Klausur SS 04

From 33613a85afc4b1481367fbe92a17ee59c240250b Mon Sep 17 00:00:00 2001 From: Sven Eisenhauer Date: Fri, 10 Nov 2023 15:11:48 +0100 Subject: add new repo --- Bachelor/Prog2/Z-Uebung/Z-Uebung.htm | 330 +++++++++++++++++++++++++++++++++++ 1 file changed, 330 insertions(+) create mode 100644 Bachelor/Prog2/Z-Uebung/Z-Uebung.htm (limited to 'Bachelor/Prog2/Z-Uebung/Z-Uebung.htm') diff --git a/Bachelor/Prog2/Z-Uebung/Z-Uebung.htm b/Bachelor/Prog2/Z-Uebung/Z-Uebung.htm new file mode 100644 index 0000000..0790d88 --- /dev/null +++ b/Bachelor/Prog2/Z-Uebung/Z-Uebung.htm @@ -0,0 +1,330 @@ + + + + + + + Klausur SS 04 + + + + + + + + + + + +

FH Darmstadt +
FB Informatik +

Prof.Dr.H.P.Weber

Programmieren II +
+Übung +

+ +

Juni 2005

+ +

+ +
+ + + + + +

Es soll die folgende Klassenhierarchie für zweidimensionale Figuren +implementiert werden:
+ Abstrakte Basisklasse Shape, davon direkt abgeleitet die + Klassen +Polyline und Ellipse. Von +Polyline direkt abgeleitet die Klassen Line + und Polygon und zusätzlich von Polygon + abgeleitet die Klasse Rectangle. Außerdem von Ellipse + abgeleitet die Klasse Circle.

+ +
+ + + + + +

Teil 1:

+ +

Zunächst werden nur die grundlegenden Klassen Shape und +Polyline entwickelt und getestet. Da die Klassen der Shape-Hierarchie +mit Punkten arbeiten, wird zur Darstellung eines Punktes auch eine Klasse +Point definiert:

+Die Klasse Point besitzt die public-Elemente +x und y vom Typ double und einen +entsprechenden Konstruktor mit zwei Parametern, die beide den Default-Wert + 0.0 haben.
+Die Methode distance liefert den Abstand zu einem zweiten +Punkt, der als Argument übergeben wird. Der Abstand von zwei Punkten (x1, y1) +und (x2, y2) ist die Wurzel aus (x2 - x1)² + (y2 - y1)² . +
+Die Methode toString liefert den Punkt als String in der Form +(x, y).
+Der Operator *= multipliziert den Punkt mit einer +Gleitpunktzahl.
+Außerdem werden die folgenden globalen Operationen bereitgestellt:
+ + und -        +Liefert die Summe bzw. Differenz zweier Punkte.
+ == und !=    Vergleicht zwei +Punkte.
+ <<               +Gibt einen Punkt auf einen Stream aus.
+Die Shape-Klasse enthält ein Attribut anchor (Anker, +Bezugspunkt), das die Lage der Figur festlegt. Durch Verschiebung des Ankers +wird also die gesamte Figur verschoben. Der Anker wird in der Shape-Klasse +als protected-Element gespeichert. Der Konstruktor +initialisiert den Anker mit dem als Argument übergebenen Punkt oder mit dem +Default-Wert Point(0,0). Zugriffsmethoden erlauben das Lesen und +Setzen des Ankers. Die Verschiebung erfolgt mit der Methode move, +die zwei Parameter für die Verschiebung in x- und y-Richtung besitzt.
+Die Klasse Shape ist eine abstrakte Klasse. Neben dem virtuellen +Destruktor stellt sie das folgende polymorphe Interface bereit: Die Methode toString +liefert die Daten einer Figur als String. Für die Klasse Shape +sind das die Koordinaten des Ankers. Außerdem enthält Shape +die rein virtuellen Methoden scale und draw. scale +verkleinert oder vergrößert die Figur um einen Faktor, der als Argumnet +übergeben wird. Die Methode draw wird zum Zeichnen einer Figur +bereitgestellt, aber nicht genutzt (d.h. leer implementiert).
+Die Klasse Polyline stellt einen Linienzug dar. Beispielsweise +besteht folgender Linienzug : Anker - E1 - E2 - E3 - E4 aus vier Linien mit den Endpunkten E1 bis E4. Die Endpunkte werden relativ zum +Anker in einem dynamisch erzeugten Array gespeichert. Entsprechend besitzt die +Klasse Polyline zwei Datenelemente: Ein dynamisches Element, +nämlich einen Zeiger auf das Array mit Point-Elementen, und +eine Variable für die Anzahl der Linien. Definieren Sie verschiedene +Konstruktoren: Einen Default-Konstruktor, einen Konstruktor mit einem Point-Parameter +zur Festlegung des Ankers, einen Konstruktor mit zwei Point-Parametern +für eine Linie und einen Konstruktor, dem ein Array mit den Punkten eines +Linienzuges und die Anzahl der Punkte übergeben werden. Jeder Konstruktor setzt +den Zeiger und die Anzahl der Linien auf 0, wenn das Objekt noch +keine Linie enthält. Andernfalls erzeugt der Konstruktor dynamisch das Array für +die Endpunkte gemäß der aktuellen Anzahl Linien. Für jeden Endpunkt wird +die Differenz zum Anker gespeichert. Das dynamische Array wird vom Destruktor +wieder freigegeben. Da die Klasse Polyline ein dynamisches +Element besitzt müssen auch Kopierkonstruktor und Zuweisungsoperator definiert +werden.
+Redefinieren Sie für die Klasse Polyline alle rein virtuellen +Methoden der Klasse Shape und die Methode toString, die +die Koordinaten der Eckpunkte als String liefert. +Stellen Sie ferner eine Methode bereit, die die Anzahl Linien im Polygon +zurückgibt, und eine Methode, die die Gesamtlänge liefert.
+ +Überladen Sie schließlich zweimal den operator+=: Ist das +Argument ein Punkt, soll eine weitere Linie zu diesem Punkt angehängt werden. +Ist das Argument ein Polyline-Objekt, soll dessen gesamter +Linienzug an den letzten Punkt angehängt werden. +
- +Wenn eine Linie angehängt wird, muss das Array mit den Endpunkten vergrößert +werden. +
- +Zu den relativen Koordinaten des anzuhängenden Linienzugs müssen die relativen +Koordinaten des letzten Punktes addiert werde. +
+Testen Sie die Klasse Polyline, indem Sie mit jedem zur +Verfügung stehenden Konstruktor ein Objekt erzeugen und sich anzeigen lassen. +Rufen Sie dann jede Methode der Klasse mindestens einmal auf.

+ + + + + +

Teil 2:

+ +

Ergänzen Sie die Shape-Klassenhierarchie um die noch +fehlenden Klassen Line, Polygon, Rectangle, +Ellipse und Circle:

+Die Klasse Line besitzt mindestens zwei Konstruktoren: Die +Endpunkte einer Linie sollen als zwei Point-Objekte oder direkt +in x-, y-Koordinaten angegeben werden können. Die Redefinition von geerbten +Methoden ist nicht notwendig. Allerdings soll es nicht möglich sein, an eine +Linie einen weiteren Punkt oder einen Linienzug anzuhängen!
+Ein Polygon wird als geschlossener Linienzug betrachtet: Die Linie vom letzten +Punkt zum ersten Punkt (=Anker) gehört logisch zur Figur. Entsprechend müssen +die Methoden redefiniert werden, die die Anzahl Linien bzw. die Gesamtlänge +zurückgeben. Stellen Sie zusätzlich Methoden bereit, die die Anzahl Ecken (= +Anzahl Linien) und den Umfang (=Gesamtlänge) liefern:
+Die Klasse Rectangle beschreibt Vierecke mit der linken unteren +Ecke als Anker, deren Seiten parallel zu den x- und y-Koordinaten verlaufen. +Definieren Sie zuerst einen Konstruktor, dem der Anker sowie die Breite und +Höhe des Rechtecks übergeben wird. Ein zweiter Konstruktor erzeugt ein +Rechteck aus zwei Punkten, nämlich der linken unteren Ecke und der rechten +oberen Ecke. Stellen Sie Methoden bereit, die die Höhe und Breite des Rechtecks +liefern. Auch für Rechtecke soll es nicht möglich sein, einen weiteren Punkt +oder einen Linienzug anzuhängen.
+Definieren Sie schließlich die Klassen Ellipse und Circle. +Eine Ellipse wird durch den Mittelpunkt und die beiden Halbachsen a und b +beschrieben. Der Mittelpunkt ist der Anker der Figur. Neben einem Konstruktor +und den Zugriffsmethoden für die Halbachsen soll auch eine Methode definiert +werden, die den Umfang der Ellipse liefert (Verwenden Sie zur Berechnung des +Umfangs einer Ellipse die Näherungsformel U = PI * ( 3/2*(a+b) - sqrt(a*b) ) +wobei PI = 3.14159). Außerdem müssen die geerbten Methoden scale +und toString redefiniert werden.
+Ein Kreis ist eine Ellipse, deren Halbachsen gleich lang sind und den Radius des +Kreises bilden. Außer einem Konstruktor soll die Klasse Circle +zusätzlich die Methoden getRadius und setRadius +bereitstellen. Auch ist die Methode toString zu redefinieren.
+ +Erweitern Sie das Anwendungsprogramm aus Teil 1 so, dass auch die neuen Klassen +getestet werden. +

+ + + + + + +

Teil 3:

+ +

Die Figuren eines 'Bildes' bestehend aus Objekten der Shape-Hierarchie +werden in einer verketteten Liste verwaltet und in der Reihenfolge 'gezeichnet', +wie sie in der Liste vorkommen. Dazu soll std::list aus der STL +verwendet werden:

+ +

+Zur Realisierung einer inhomogenen Liste werden nicht die Objekte selbst sondern +Shape-Zeiger in der Liste gespeichert. Dem Listentyp soll +daher der Name ShapePtrList mittels typedef +zugewiesen werden. Danach können Objekte dieses Typs angelegt und die in std::list +vorhandenen Methoden aufgerufen werden, z.B. wird mit push_back +ein Shape* auf ein zuvor erzeugtes Objekt der Shape-Hierarchie +an die Liste angehängt.
+Schreiben Sie ein Anwendungsprogramm, das Zeiger auf verschiedene Objekte der Shape-Hierarchie +in eine Liste vom Typ ShapePtrList einfügt. Die Objekte sollen +mit new dynamisch erzeugt werden. Geben Sie die Shape-Objekte +der Liste aus. Löschen Sie dann einige Elemente und zeigen Sie die Liste erneut +an. Schreiben Sie zur Ausgabe der Shape-Objekte eine globale +Funktion printShapeList, die als Argument eine Referenz auf die +Liste erhält und mithilfe der Methoden toString +die Shape-Objekte der Liste anzeigt. Geben Sie zusätzlich mit +dem Operator typeid auch den Typ der Objekte +aus.

+ + + + + +

Teil 4:

+ +

Die Klasse ShapePtrList wird noch in zwei Schritten +verbessert:

+ +

+Bisher speichert jedes Listenelement einen einfachen Shape-Zeiger. +Deshalb wird beim Löschen eines Listenelements nur der Zeiger nicht aber das Shape-Objekt +selbst gelöscht, was zu Speicherlecks führt. Ebenso werden beim Kopieren und +Zuweisen ganzer Listen nur die Zeiger kopiert ('flache Kopie'), was gravierende +Laufzeitfehler verursachen kann. Daher sollen die Zeiger durch 'intelligente +Zeiger (smart pointer)' ersetzt werden, die z.B. das adressierte Objekt +zerstören, wenn sie selbst zerstört werden. Gehen Sie dazu wie folgt vor:

+Ergänzen Sie zuerst die Shape-Klasse durch eine rein virtuelle +Methode clone. Diese Methode muss in jeder abgeleiteten Klasse +redefiniert werden, indem sie eine dynamisch erzeugte Kopie des aktuellen +Objekts zurückgibt.
+Definieren Sie dann die Klasse ShapePtr zur Darstellung eines +intelligenten Zeigers auf Shape-Objekte. Als Attribut besitzt +die Klasse einen Shape-Zeiger, der vom Konstruktor mit dem +Parameter vom Typ Shape* bzw. dem Default-Wert 0 initialisiert +wird. Außerdem muss ein eigener Kopierkonstruktor definiert werden. Dieser +erzeugt zunächst mithilfe der Methode clone eine Kopie des Shape-Objekts +und läßt den Shape-Zeiger auf diese Kopie zeigen. Der +Destruktor zerstört das Shape-Objekt, auf das der Zeiger +verweist. Der Zuweisungsoperator wird zweifach überladen, so dass sowohl ein +anderes ShapePtr-Objekt als auch ein einfacher Shape-Zeiger +zugewiesen werden kann. In beiden Fällen wird das aktuelle Shape-Objekt +zerstört und der Zeiger auf eine Kopie des Shape-Objekts +gesetzt, auf das der übergebene Zeiger verweist. Die Operatoren * +und -> sind so zu überladen, dass ein ShapePtr-Objekt +wie ein gewöhnlicher Zeiger verwendet werden kann. Der +Dereferenzierungsoperator liefert eine Referenz auf das adressierte Shape-Objekt +und der Pfeiloperator liefert den Shape-Zeiger selbst. +Schließlich soll auch eine Konvertierung eines ShapePtr-Objekts +in einen Shape-Zeiger möglich sein. Fügen Sie deshalb noch die +entsprechende Konvertierungsfunktion hinzu.

Shape

typedef List< ShapePtr > ShapePtrList; +

ShapePtr

ShapePtrList

ShapeList.h

main

printShapeList

+Um die Klasse ShapePtrList mit eigenen Methoden erweitern zu +können, wird jetzt die Klasse ShapePtrList von der +Standardklasse std::list abgeleitet:
+class ShapePtrList : public list< ShapePtr > +Ergänzen Sie die Klasse ShapePtrList durch die +Methoden scale und toString. Die Methode scale +verkleinert oder vergrößert jede Figur der Liste um einen Faktor, der als +Argument übergeben wird. Die Methode toString liefert einen +String mit dem Inhalt der Liste: Für jede Figur der Liste wird in einer neuen +Zeile zuerst der Typname der Figur in den String geschrieben und dann das +Ergebnis der Aufrufes der toString-Methode für die jeweilige +Figur. +

+Testen Sie die verbesserte Klasse + ShapePtrList. Ändern Sie die main-Funktion +aus Teil 3 wie folgt: Entfernen Sie die globale Funktion printShapeList +und verwenden Sie zur Ausgabe der Liste die Methode toString. +Erzeugen Sie eine Kopie der Liste und modifizieren Sie die Figuren der neuen +Liste durch einen Aufruf der Methode scale. Nur die Figuren der +neuen Liste dürfen sich dadurch verändern. Testen Sie auch die Zuweisung +ganzer Listen. Den Aufruf der Destruktoren können Sie sichtbar machen, +indem Sie im virtuellen Destruktor der Klasse Shape eine +Meldung ausgeben. +
+ + + + + +

+Quelle: Prinz / Kirch-Prinz: C++ Das Übungsbuch +
+

+ + \ No newline at end of file -- cgit v1.2.3