Update P03
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Silvan Fischer
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dd84bf1419
commit
79e0889268
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@ -43,22 +43,35 @@ Bit Operationen sind allgegenwärtig in den Computer-Wissenschaften und finden i
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### 1.1 Übungen
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#### 1. Basis Operationen
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Manipulationen von einzelnen Bits gehören zu den Basis Operationen und dienen als Grundlagen um weitere komplexere Konstrukte zu schaffen. Verfollständigen sie folgendes Beispiel mit den drei Basis Operationen:
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Manipulationen von einzelnen Bits gehören zu den Basis Operationen und dienen als Grundlagen um weitere komplexere Konstrukte zu schaffen.
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Verfollständigen sie folgendes Beispiel mit den drei Basis Operationen. Dabei gibt die Variable `bit` an, welches Bit manipuliert werden soll (Denken sie daran, dass die Bit-Positionen bei 0 beginnen. Bit 3 ist also das vierte Bit von rechts). Bei den gefragten Manipulationen, soll nur das angegebene `bit` geändert werden und der Rest soll unverändert bleiben:
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- Bit 3 setzen: `0011 => 1011`
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- Bit 1 löschen: `1011 => 1001`
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- Bit 0 flippen: `1001 => 1000`
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Versuchen sie die Operationen in C umzusetzen:
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```c
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#include <stdlib.h>
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#include <stdio.h>
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int main() {
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unsigned int number;
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unsigned int number = 0x75;
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unsigned int bit = 3; // bit at position 3
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// Setting a bit
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number = ...; // solution: number |= 1 << bit;
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number = ...;
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// Clearing a bit
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number = ...; // solution: number &= ~(1 << bit);
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bit = 1;
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number = ...;
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// Toggling a bit
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number = ...; // solution; number ^= 1 << bit;
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bit = 0;
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number = ...;
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printf("number = 0x%02X\n", number);
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return EXIT_SUCCESS;
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}
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@ -86,11 +99,11 @@ int main(){
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Es gibt aber auch eine Variante, die ohne zusätzliche Variable auskommt. Dabei wird die Tatsache, dass eine zweite XOR Operation eine erste XOR Operation rückgängig macht:
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*0011 XOR 0100 = 0111*
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`0011 XOR 0100 = 0111`
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*0111 XOR 0100 = 0011*
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`0111 XOR 0100 = 0011`
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Somit kommt man von einem XOR Resultat (*0111*) wieder auf beide Anfangs Operanden zurück indem man einfach ein zweites Mal mit einem Operanden eine XOR Verknüpfung macht. Damit kann ein Operand als Zwischenspeicher dienen und man muss nicht extra eine Zusatzvariable verwenden.
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Somit kommt man von einem XOR Resultat (`0111`) wieder auf beide Anfangs Operanden zurück indem man einfach ein zweites Mal mit einem Operanden eine XOR Verknüpfung macht. Damit kann ein Operand als Zwischenspeicher dienen und man muss nicht extra eine Zusatzvariable verwenden.
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Überlegen sie sich wie sie damit zwei Variablen vertauschen können ohne Zusatzvariable:
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```c
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@ -102,22 +115,15 @@ int main(){
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int b = 4;
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printf("a: %d; b: %d\n", a, b);
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...
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/* Solutions:
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// a == 0011; b == 0100
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a ^= b; // a == 0111; b == 0100
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b ^= a; // a == 0111; b == 0011
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a ^= b; // a == 0100; b == 0011
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*/
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printf("a: %d; b: %d\n", a, b);
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return EXIT_SUCCESS;
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}
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```
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#### 3. Lower- / Uppercase
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Folgendes Code Beispiel kann Buchstaben in Gross- oder Kleinbuchstaben wandeln mit nur einer einzigen Bit-Operation. Überlegen sie sich warum das funktioniert, damit sie es jemand anderem in ihren Worten erklären könnten. Machen sie Notizen falls nötig.
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```c
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#include <stdlib.h>
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#include <stdio.h>
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@ -137,48 +143,68 @@ int main(){
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```
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#### 4. Prüfen auf 2-er Potenz
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Um eine gegebene Zahl zu prüfen ob sie eine 2er Potenz ist, können wir folgende Bit-Muster vergleichen:
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Beispiel mit der Zahl 8: `1000 & 0111 == 0`. Wir prüfen also, ob die gegebene Zahl 8 (`1000`) nur ein Bit auf `1` hat und den Rest auf `0`.
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Überlegen Sie sich einen Algorithmus um dies für beliebige positive Zahlen zu prüfen. Das Bitmuster, dass für die `&` Operation gebraucht wird, kann mittel Subtraktion von 1 berechnet werden (`1000 - 1 = 0111`):
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```c
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#include <stdio.h>
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#include <stdlib.h>
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int main(){
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int a=32;
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if(a > 0 && (a & (a - 1)) == 0){
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int a = 32; // any positive number
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if(a > 0 && ...){
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printf("%d is a power of 2", a);
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}
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return EXIT_SUCCESS;
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}
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```
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## 2. Struct & typedef
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### 2.1 Übungen
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### 2.1 Bit Operationen Rechner
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Vervollständigen sie das beiliegende Programm `bin_calculator.c`. Es soll einfache Bit-Operationen mit zwei Operanden lösen können. Die unterstützten Operationen sind:
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- & (AND)
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- | (OR)
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- ^ (XOR)
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- < (left shift)
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- \> (right shift)
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#### 1. Bit Operationen Rechner
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- Bitweise Operationen mit 2 Operanden
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- Rechnung wird als ein String über scanf dem Programm übergeben
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- String wird in Token zerstückelt und in struct gespeichert:
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```c
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typedef struct {
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unsigned int operand_1;
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unsigned int operand_2;
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char operation;
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} Expression;
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```
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- Ausgabe in 3 verschiedenen Formaten:
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```
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Bin:
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0000'0000'0000'0001
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& 0000'0000'0000'0011
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-------------------
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0000'0000'0000'0001
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Eine Rechnung kann direkt als einen String eingeben werden (z.B: `0x0c ^ 0x0f`). Dabei werden Hexadezimal, Oktal und Dezimal als Eingabeformate akzeptiert. Die Rechnung wird in 3 Teile aufgeteilt (Operand 1, Operand 2, Operation) und in einer Datenstruktur gespeichert (`struct`).
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Hex
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0x01 & 0x03 = 0x01
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Als Ausgabe soll die Rechnung wie folgt dargestellt werden:
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```
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Bin:
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00000000'00000000'00000000'00001100
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||||
00000000'00000000'00000000'00001111 ^
|
||||
-----------------------------------
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||||
00000000'00000000'00000000'00000011
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||||
Dec
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1 & 3 = 1
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```
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Hex:
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0x0c ^ 0x0f = 0x03
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Dec:
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12 ^ 15 = 3
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```
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### 2.2 Einfache Formen
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Der Code in `simple_shape.c` kompiliert nicht. Überlegen sie sich, wie der neue Datentype `Graphic` aussehen soll, damit alle nötigen Informationen dazu gespeichert werden können.
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Eine Form (`Graphic`) wird aus folgenden Attributen zusammengesetzt:
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- **Shape**: *OVAL* oder *RECTANGLE* (verwenden sie dazu einen separaten `enum` Typ)
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- **Size**: Ein positiver Integer
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||||
- Für *RECTANGLE* bestimmt er die Seitengrösse
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||||
- Für *OVAL* bestimmt er den Radius
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||||
- **Color**: char Pointer zu dem vordefinierten char array mit Farbinformationen. Verwenden sie: `char *color;`
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Erweitern sie den Code an den markierten Stellen, damit er kompiliert. Per Terminal sollte es möglich sein die Attribute für die Form zu bestimmen, um sie danach angezeigt zu bekommen.
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**Bemerkung**: Das Programm verwendet die Math Bibliothek `math.h`. Um das Programm kompilieren zu können, müssen sie das Flag `-lm` verwenden:
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gcc -o main -lm main.c
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## 4. Bewertung
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@ -186,8 +212,10 @@ ___
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Die gegebenenfalls gestellten Theorieaufgaben und der funktionierende Programmcode müssen der Praktikumsbetreuung gezeigt werden. Die Lösungen müssen mündlich erklärt werden können.
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| Aufgabe | Kriterium | Gewicht |
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| :-- | :-- | :-- |
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||||
| alle | Sie können das funktionierende Programm inklusive funktionierende Tests demonstrieren und erklären. | |
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||||
| gibIntWert | Eingabe, Bereichsüberprüfung korrekt | 1 |
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| istSchaltjahr | Funktion korrekt | 1 |
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| TageProMonat | Funktion korrekt | 1 |
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||||
| Aufgabe 2 | Fehlenden Teile ergänzt und lauffähig | 1 |
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||||
| alle | Sie können das funktionierende Programm demonstrieren und erklären. | |
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| Basis Operationen | Funktion korrekt | 0.5 |
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| Variablen tauschen | Funktion korrekt | 0.5 |
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| Lower- / Uppercase | Funktion korrekt | 0.5 |
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| Prüfen auf 2-er Potenz | Funktion korrekt | 0.5 |
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||||
| Bit Operationen Rechner | Fehlenden Teile ergänzt und lauffähig | 1 |
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| Einfache Formen | Fehlenden Teile ergänzt und lauffähig | 1 |
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@ -0,0 +1,96 @@
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#include <stdlib.h>
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#include <stdio.h>
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#define OPERAND_BUFFER_SIZE 10
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||||
typedef struct {
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||||
/*
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||||
Students: The Expression struct should hold the two operands and
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the operation (use a char for the operation)
|
||||
*/
|
||||
} Expression;
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||||
int bits_per_int() {
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||||
return sizeof(unsigned int) * 8;
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}
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||||
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||||
unsigned int parse_operand(char operand_str[]) {
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||||
unsigned int operand;
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||||
if (operand_str[0] == '0' && operand_str[1] == 'x') {
|
||||
sscanf(&operand_str[2], "%x", &operand);
|
||||
} else if (operand_str[0] == '0') {
|
||||
sscanf(&operand_str[1], "%o", &operand);
|
||||
} else {
|
||||
sscanf(operand_str, "%u", &operand);
|
||||
}
|
||||
return operand;
|
||||
}
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||||
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||||
void print_binary(unsigned int value) {
|
||||
// Students: Print a single number as a binary string
|
||||
}
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||||
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||||
void print_bit_operation_bin(Expression expression, unsigned int result) {
|
||||
/*
|
||||
Students: Print the entire operation in bin including the result
|
||||
|
||||
Bin:
|
||||
00000000'00000000'00000000'00001100
|
||||
00000000'00000000'00000000'00001111 ^
|
||||
-----------------------------------
|
||||
00000000'00000000'00000000'00000011
|
||||
*/
|
||||
}
|
||||
|
||||
void print_bit_operation_hex(Expression expression, unsigned int result) {
|
||||
/*
|
||||
Students: Print the entire operation in hex including the result
|
||||
|
||||
Hex:
|
||||
0x0c ^ 0x0f = 0x03
|
||||
*/
|
||||
}
|
||||
|
||||
void print_bit_operation_dec(Expression expression, unsigned int result) {
|
||||
/*
|
||||
Students: Print the entire operation in hex including the result
|
||||
|
||||
Dec:
|
||||
12 ^ 15 = 3
|
||||
*/
|
||||
}
|
||||
|
||||
unsigned int bit_operation(Expression expression) {
|
||||
// Students: Do the actual bit operation and return the result
|
||||
}
|
||||
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||||
int main(){
|
||||
char operand1_str[10];
|
||||
char operand2_str[10];
|
||||
char operation;
|
||||
|
||||
unsigned int operand1, operand2;
|
||||
|
||||
do {
|
||||
printf("Geben sie die Bit-Operation ein:\n");
|
||||
|
||||
scanf("%s %c %s", operand1_str, &operation, operand2_str);
|
||||
|
||||
operand1 = parse_operand(operand1_str);
|
||||
operand2 = parse_operand(operand2_str);
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||||
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||||
Expression expression = ... ; // Students: Create an expression
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||||
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||||
unsigned int result = bit_operation(expression);
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||||
print_bit_operation_bin(expression, result);
|
||||
print_bit_operation_hex(expression, result);
|
||||
print_bit_operation_dec(expression, result);
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||||
|
||||
while(getchar() != '\n');
|
||||
printf("\nMöchten sie weiter machen oder abbrechen? [(n)ext|(q)uit] ");
|
||||
|
||||
} while(getchar() == 'n');
|
||||
|
||||
printf("Byebye..\n");
|
||||
return EXIT_SUCCESS;
|
||||
}
|
||||
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@ -0,0 +1,67 @@
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#include <stdlib.h>
|
||||
#include <stdio.h>
|
||||
#include <math.h>
|
||||
|
||||
#define RED "\x1B[31m"
|
||||
#define GRN "\x1B[32m"
|
||||
#define YEL "\x1B[33m"
|
||||
#define WHT "\x1B[37m"
|
||||
#define RESET "\x1B[0m"
|
||||
|
||||
/*
|
||||
Students: Create a new type "Graphic" that can store:
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||||
- shape (OVAL, RECTANGLE) -> create a new enum for this type
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||||
- size
|
||||
- color
|
||||
*/
|
||||
|
||||
|
||||
void paint(Graphic graphic) {
|
||||
double radius = graphic.size / 2.0;
|
||||
int i,j;
|
||||
|
||||
for (i = 0; i <= 2 * radius; i++){
|
||||
for (j = 0; j <= 2 * radius; j++){
|
||||
switch(graphic.shape) {
|
||||
case RECTANGLE: printf("%s*" RESET, graphic.color); break;
|
||||
case OVAL: {
|
||||
double distance = sqrt((i - radius) * (i - radius) + (j - radius) * (j - radius));
|
||||
if (distance > radius - 0.5 && distance < radius + 0.5) {
|
||||
printf("%s*" RESET, graphic.color);
|
||||
} else {
|
||||
printf(" ");
|
||||
}
|
||||
} break;
|
||||
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
printf("\n");
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
|
||||
int main() {
|
||||
int input;
|
||||
Graphic graphic;
|
||||
|
||||
do {
|
||||
printf("Geben Sie die gewünschte Form an [OVAL=0 | RECTANGLE=1]:");
|
||||
scanf("%d", &input);
|
||||
// Students: store the input in graphic
|
||||
|
||||
printf("Geben Sie die gewünschte Grösse an:");
|
||||
scanf("%u", &input);
|
||||
// Students: store the input in graphic
|
||||
|
||||
printf("Geben Sie die gewünschte Farb an [RED=0 | GREEN=1 | YELLOW=2]:");
|
||||
scanf("%d", &input);
|
||||
// Students: store the input in graphic
|
||||
|
||||
paint(graphic);
|
||||
|
||||
while(getchar() != '\n'); // empty buffer
|
||||
printf("\nMöchten sie weiter machen oder abbrechen? [(n)ext|(q)uit] ");
|
||||
} while(getchar() == 'n');
|
||||
|
||||
printf("Byebye..\n");
|
||||
return EXIT_SUCCESS;
|
||||
}
|
||||
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