Programmiertechnik II SS25, Übung 1

Pro Übung gibt es 20 Punkte. Für die Zulassung zur Prüfung müssen in allen Übungen mindestens 50% der Punkte insgesamt sowie mindestens 25% in jeder einzelnen Übung erzielt werden.

Der Code für diese Aufgabe kann als Repository geklont und lokal kompiliert werden. Es ist dafür nötig, die Git submodules zu initialisieren und zu updaten: git submodule update --init. Anschließend kann make tests, im .vscode-Ordner ausgeführt werden, um die Tests zu kompilieren.

Aufgabe 1 - GradingTable (10 Punkte)

Die folgende Übung dient als Einführung in C++ und das Abgabesystem.

Das System soll aus 2 Komponenten bestehen: Der GradingTable, die zuständig ist für das Einlesen der Datenbank aus der Datei grading_results.db, und den GradingAgents, die unterschiedliche Aufgaben zur Auswertung übernehmen sollen.

Die Datei grading_results.db ist eine Binärdatei, die Integer-Zahlen enthält. Sie enthält, sich wiederholend, zu jedem Studierenden 3 Werte:

• Eine Matrikelnummer (mat_no), die in der Datei im Datentyp uint32_t (Ein 32-bit Integer fixer Länge) gespeichert ist
• Eine Veranstaltungsnummer (series), die in der Datei im Datentyp uint16_t (Ein 16-bit Integer fixer Länge) gespeichert ist
• Eine Punktzahl (points), die in der Datei im Datentyp uint16_t gespeichert ist. Eine dieser Auflistung entsprechende Klasse ist im Code bereits vorgegeben. Es gibt keine Trennzeichen in der Binärdatei, die Repräsentation jedes Eintrags ist also exakt 64 bit lang. Alle Einträge sind vollständig vorhanden. Die Zahl der Einträge ist jedoch unbekannt.

Die GradingTable soll eine einfach verkettete Liste speichern, die alle Einträge des .db-Files enthält. GradingTable soll sowohl den Verweis auf das erste als auch auf das letzte Element dieser Liste speichern.

Der Konstruktor der GradingTable bekommt eine Referenz auf einen C++-Filestream übergeben, der ausgelesen werden und in eine Liste umgewandelt werden soll. Um die Datei einzulesen, soll das ifstream-Interface genutzt werden.

Eine Spezifikation des ifstream-Interfaces ist verfügbar unter: https://cplusplus.com/reference/fstream/ifstream/ Relevant sind hierbei die Methoden: fp.read(), fp.eof(), fp.is_open(). Da fp.read immer einen char* erwartet, kann reinterpret_cast genutzt werden um die Eingabedaten in den gewünschten Datentyp umzuwandeln.

Weiterhin müssen für die GradingTable zwei weitere Funktionen implementiert werden:

1. Der Destruktor der GradingTable muss den gesamten Inhalt der Liste korrekt wieder freigeben.

2. Die GradingTable soll für die Benutzung in den Agenten das Interface eines Iterators erlauben. Iteratoren stellen eine Schnittstelle bereit, über die unkompliziert mittels einer for-Loop iteriert werden kann, ohne Abbruchbedingungen oder Zählvariablen selber Verwalten zu müssen.

Für einen Iterator muss eine Klasse folgende Methoden, sowie einen Datentyp bereitstellen:

• Der Datentyp Iterator ist ein Struct, das die Zählvariable (in diesem Fall ein Pointer auf das aktuell betrachtete Objekt der Liste) und mehrere Zugriffsmethoden auf diesen bereitstellt:
• Der Iterator überlädt folgende Methoden:
• operator*, um beim Auflösen des Iterators direkt auf das interne Objekt zuzugreifen. *iterator soll also nicht den Iterator zurückgeben, sondern das Element der Liste.
• operator-> mit demselben Zweck.
• operator++, um ein Element weiterzuspringen und um das dann referenzierte Objekt zurückzugeben.
• operator++(int), um ein Element weiterzuspringen und das VORHER referenzierte Objekt zurückzugeben.
• operator==, um bei zwei Iteratoren zu überprüfen, ob sie auf dasselbe Element verweisen.
• operator!=, um bei zwei Iteratoren zu überprüfen, ob sie auf unterschiedliche Elemente verweisen.
• Einen Konstruktor, der einen Pointer auf das initiale Objekt übergeben bekommt.

Die Klasse GradingTable muss weiterhin zwei Methoden bereitstellen:

• begin() gibt einen Iterator zurück, der auf das erste Element der Liste verweist.
• end() gibt einen Iterator zurück, der das Ende der Liste markiert und auf kein gültiges Element zeigt.

Wird mit for auf einen Iterator zugegriffen, wird zuallererst die begin() Methode aufgerufen um den Iterator zu erzeugen. Danach wird mit operator++ sukzessive je ein Element der Liste abgefragt. Mit end() wird ein fertiger Iterator erzeugt. Die Schleife bricht ab, sobald der Vergleich des Rückgabewerts von end() und des aktiv genutzten Iterators zu true auswertet.

Aufgabe 2 - TaskAgents (10 Punkte)

Die so erzeugte GradingTable soll für die Auswertung genutzt werden. Dafür sind 2 Arten von TaskAgents zu implementieren. Einfache TaskAgents iterieren über die Liste und rufen mit jedem Element der Liste visit() auf um dieses spezifische Element auszuwerten. Es werden keine Informationen über mehrere Elemente aggregiert.

Die ReducingTaskAgents aggregieren einen bestimmten Aspekt der Listenelement. Hierzu werden die beiden Methoden reduceAll() und reduce() genutzt. reduceAll() ruft reduce() für jedes Element der Liste auf, gemeinsam mit dem Rückgabewert des letzten reduce()-Aufrufs.

Beide Agenten implementieren die Methode performTask(), welche den jeweiligen spezifischen Auftrag auslöst und im Falle des ReducingTaskAgents den Rückgabewert mit printf ausgibt. Im Falle des einfachen Taskagents soll diese Methode einfach visitAll() aufrufen. Diese gemeinsame Methode ermöglicht es bei Aufruf des Programms, alle TaskAgents mit demselben DatenTyp zu behandeln, TaskAgent. Die Main-Methode (bereits implementiert) stellt in einer Fallunterscheidung festst, welcher Agent zu nutzen ist, initialisiert diesen und ruft dann dessen performTask()-Methode auf.

Für beide Aufgaben sind die Interfaces größtenteils vordefiniert, bei manchen Methoden muss jedoch das Interface an den markierten Stellen noch um Rückgabedatentypen oder Parameter vervollständigt werden.

Es sollen folgende 5 Agenten verfügbar sein:

• 'a': Soll alle Ergebnisse ausgeben, insbesondere jedoch die mat_no, die aktuelle series und die Punkte. Der für printf zu nutzende-Formatstring ist: "%d hat in %d %d Punkt(e) erreicht.\n"
• 'b': Soll nur die Matrikelnummern jener Ergebnisse anzeigen, deren Punkte unter 10 liegen. Der für printf zu nutzende Format-String ist: "%d %d\n".
• 'c': Ein ReducingTaskAgent, der die Anzahl der Elemente zählt.
• 'd': Ein ReducingTaskAgent, der die höchste erreichte Punktzahl bestimmt.
• 'e': Ein ReducingTaskAgent, der die insgesamt in Series 3 erreichten Punkte bestimmt.