informatik ii grundlagen der programmierung programmieren in c module und bibliotheken 4

Informatik IIGrundlagen der Programmierung

Programmieren in C

Module und Bibliotheken 4

Hochschule Fulda – FB ET

Sommersemester 2010

http://www.rz.hs-fulda.de/et

Peter Klingebiel, HS Fulda, DVZ




Programmieren in C - 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


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<N; i++) /* Kopieren */ bp2[i] = bp1[i]; /* Zeiger ~ Feld */


Felder und Zeiger 3

• Konstante Dimensionierung von Felderndouble df[100]; /* Feld mit 100 Elementen */

• Variable Dimensionierung von Feldern nur für automatische Feldvariable zulässigvoid 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


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);}


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.) werdenin dynamisch erzeugten Feldern als Zeiger gespeichert und sortiert

– Aktualisierung bei jeder Änderung in der Liste


Felder und Zeiger 6

• dynamische Liste sortierte Felder


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); ...


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);}


Felder und Zeiger 9

• Personalprogramm personal2.c


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 1.1.1970, 00:00:00

• ist t != NULL t enthält Systemzeit


Datum und Zeit 2

• Zeit als Stringchar *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 19:52:59 2010


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.: 0-365 */ int tm_isdst; /* Sommerzeit: +1 */};


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 1.1.1970 */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 + 1970; /* -> Jahr */printf("%d.%d.%d\n", d, m, y);


Datum und Zeit 5

• Beispielprogramm datum.c


Datum und Zeit 6

• einfache Messungen der CPU-Zeit• Typ und Funktiontypedef long clock_t;clock_t clock(void);

• verbrauchte CPU-Zeit zwischen zwei Aufrufen von clock() in Mikrosekundenclock_t t1, t2, tu;t1 = clock(); /* Erste Messung */system("bsort1 S S.bs");t2 = clock(); /* Neue Messung */tu = t2 - t1; /* CPU-Zeit in us */


Datum und Zeit 7

• Beispielprogramm clock.c


Mathematische Funktionen 1

• Funktionen für numerische Berechnungen in der Mathebibliothek libm.a

• muss ggfs. beim Binden explizit angegeben werden, z.B. bei UNIXcc num.c -o num -lm

• #include <math.h>• Typen float, double, long double• viele Konstanten, z.B.

#define M_E 2.7182818284590452354

#define M_PI 3.14159265358979323846



• 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)



• 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



• Beispiel: log2.c



• Beispiel: splot.c



• Was zeigt diese Grafik?



• Und diese?



• … und diese?



• Was zeigen Grafik und Fläche?



• Numerische Integration: Trapezregel



• 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 */



• Programm trapez.c



• Numerische Integration: Simpsonformel



• 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 + 4.0 * y; /* I += 4 * y */ else /* i ungerade: */ I = I + 2.0 * y; /* I += 2 * y */}I = I * h / 3; /* I = I * h/3 */



• simpson.c



• Integrationsprogramm integral1.c



• Wie ist integral1.c zu erweitern, um ...– korrekte Flächenintegrale zu berechnen? – Differenzen der Int-methoden zu berechnen?



• Integrationsprogramm integral2.c


Anwendung Smartmeter 1

• Kennen Sie IhrenStromverbrauch?

• Kennen Sie IhreStromkosten?

• Kennen Sie IhrVerbrauchsprofil?



• bisher: ein Meßwert / Jahr• Versorger sind spätestens zum 30.12.2010 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



• Versorger sind lt. EnWG seit 1.1.2010 zum Angebot von Smartmetern bei Neubauten oder Großrenovierungen verpflichtet

• Smartmeter werden angeboten von Versorgern, z.B. YelloStromhttp://www.yellostrom.de/privatkunden/sparzaehler/index.html

• oder von Drittanbietern z.B. in Kooperation mit Google PowerMeterhttp://www.google.com/powermeter/about/

• aber auch im Selbstbau und -einbau, z.B.http://volkszaehler.org/

http://www.yellostrom.de/privatkunden/sparzaehler/index.html








http://www.google.com/powermeter/about/







http://volkszaehler.org/





• Smartmeter: 1 Messung / Sekunde



• Wir arbeitet Smartmeter-Monitoring?



• Bessere Verbrauchsübersichten



• Profil des Stromverbrauchs



• Stromverbrauchsprofil von Einzelgeräten



• Profil des Stromkunden möglich



• 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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