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ListenListen

Klaus Becker2003

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List

en

ListenListen

Ansgar A., Speyer

Claudia B., Koblenz

Knut B., Neustadt

Annett B., Wörrstadt

Stefani D., Bad Ems

Jochen F., Ludwigshafen

...

...

Wieland S., Trier

Harald T.-R., Biesdorf

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List

en

Teil 1Teil 1

Objektorientierte Modellierung und Implementierung von Listen

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List

en

Was ist eine Liste?Was ist eine Liste?

Lisa

Roland

Anna

Gerd

Stefanie

Susanne

Walter

Ulrike

Theo

...

Bernd

Eine Liste ist eine endliche, beliebig lange Folge von Elementen, in der an jeder Stelle neue Elemente eingefügt oder vorhandene Elemente entfernt werden können.

Ziel ist es zunächst, die dynamische Datenstruktur „Liste“ mit Hilfe einer geeigneten Klasse zu implementieren.

Ziel ist es zunächst, die dynamische Datenstruktur „Liste“ mit Hilfe einer geeigneten Klasse zu implementieren.

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List

en

Objektorientierte RepräsentationObjektorientierte Repräsentation

... = Lisa

... = Roland

... = Anna

... = Gerd

... = Bernd

...

Lisa

Roland

Anna

Gerd

Stefanie

Susanne

Walter

Ulrike

...

Bernd

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List

en

Objektorientierte RepräsentationObjektorientierte Repräsentation

... = Lisa

... = Roland

... = Anna

... = Gerd

... = Bernd

Die Listenelemente werden mit Hilfe von Objekten beschrieben.

Die Folgenstruktur der Liste wird mit Hilfe von Referenzen aufgebaut.

...

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List

en

Objektorientierte RepräsentationObjektorientierte Repräsentation

... = Lisa

... = Roland

... = Anna

... = Gerd

... = Bernd

...

Knoten

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List

en

Objektorientierte RepräsentationObjektorientierte Repräsentation

Spezielle Liste: String-Liste

Verallgemeinerte Liste: Objekt-Liste

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List

en

KlassendiagrammKlassendiagramm

Liste

anfang: Knoten

...

Knoten

next: Knoteninhalt: string

...

Spezielle Liste:

kenntkennt

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List

en

KlassendiagrammKlassendiagramm

Liste

anfang: Knoten

...

Knoten

next: Knoteninhalt:

...

Object

Verallgemeinerte Liste:

kenntkennt

hat

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List

en

ImplementierungImplementierung

type TKnoten = class private next : TKnoten; inhalt : TObject; public ... end;

type TListe = class private anfang : TKnoten; public ... end;

Liste

anfang: Knoten

...

Knoten

next: Knoteninhalt:

...

Object

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List

en

ListenoperationenListenoperationen

{ liste: [ ] }

liste.create

{ liste: [Lisa] }

liste.insert(0, Lisa)

{ liste: [Lisa; Anna] }

liste.insert(1, Anna)

liste.insert(1, Roland)

{ liste: [Lisa; Roland; Anna] }

{ liste: [Lisa; Anna] }

liste.delete(1)

liste.items(1) Anna

liste.getCount 2

Liste

- anfang: Knoten- count: integer

+ create+ getCount: integer- knotenItems(pos: integer) : Knoten+ items(pos: integer): Object+ delete(pos: integer)+ insert(pos: integer; obj: Object)

Hilfsoperation

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List

en

knotenItems – SpezifikationknotenItems – Spezifikation

liste.knotenItems(2)

Die Funktion „knotenItems“ bestimmt den i-ten Knoten der Liste, wobei i = pos+1.

function TListe.knotenItems(pos: integer): TKnoten;

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List

en

liste.knotenItems(2) – Traceliste.knotenItems(2) – Trace

z := 0; k := anfang;

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List

en

liste.knotenItems(2) – Traceliste.knotenItems(2) – Trace

inc(z); k := k.getNext;

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List

en

liste.knotenItems(2) – Traceliste.knotenItems(2) – Trace

inc(z); k := k.getNext;

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List

en

liste.knotenItems(2) – Traceliste.knotenItems(2) – Trace

result := k;

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List

en

knotenItems – AlgorithmusknotenItems – Algorithmus

begin

z := 0;

k := anfang;

while ((z < pos) and (z < count)) do

begin

inc(z);

k := k.getNext;

end;

result := k;

end;

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List

en

items – Spezifikationitems – Spezifikation

liste.items(2)

Die Funktion „items“ bestimmt den Inhalt des i-ten Knotens der Liste, wobei i = pos+1.

function TListe.items(pos: integer): TObject;

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List

en

items – Algorithmusitems – Algorithmus

function TListe.items (pos: integer): TObject;

begin

if ((pos >= 0) and (pos < count)) then

result := knotenItems(pos).getInhalt

else

result := nil;

end;

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List

en

delete – Spezifikationdelete – Spezifikation

liste.delete(2)

procedure TListe.delete(pos: integer);

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List

en

liste.delete(2) – Trace liste.delete(2) – Trace

hilf := knotenItems(pos);

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List

en

liste.delete(2) – Traceliste.delete(2) – Trace

knotenItems(pos-1). setNext(knotenItems(pos).getNext);

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List

en

liste.delete(2) – Traceliste.delete(2) – Trace

hilf.getInhalt.free; hilf.free;dec(count)

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List

en

Achtung: liste.delete(0)Achtung: liste.delete(0)

knotenItems(pos-1). setNext(knotenItems(pos).getNext);

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List

en

Achtung: liste.delete(0)Achtung: liste.delete(0)

anfang := knotenItems(pos).getNext

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List

en

delete – Algorithmusdelete – Algorithmus

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List

en

insert – Spezifikationinsert – Spezifikation

liste.insert(2,o)

procedure TListe.insert(pos: integer; obj: TObject);

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List

en

liste.insert(2,o) – Traceliste.insert(2,o) – Trace

danach := knotenItems(pos);

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List

en

liste.insert(2,o) – Traceliste.insert(2,o) – Trace

neu := TKnoten.create(danach,obj);

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List

en

liste.insert(2,o) – Traceliste.insert(2,o) – Trace

knotenItems(pos-1).setNext(neu);inc(count);

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List

en

Vorsicht: liste.insert(0,o)Vorsicht: liste.insert(0,o)

knotenItems(pos-1).setNext(neu);

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List

en

insert – Algorithmusinsert – Algorithmus

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List

en

AufgabeAufgabe

Entwickeln Sie mit Hilfe der Trace-Beispiele die Algorithmen zu den beiden Operationen delete und insert.

Erstellen Sie ein neues Delphi-Projekt (in einem neuen Ordner) und implementieren Sie die Klasse TListe.

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List

en

Lösung: delete – AlgorithmusLösung: delete – Algorithmus

procedure TListe.delete(pos: integer); var hilf: TKnoten;beginif pos <= count-1 then begin hilf := knotenItems(pos); if pos = 0 then anfang := knotenItems(pos).getNext else knotenItems(pos-1).setNext(knotenItems(pos).getNext); hilf.getInhalt.free; hilf.free; dec(count); end;end;

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List

en

Lösung: insert – AlgorithmusLösung: insert – Algorithmus

procedure TListe.insert (pos: integer; obj: TObject); var neu, danach: TKnoten;beginif pos <= count then begin if pos = 0 then begin danach := anfang; neu := TKnoten.create(danach, obj); anfang := neu; inc(count); end else begin danach := knotenItems(pos); neu := TKnoten.create(danach, obj); knotenItems(pos-1).setNext(neu); inc(count); end; end;end;

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List

en

ListentestListentest

Ziel ist es, ein Programm zu erstellen, mit dessen Hilfe die Implementierung der Klasse „TListe“ gestestet werden kann.

Z. B.: Es soll eine Namensliste [Lisa; Anna; ...] erstellt und angezeigt werden.

Ziel ist es, ein Programm zu erstellen, mit dessen Hilfe die Implementierung der Klasse „TListe“ gestestet werden kann.

Z. B.: Es soll eine Namensliste [Lisa; Anna; ...] erstellt und angezeigt werden.

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List

enSpezialisierungSpezialisierung

Spezialisierte Liste:

Allgemeine Liste:

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List

enSpezialisierungSpezialisierung

Liste

anfang: Knoten

...

Knoten

next: Knoteninhalt:

... Element

Object

wert: String

create(w: String)setWert(w: String)getWert: String

kenntkennt

hatist

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List

en

Erzeugung einer ListeErzeugung einer Liste

liste := TListe.create;

e := TElement.create('Lisa');

liste.insert(0,e);

e := TElement.create('Anna');

liste.insert(1,e);

...

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List

en

Anzeige einer ListeAnzeige einer Liste

h := '';

for i := 0 to liste.getCount-1 do

begin

w := TElement(liste.items(i)).getWert;

h := h + ' ' + w;

end;

PListe.Caption := h;

Hilfsvariable

Anzeige-Panel

Typumwandlung: TObject TElement

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List

en

AufgabeAufgabe

Die Klasse „TElement“ ist noch nicht implementiert. Ergänzen Sie die fehlenden Teile.

Erstellen Sie eine einfache Testoberfläche und ergänzen Sie die Methodenaufrufe zur Erzeugung und zur Anzeige einer Testliste

Zur Kontrolle: Listen2

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List

en

Teil 2Teil 2

Anwendung: Lexikon

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List

en

AuftragAuftrag

Aus: H. Balzert: Lehrbuch Grundlagen der Informatik, S. 137.

Ziel ist es, ein Programm zur Erstellung und Benutzung eines Glossars (Lexikons) zu entwickeln.

Ziel ist es, ein Programm zur Erstellung und Benutzung eines Glossars (Lexikons) zu entwickeln.

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List

en

PflichtenheftPflichtenheft

/0/ Das Lexikon ist eine endliche Folge von Einträgen. Jeder Eintrag liefert eine Erläuterung zu einem Stichwort.

/1/ Im Lexikon kann der Benutzer eine Erklärung zu einem Stichwort nachschlagen. Der Benutzer muss hierzu das ihn interessierende Stichwort eingeben.

/2/ Das Lexikon kann vom Benutzer ergänzt und verändert werden: Es können jederzeit neue Einträge eingefügt und bereits bestehende Einträge gelöscht werden.

/3/ Das Lexikon kann extern gespeichert und wieder geladen werden.

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List

en

PrototypPrototyp

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List

en

OOAOOA

Ein Lexikon ist eine endliche Folge von Einträgen. Jeder Eintrag liefert eine Erläuterung zu einem Stichwort.

Im Lexikon kann man eine Erklärung zu einem Stichwort nachschlagen.

Das Lexikon kann ergänzt und verändert werden: Es können neue Einträge eingefügt und bereits bestehende Einträge gelöscht werden.

Das Lexikon kann extern gespeichert und wieder geladen werden.

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List

en

OODOOD

„create“ erstellt ein neues Listenobjekt „liste“.

„addEintrag“ erstellt zunächst ein „Eintrag“-Objekt und fügt es dann in „liste“ ein.

„delEintrag“ durchsucht zunächst die Liste „liste“ nach dem „stichwort“ und bestimmt gegebenenfalls die Position. Anschließend wird der zugehörige Eintrag in der Liste gelöscht.

„getErlaeuterung“ liefert zu dem „stichwort“ die zugehörige Erläuterung im Lexikon.

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List

en

AlgorithmenAlgorithmen

constructor TLexikon.create;beginliste := TListe.create(nil); end;

procedure TLexikon.addEintrag(stichwort, erlaeuterung: string); var eintrag: TEintrag;begineintrag := TEintrag.create(stichwort,erlaeuterung);liste.insert(0,eintrag); end;

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List

en

AlgorithmenAlgorithmen

procedure TLexikon.delEintrag(stichwort: string); var i, position: integer;beginposition := -1;for i := 0 to liste.getCount-1 do if TEintrag(liste.items(i)).getStichwort = stichwort then position := i; if position >= 0 then liste.delete(position); end;

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List

en

AlgorithmenAlgorithmen

function TLexikon.getErlaeuterung(stichwort: string): string; var position: integer; erlaeuterung: string;beginerlaeuterung := 'kein Eintrag gefunden!';for position := 0 to liste.getCount-1 do if TEintrag(liste.items(position)).getStichwort = stichwort then erlaeuterung := TEintrag(liste.items(position)).getErlaeuterung;result := erlaeuterung;end;

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List

en

AufgabeAufgabe

Delphi verfügt über eine vordefinierte Klasse „TList“. Informieren Sie sich über diese Klasse mit der Delphi-Hilfe. Implementieren Sie dann das Lexikon mit dieser vordefinierten Klasse „TList“ an Stelle der selbst entwickelten Klasse „TListe“.

Zur Kontrolle: siehe Lexikon2

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List

enZum VergleichZum Vergleich

unit uLexikon;interfaceuses uEintrag, classes {TList};type TLexikon = class private liste: TList; public constructor create; ... end;

unit uLexikon;interfaceuses uEintrag, uListe {TListe};type TLexikon = class private liste: TListe; public constructor create; ... end;

Vordefinierte Liste

Selbstdefinierte Liste

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List

enZum VergleichZum Vergleich

constructor TLexikon.create;beginliste := TListe.create; // liste := TList.create;end;

Vordefinierte Liste

Selbstdefinierte Liste

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List

enZum VergleichZum Vergleich

procedure TLexikon.addEintrag(stichwort, erlaeuterung: string); var eintrag: TEintrag;begineintrag := TEintrag.create(stichwort,erlaeuterung);liste.insert(0,eintrag); // liste.Insert(0, eintrag);end;

Vordefinierte Liste

Selbstdefinierte Liste

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List

enZum VergleichZum Vergleich

procedure TLexikon.delEintrag(stichwort: string); var i, position: integer;beginposition := -1;for i := 0 to liste.getCount-1 do // liste.Count-1 if TEintrag(liste.items(i)).getStichwort = stichwort then position := i; // liste.Items[i] if position >= 0 then liste.delete(position); // liste.Delete(position)end;

Vordefinierte Liste

Selbstdefinierte Liste

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List

enZum VergleichZum Vergleich

function TLexikon.getErlaeuterung(stichwort: string): string; var position: integer; erlaeuterung: string;beginerlaeuterung := 'kein Eintrag gefunden!';for position := 0 to liste.getCount-1 do // liste.Count-1 if TEintrag(liste.items(position)).getStichwort = stichwort then erlaeuterung := TEintrag(liste.items(position)).getErlaeuterung;result := erlaeuterung;end; // liste.Items[position]

Vordefinierte Liste

Selbstdefinierte Liste

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List

enZum VergleichZum Vergleich

TListe

- anfang: Knoten- count: integer

+ create(k: Knoten)+ getCount: integer- knotenItems(pos: integer) : Knoten+ items(pos: integer): TObject+ delete(pos: integer)+ insert(pos: integer; obj: TObject)

TList

+ Count: integer+ Items[pos: integer]: Pointer

+ create+ Delete(pos: integer)+ Insert(pos: integer; obj: Pointer)...

Properties

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List

en

Teil 3Teil 3

Stapel und Schlangen

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List

en

Auswertung von TermenAuswertung von Termen

Term: ( 7 - 2 ) * 3 =

7

(

-

( 7

2

( 7 -

)

*

5

3

* 5

( 7 - 2

=

* 5

3

15

OperandenstapelOperatorenstapel

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List

en

StapelStapel

LIFO-Prinzip: last in, first out

mitErstem erstes ohneErstes

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List

en

ModellierungModellierung

mitErstem erstes ohneErstes

Stapel

+ create+ istLeer: boolean+ mitErstem(obj: Object)+ erstes: Object+ ohneErstes

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List

en

DruckerwarteschlangeDruckerwarteschlange

Druckauftragswarteschlange

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List

en

SchlangeSchlange

FIFO-Prinzip: first in, first out

mitLetztem erstes ohneErstes

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List

en

ModellierungModellierung

mitLetztem erstes ohneErstes

Schlange

+ create+ istLeer: boolean+ mitLetztem(obj: Object)+ erstes: Object+ ohneErstes

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List

enVereinfachungVereinfachung

Im folgenden sollen nur Stapel und Schlangen betrachtet werden, deren Elemente Zeichenketten sind.

Stapel

+ create+ istLeer: boolean+ mitErstem(s: String)+ erstes: String+ ohneErstes

Schlange

+ create+ istLeer: boolean+ mitLetztem (s: String)+ erstes: String+ ohneErstes

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List

en

ImplementierungImplementierung

unit uStapel;

interface

uses classes {TStringList};

type

TStapel = class(TStringList) private public constructor create; function istLeer: boolean; procedure mitErstem(s: string); procedure ohneErstes; function erstes: string; end;

implementation

...

Stapel

+ create+ istLeer: boolean+ mitErstem(s: String)+ erstes: String+ ohneErstes

TStringList

+ Count: integer+ Strings: array[0..] of string

+ create+ delete(p: integer)+ insert(p: integer; s: String)...

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List

en

ImplementierungImplementierung

constructor TStapel.create;begin inherited create; end;

function TStapel.istLeer: boolean;begin result := (Count = 0); end;

function TStapel.erstes: string;begin result := Strings[0]; end;

procedure TStapel.ohneErstes;begin delete(0); end;

procedure TStapel.mitErstem(s: string);begin insert(0,s); end;

Stapel

+ create+ istLeer: boolean+ mitErstem(s: String)+ erstes: String+ ohneErstes

TStringList

+ Count: integer+ Strings: array[0..] of string

+ create+ delete(p: integer)+ insert(p: integer; s: String)...

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List

en

AufgabeAufgabe

Implementieren Sie analog die Klasse Schlange. Benutzen Sie hierzu die vordefinierte Delphi-Klasse TStringList. Die benötigten Attribute (Properties) und Operationen sind im nebenstehenden Klassendiagramm aufgeführt. Die Bedeutung der Bestandteile kann mit der Delphi-Hilfe ermittelt werden.

Erstellen Sie auch (einfache) Testprogramme, um die Korrektheit der Operationen zu überprüfen.

TStringList

+ Count: integer+ Strings: array[0..] of string

+ create+ delete(p: integer)+ insert(p: integer; s: String)...

Schlange

+ create+ istLeer: boolean+ mitLetztem (s: String)+ erstes: String+ ohneErstes

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en

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List

en

Teil 4Teil 4

Anwendung: Taschenrechner

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en

AuftragAuftrag

Es soll ein Demo-Taschenrechner erstellt werden, der die Bearbeitung von Klammertermen veranschaulicht.

Eingabe: ( 7 - 2 ) * 3 =

7

(

-

( 7

2

( 7 -

)

( 7 - 2

Verarbeitung:

Ergebnis: (7 - 2) * 3 = 15

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en

PflichtenheftPflichtenheft

/0/ Der Benutzer gibt die Bestandteile des Terms – auch Token genannt – Schritt für Schritt ein: Klammern, Zahlen, Rechenzeichen (+, -, *, :), Gleicheitszeichen. Z.B.: ( 7 - 2 ) * 3 =

/1/ Die Bearbeitung des Terms wird Schritt für Schritt mit Hilfe eines Buttons ausgelöst. Die benutzten Stapel werden dabei jeweils auf dem Bildschirm angezeigt./2/ Der gesamte Term und das berechnete Ergebnis wird abschließend angezeigt.

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en

Auswertung von TermenAuswertung von Termen

Term: ( 7 - 2 ) * 3 =

7

(

-

( 7

2

( 7 -

)

*

5

3

* 5

( 7 - 2

=

* 5

3

15

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List

en

InterpreterInterpreter

) * 3 =

(

-

7

2

termSchlange

operandenStapel

operatorenStapel

Interpreter

'(7-2'

''

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List

en

OOMOOM

) * 3 =

(

+

7

2

Interpreter

'(7-2)'

''

termSchlange

operandenStapel

operatorenStapel

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List

en

AufgabeAufgabe

Fall 1: Das erste Element der TermSchlange ist ein Gleichheitszeichen und der OperatorenStapel ist nicht leer:

=

-

7

'7-2'

''

Ergänzen Sie den Interpretieralgorithmus.

2

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List

en

AufgabeAufgabe

Fall 2: Das erste Element der TermSchlange ist ein Gleichheitszeichen und der OperatorenStapel ist leer:

Ergänzen Sie den Interpretieralgorithmus.

=

5

'(7-2)'

''

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List

en

AufgabeAufgabe

Fall 3: Das erste Element der TermSchlange ist „Klammerauf“:

Ergänzen Sie den Interpretieralgorithmus.

( 7 - 2 ) =

''

''

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List

en

AufgabeAufgabe

Fall 4: Das erste Element der TermSchlange ist „Klammerzu“:

Ergänzen Sie den Interpretieralgorithmus.

) =

(

-

7

'(7-2'

''

2

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List

en

AufgabeAufgabe

Fall 5: Das erste Element der TermSchlange ist ein Rechenzeichen:

Ergänzen Sie den Interpretieralgorithmus.

- 2 ) =

(

7

'(7'

''

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List

en

AufgabeAufgabe

Fall 6: Das erste Element der TermSchlange ist eine Zahl:

Ergänzen Sie den Interpretieralgorithmus.

2 ) =

(

-

7

'(7-'

''

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List

en

AufgabeAufgabe

Implementieren Sie den Interpreter und testen Sie das Taschenrechner-Programm.

Welche Erweiterungen wären wünschenswert?

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List

en

LösungLösung

Fall 1: Das erste Element der TermSchlange ist ein Gleichheitszeichen und der OperatorenStapel ist nicht leer:

=

-

7

'7-2'

''

2

hilf := termSchlange.erstes;termSchlange.ohneErstes;term := term + hilf;z1 := StrToInt(operandenStapel.erstes);operandenStapel.ohneErstes;z2 := StrToInt(operandenStapel.erstes);operandenStapel.ohneErstes;op := operatorenStapel.erstes;operatorenStapel.ohneErstes;if (op = '+') then erg := z2 + z1;if (op = '-') then erg := z2 - z1;if (op = '*') then erg := z2 * z1;if (op = ':') then erg := z2 div z1;ergebnis := IntToStr(erg);operandenStapel.mitErstem(ergebnis);

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en

LösungLösung

Fall 2: Das erste Element der TermSchlange ist ein Gleichheitszeichen und der OperatorenStapel ist leer:

=

5

'(7-2)'

''

hilf := termSchlange.erstes;termSchlange.ohneErstes;term := term + hilf;ergebnis := operandenStapel.erstes;

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en

LösungLösung

Fall 3: Das erste Element der TermSchlange ist „Klammerauf“:

( 7 - 2 ) =

''

''

hilf := termSchlange.erstes;termSchlange.ohneErstes;term := term + hilf;token := hilf;operatorenStapel.mitErstem(token);

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List

en

LösungLösung

Fall 4: Das erste Element der TermSchlange ist „Klammerzu“:

) =

(

-

7

'(7-2'

''

2

hilf := termSchlange.erstes;termSchlange.ohneErstes;term := term + hilf;z1 := StrToInt(operandenStapel.erstes);operandenStapel.ohneErstes;z2 := StrToInt(operandenStapel.erstes);operandenStapel.ohneErstes;op := operatorenStapel.erstes;operatorenStapel.ohneErstes;operatorenStapel.ohneErstes;if (op = '+') then erg := z2 + z1;if (op = '-') then erg := z2 - z1;if (op = '*') then erg := z2 * z1;if (op = ':') then erg := z2 div z1;token := IntToStr(erg);operandenStapel.mitErstem(token);

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en

LösungLösung

Fall 5: Das erste Element der TermSchlange ist ein Rechenzeichen:

- 2 ) =

(

7

'(7'

''

hilf := termSchlange.erstes;termSchlange.ohneErstes;term := term + hilf;token := hilf;operatorenStapel.mitErstem(token);

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List

en

LösungLösung

Fall 6: Das erste Element der TermSchlange ist eine Zahl:

2 ) =

(

-

7

'(7-'

''

hilf := termSchlange.erstes;termSchlange.ohneErstes;term := term + hilf;token := hilf;operandenStapel.mitErstem(token);

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en

LiteraturhinweiseLiteraturhinweise

Helmut Balzert: Lehrbuch Grundlagen der Informatik. Spektrum Ak. Verlag 1999.

H.-P. Gumm u. M. Sommer: Einführung in die Informatik. Oldenbourg Verlag 2002.

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