Hochschule Fulda – FB ET Sommersemester 2010

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1 Informatik II Grundlagen der Programmierung Programmieren in C Module und Bibliotheken 4
Hochschule Fulda – FB ET Sommersemester 2010 Peter Klingebiel, HS Fulda, DVZ

2 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 Programmieren in C - Peter Klingebiel - HS Fulda - DVZ

3 Felder und Zeiger 2 Beispiel char-Felder oder Strings #define N 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<N; i++) /* Kopieren */ bp2[i] = bp1[i]; /* Zeiger ~ Feld */ Programmieren in C - Peter Klingebiel - HS Fulda - DVZ

4 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 Programmieren in C - Peter Klingebiel - HS Fulda - DVZ

5 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); } Programmieren in C - Peter Klingebiel - HS Fulda - DVZ

6 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 Programmieren in C - Peter Klingebiel - HS Fulda - DVZ

7 Felder und Zeiger 6 dynamische Liste  sortierte Felder
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8 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); ... Programmieren in C - Peter Klingebiel - HS Fulda - DVZ

9 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); } Programmieren in C - Peter Klingebiel - HS Fulda - DVZ

10 Felder und Zeiger 9 Personalprogramm personal2.c
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11 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

12 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

13 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

14 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

15 Datum und Zeit 5 Beispielprogramm datum.c
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16 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

17 Datum und Zeit 7 Beispielprogramm clock.c
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18 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

19 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

20 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

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

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

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

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

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

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

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

28 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

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

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

31 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

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

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

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

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

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

37 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 Programmieren in C - Peter Klingebiel - HS Fulda - DVZ

38 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. Programmieren in C - Peter Klingebiel - HS Fulda - DVZ

39 Anwendung Smartmeter 4 Smartmeter: 1 Messung / Sekunde
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40 Anwendung Smartmeter 5 Wir arbeitet Smartmeter-Monitoring?
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41 Anwendung Smartmeter 6 Bessere Verbrauchsübersichten
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42 Anwendung Smartmeter 7 Profil des Stromverbrauchs
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43 Anwendung Smartmeter 8 Stromverbrauchsprofil von Einzelgeräten
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44 Anwendung Smartmeter 9 Profil des Stromkunden möglich
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45 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 Programmieren in C - Peter Klingebiel - HS Fulda - DVZ