Informatik - Übungsstunde · Informatik - Ubungsstunde Jonas Lauener ([email protected])...

Informatik - Ubungsstunde

Jonas Lauener ([email protected])

ETH Zurich

Woche 10 - 08.05.2018

Lernziele

− (E)BNF - (Extended) Backus-Naur-Form

− Structs

− Function overloading

− Operator overloading

− Tribool

Jonas Lauener (ETH Zurich) Informatik - Ubung Woche 10 2 / 24

(E)BNF - (Extended) Backus-Naur-Form

− Eine Anzahl Regeln, die alle erlaubten Sequenzen von Zeichenbeschreibt

− Diese nennt man Satze.

− Funktioniert rekursiv


(E)BNF - Beispiel

− Alphabet: {A, a, _}

− Regeln:

− A darf nur nach einem Bodenstrich oder als erstes Symbolvorkommen.

− durfen nicht in Paaren oder am Anfang oder am Schluss derSequenz vorkommen.

− Erlaubt: Aaaaa aaa

− Nicht erlaubt: AaaaaAaa


EBNF - Beispiel

Losung mit EBNF:

− seq = term | term "_" seq

− term = "A" { "a" } | "a" { "a" }

− Zusatzlicher Syntax: { ... }

Inhalt in Klammern kann 0...n Mal wiederholt werden


EBNF - Beispiel

Weitere Vereinfachung:

− seq = term [ "_" seq ]

− term = "A" { "a" } | "a" { "a" }

− Zusatzlicher Syntax: [ ... ]

Inhalt in Klammern kann 0 oder 1 Mal wiederholt werden


Structs

− Moglichkeit um ein Gruppe von verschiedenen Datentypen in einObjekt zu packen

→ Container fur thematisch zusammengehorende Daten


Structs

1 struct rational {

2 int n;

3 int d; // INV: d != 0

4 }; // ; nicht vergessen!

5

6 int main () {

7 // Element -wise initialization

8 rational r;

9 r.n = 1;

10 r.d = 2;

11

12 // Initializer list

13 rational d = {1, 2};

14

15 // "Incomplete" initializer list

16 rational g = {1};

17 // g.n == 1 und g.d == 0

18 }

− Vergesst das Semikolon nicht!


Structs

1 struct strange {

2 int n;

3 bool b;

4 int a[3];

5 };

6 int main () {

7 // Element -wise initialization

8 strange x;

9 x.n = 1;

10 x.b = true;

11 x.a[0] = 1;

12 x.a[1] = 2;

13 x.a[2] = 3;

14 // Initializer list

15 strange d = {1, true , {1,2,3}};

16 // C++ can copy C arrays this way

17 strange y = x;

18 }Jonas Lauener (ETH Zurich) Informatik - Ubung Woche 10 10 / 24

Old Exam QuestionFeb. 2010, Ex. 5

Exercise

In this exercise we will implement a representation of3D-geometrical objects in a computer game.

Given is a struct point which stores 3D-points.

2

struct point {

double x, y, z;

};

(x,y,z)

(From: Exam Feb. 2010, Ex. 5)

Exercise a)

(From: Exam Feb. 2010, Ex. 5) 3

// POST: returns the distance between p and

// the origin

double distance(const point& p);

struct point {

double x, y, z;

};

(x,y,z)

Exercise a)

Implement the following function which computes the distance between a given point and the origin.

Hint: The function std::sqrt (double d) computes thesquare root of d.

Exercise a)


// POST: returns the distance between p and the origin

double distance(const point& p) {

return std::sqrt(p.x * p.x + p.y * p.y + p.z * p.z);

}

Solution a)

Exercise b)


struct point {

double x, y, z;

};

(x,y,z)

Exercise b)

Propose a struct named line, which can be used torepresent 3D-straight-lines.

A particular straight line does not have to be representableuniquely, but conversely every object of type line has torepresent a unique straight line. If necessary you can for thisreason define a suitable invariant (// INV:...) which hasto be met when using the line struct.

Exercise b)


line

Solution b)

Exercise b)


line

Two different points

unique line

Solution b)

Exercise b)


struct line {

point a, b; // INV: a != b

};

Solution b)

Exercise c)


struct line {

point a, b; // INV: a != b

};

// POST: returns a straight line through a and b

line compute_line (const point& a, const point& b);

struct point {

double x, y, z;

};

Exercise c)

Based on your struct line implement the following function whichcomputes the straight line through two points.

Make sure to meet your invariant from part b). You should defineand verify a suitable PRE-condition for this reason.

Exercise c)


// PRE: a != b

// POST: returns a straight line through a and b

line compute_line (const point& a, const point& b) {

line g;

g.a = a;

g.b = b;

return g;

}

Solution c)

assert( (a.x != b.x) && (a.y != b.y) && (a.z != b.z) );

Function overloading

− Mehrere Funktion mit dem gleichen Namen− Mussen jedoch eindeutig unterscheidbar sein!− Unterscheidung durch Anzahl Parameter:

1 int f (int a) {

2 ...

3 }

4 int f (int a, int b) {

5 ...

6 }

− Unterscheidung durch Parametertyp:

1 int f (int a) {

2 ...

3 }

4 int f (float a) {

5 ...

6 }



1 int f (int a) {

2 ...

3 }

4 int f (int b) {

5 ...

6 }

Geht dieses Overloading?

Nein! Denn der Parametername wird bei Aufruf nicht benutzt.



1 int f (int a) {

2 ...

3 }

4 int f (int b) {

5 ...

6 }

Geht dieses Overloading?Nein! Denn der Parametername wird bei Aufruf nicht benutzt.



1 int f (int a) {

2 ...

3 }

4 double f (int a) {

5 ...

6 }

Geht dieses Overloading?

Nein!

1 void caller () {

2 f(1); // call without return type

3 // what function should be called?

4 }



1 int f (int a) {

2 ...

3 }

4 double f (int a) {

5 ...

6 }

Geht dieses Overloading?Nein!

1 void caller () {

2 f(1); // call without return type

3 // what function should be called?

4 }


Function overloading - Regeln

Erlaubt

− Unterscheidung durch Anzahl Argumente

− Unterscheidung durch Typ der Argumente

Nicht erlaubt:

− Name des Arguments

− Ruckgabetyp


Function Overloading

1 double calculation (double value) {

2 return value / 2.0;

3 }

4

5 int main () {

6 int number;

7 std::cin >> number;

8 double result = calculation(number);

9 std::cout << result;

10 return 0;

11 }

Was passiert, wenn number = 15 ist?

Resultat: 7.5





3 }

4

5 int main () {

6 int number;




10 return 0;

11 }

Was passiert, wenn number = 15 ist? Resultat: 7.5



1 int calculation (int value) {

2 return value / 2;

3 }

4



7 }

8

9 int main () {

10 int number;




14 return 0;

15 }

Was passiert, wenn number = 15 ist?

Resultat: 7



1 int calculation (int value) {

2 return value / 2;

3 }

4



7 }

8

9 int main () {

10 int number;




14 return 0;

15 }

Was passiert, wenn number = 15 ist? Resultat: 7


Operator overloading

1 rational& operator += (rational& a, const

rational b) {

2 a.n = a.n * b.d + a.d * b.n;

3 a.d *= b.d;

4 return a;

5 }

6 ...

7 a += b;

8 operator +=(a, b); // equivalent

− Warum Referenz als Ruckgabetyp?

− Analog fur − =, ∗ =, / =



1 rational operator+ (rational a, const

rational b) {

2 return a += b;

3 }

4 ...

5 rational t = a + b;

6 rational t = operator +(a, b); // equivalent

− Analog fur ∗, −, /

− Definition fur += wird benutzt → weniger Redundanz



Von alt:

1 struct rational {

2 int n;

3 int d; // INV: d != 0

4 };

Zu neu:

1 struct rational {

2 bool sign;

3 unsigned int n;

4 unsigned int d; // INV: d != 0

5 };

Nur + = etc. mussen dann angepasst werden und nicht auch + etc.


Operator overloading - Pre- und Postincrement

Preincrement:

1 rational& operator ++ (rational& r) {

2 rational s = {1 ,1};

3 return r += s;

4 }

Postincrement:

1 rational operator ++ (rational& r, int i) {

2 rational s = {1 ,1};

3 rational r_0 = r;

4 r += s;

5 return r_0;

6 }

→ Unterscheidung durch dummy variable i (i wird nie benutzt)



1 std:: ostream& operator << (std:: ostream& o,

rational r) {

2 o << r.n << "/" << r.d;

3 return o;

4 }

5 ...

6 rational a = {2, 5}

7 std::cout << a << std::endl; // output: 2/5

− Ubergabe von Outstream als Referenz, da wir Streams nichtkopieren konnen.


Operator overloading - Regeln

− (Fast) alle Operatoren in C++ konnen uberladen werdenAusnahmen:

− conditional (?:)− sizeof

− scope (::)− member selector (.)− member pointer selector (.*)

− Nur existierende Operatoren konnen uberladen werden→ kein **-Operator definierbar

− Min. ein Operand/Parameter muss ein selbst-definierter Typ sein→ kein neuer +-Operator mit den Parameter float und intdefinierbar, aber mit float und rational geht


Tipps zu den Ubungen

− Task 1) Neue Zahl definieren mit Wertebereich von 0 bis 7 (3bit-System) & Modulo 7 nutzen

− Task 2a)

− std:: istream& operator >>(

std:: istream& i, Complex c) fur Eingabe− Char einlesen: char b; std::cin >>b;

− Arithmetische Operationen: Besser zuerst gut uberlegen undnachlesen, wie das bei komplexen Zahlen geht, bevor manlange coded.

− (a + bi)(c + di) = (ac − bd) + (bc + ad)i

− a+ibc+id = (a+ib)(c−id)

(c+id)(c−id)− Benutzt die gegebene Main-Funktion erst, wenn ihr glaubt,

fertig zu sein. Vorher nur Teile debuggen.


Code Style

− Code einrucken

− Variablenamen in Englisch

− Codeblocke kommentieren

− Statement nach if/else/for/while immer mit {} umschliessen

− PRE- und POST-Condition fur jede Funktion


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