVZ43 Anwendung Smartmeter 8 Stromverbrauchsprofil von Einzelgeräten

44 Programmieren in C - Peter Klingebiel - HS Fulda - DVZ44 Anwendung Smartmeter 9 Profil des Stromkunden möglich

45 Programmieren in C - Peter Klingebiel - HS Fulda - DVZ45 Anwendung Smartmeter 10 Entwicklung eines Programms zum Auslesen des "intelligenten Stromzählers" 3 Stromkreise sind zu messen 1 Meßwert / Sekunde 15 Minuten messen, dann Übertragung der Meßwerte an Versorger / Drittanbieter


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