Unterrichtsmaterial

1.1.1. Algorithmus

1.1.2. Schleifen

1.1.3. If-Abfragen

1.1.4. Funktionen

1.2.1. IP-Adresse (Internet Protocol Address)

1.2.2. MAC-Adresse (Media Access Control Address)

1.2.3. MAC- und IP-Adressen Cheatsheet

1.2.4. Binärsystem (Zweiersystem/Dualsystem)

1.2.5. Hexadezimalsystem (Sechzehnersystem)

1.2.6. Zahlensysteme Cheatsheet

1.2.7. LAN (Local Area Network)

1.2.8. WAN (Wide Area Network)

1.2.9. Hub (Netzwerk-Verteiler)

1.2.10. Switch (Netzwerk-Schalter)

1.2.11. Router

1.2.12. Heimrouter

1.2.13. DNS

1.2.14. Protokolle (Netzwerkprotokolle)

1. DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol)
   
   • Protokoll zur automatischen Vergabe von IP-Adressen und Netzwekkonfigurationen
   • Weist Geräten im Netzwerk automatisch Netzwerkeinstellungen zu
   • Vereinfacht die Netzwerkverwaltung erheblich
   • Funktioniert nach dem Client-Server-Modell
2. Telnet (Telecommunication Network)
   
   • Protokoll für Fernzugriff auf andere Computer
   • Ermöglicht Bedienung eines entfernten Rechners
   • Überträgt Daten unverschlüsselt (unsicher)
   • Heute meist durch SSH ersetzt
3. SSH (Secure Shell)
   
   • Verschlüsseltes Protokoll für sichere Fernverbindungen
   • Ermöglicht sicheren Zugriff auf entfernte Computer
   • Schützt Passwörter und Daten durch Verschlüsselung
   • Sicherer als Telnet
4. SFTP/FTP (File Transfer Protocol)
   
   • Protokoll zur Übertragung von Dateien
   • Regelt den Datenaustausch zwischen Computern im Netzwerk
   • Ermöglicht Upload und Download von Dateien
   • Standard für Dateiübertragungen
5. HTTP/HTTPS (Hyper Text Transfer Protocoll)
   
   • Protokoll zur Übertragung von Hypertext / Websites
   • HTTP wird i.d.R. nicht mehr benutzt und ist durch HTTPS (secure) ersetzt.
6. ICMP (Internet Control Message Protocol)
   
   • Protokoll zum Austausch von Informations- und Fehlermeldunge
   • Wird für Netzwerkdiagnose verwendet (z.B. Ping-Befehl)
   • Meldet Probleme im Netzwerk
7. SMTP (Simple Mail Transfer Protocol)
   
   • Protokoll für den Versand von E-Mails
   • Sorgt dafür, dass E-Mails zugestellt werden
   • Überträgt Nachrichten zwischen E-Mail-Servern
   • Postausgangsserver des E-Mail-Kontos
8. IMAP/POP3
   
   • Protokoll für den Empfang von E-Mails
   • Sorgt dafür, dass E-Mails ankommen und im richtigen Ordner landen

1.3.1. Link - Jupyter Notebooks

1.3.2. REPL oder Code als .py Datei?

1. REPL
   
   • REPL startet man im Terminal mit dem Befehl python3. Wir benutzen allerdings ipython3, damit wir Syntax-Highlighting genießen können.
   • REPL steht für Read Evaluate Print Loop. Das heißt, wir können uns die print()-Funktion sparen.
   • REPL gibt es für viele Sprachen, und es ist gut, wenn man schnell was ausprobieren will.
2. .py-Datei
   
   • Python-Dateien werden mit der Extension .py gespeichert, damit sie von unserem Computer richtig erkannt werden.
   • Sie werden dann mit dem Programm python3 interpretiert und ausgeführt.
   • Das ist gut, wenn wir unseren Code behalten wollen, oder ihn weitergeben wollen, oder wenn wir an größeren Projekten arbeiten.

   
   

1.3.3. Elementare Datentypen

1.3.4. Gebräuchliche Funktionen

1.3.5. Operatoren

1.3.6. Gebräuchliche Methoden

1.3.7. F-Strings

name = "mashregh-zamini"
print(f"Hallo, {name.title()}. Wie geht es dir?")

# einfacher zu lesen als:
print("Hallo, " + name.title() + ". Wie geht es dir?")

Hallo, Mashregh-Zamini. Wie geht es dir?
Hallo, Mashregh-Zamini. Wie geht es dir?

num_1 = 13
num_2 = 23
print(f"num_1 plus num_2 wäre: {num_1 + num_2}")

num_1 plus num_2 wäre: 36

2.1.1. Elementare Datentypen

2.1.2. Gebräuchliche Funktionen

2.1.3. Gebräuchliche Methoden

2.1.4. Wichtige Konzepte

2.2.1. Kapitel 1 - Einführung in C

1. Entstehungsgeschichte
   
   • In den frühen 1970er Jahren bei Bell Labs als Nebenprodukt von UNIX entwickelt
   • Ken Thompson schrieb UNIX zunächst in Assembler; wollte eine höhere Programmiersprache
   • Entwicklungskette: BCPL → B → NB → C
   • 1973 wurde UNIX komplett in C umgeschrieben, was die Portierbarkeit stark verbesserte

   
   

2. Standardisierung
   
   • 1978: K&R-Buch (“The C Programming Language”) wurde zum inoffiziellen Standard
   • 1989/1990: Erster offizieller ANSI/ISO-Standard → C89/C90
   • 1999: Neuer Standard mit zusätzlichen Features → C99
   • Vor C89 gab es viele inkompatible Dialekte, was die Portierbarkeit gefährdete

   
   

3. C-basierte Sprachen
   
   • C++ erweitert C um objektorientierte Programmierung (Klassen, etc.)
   • Java und C# basieren auf C++ und erben viele C-Eigenschaften
   • Perl übernahm im Laufe der Zeit viele C-Features
   • Wer C lernt, versteht die Grundlagen all dieser Sprachen besser

   
   

4. Stärken
   
   • Effizienz: C-Programme laufen schnell und benötigen wenig Speicher
   • Portierbarkeit: Derselbe Code läuft auf PCs bis hin zu Supercomputern
   • Mächtigkeit: Viele Datentypen und Operatoren; viel mit wenig Code erreichbar
   • Flexibilität: Kaum Einschränkungen; z.B. kann ein char zu einem int addiert werden
   • Standardbibliothek: Hunderte nützliche Funktionen für I/O, Strings, Speicher, etc.

   
   

5. Schwächen
   
   • Fehleranfällig: Viele Fehler werden erst zur Laufzeit entdeckt, nicht beim Kompilieren
     • Beispiel: Ein fehlendes & bei scanf führt zum Absturz, wird aber nicht immer erkannt
   • Schwer lesbar: Sehr kompakter, knapper Stil; absichtliche Kürze aus historischen Gründen
     • Beispiel: -+i ist gültiger Ausdruck (unäres Minus und Plus)
   • Schwer wartbar: Großen C-Programmen fehlen Strukturierungsmittel wie Klassen oder Pakete

   
   

2.2.2. Kapitel 1 - Fragen und Antworten

1. Was bedeutet GCC?
   
   • Ursprünglich “GNU C Compiler”, heute “GNU Compiler Collection”
   • Kompiliert viele Sprachen: C, C++, Java, Fortran, Ada, Objective-C

   
   

2. Was bedeutet GNU?
   
   • “GNU’s Not UNIX!” (rekursives Akronym), ausgesprochen “guh-NEW”
   • Projekt der Free Software Foundation von Richard M. Stallman
   • Protest gegen Einschränkungen lizenzierter UNIX-Software
   • GNU-Software (inkl. GCC) ist ein wesentlicher Bestandteil von Linux

   
   

3. Was ist das Besondere an GCC?
   
   • Kostenlos, hochwertig und auf vielen Plattformen verfügbar
   • Erzeugt Code für viele verschiedene CPUs
   • Unterstützt viele Programmiersprachen

   
   

4. Wie gründlich prüft GCC auf Fehler?
   

   Nützliche Compiler-Optionen:

   -Wall

   Aktiviert alle Warnmeldungen

   -W

   Zusätzliche Warnungen über -Wall hinaus

   -pedantic

   Alle vom C-Standard geforderten Warnungen; lehnt nicht-standardkonforme Features ab

   -ansi

   Deaktiviert GCC-spezifische Features; aktiviert Standard-Features

   -std=c89 / -std=c99

   Legt die zu verwendende C-Version fest

   Typische Kombination:

   gcc -O -Wall -W -pedantic -ansi -std=c99 -o programm programm.c
   

   
   

5. Warum ist C so knapp geschrieben?
   
   • Historischer Grund: Entwicklung auf einem PDP-11 mit Fernschreiber (10 Zeichen/Sekunde)
   • Möglichst wenige Zeichen zu tippen war damals ein echter Vorteil
   • Daher { und } statt begin~/~end, int statt integer, usw.

   
   

6. Ist exit(0) dasselbe wie return 0 in main?
   
   • Ja, innerhalb von main sind beide gleichwertig
   • Beide beenden das Programm und geben den Wert 0 an das Betriebssystem zurück
   • Welche Variante man wählt, ist Geschmackssache

   
   

7. Was passiert, wenn main kein return hat?
   
   • Das Programm wird trotzdem beendet
   • In C99 wird implizit 0 zurückgegeben
   • In C89 wird ein unbestimmter Wert zurückgegeben
   • Viele Compiler erzeugen eine Warnung

   
   

8. Entfernt der Compiler Kommentare vollständig?
   
   • Nein: laut C-Standard wird jeder Kommentar durch ein einzelnes Leerzeichen ersetzt
   • Alter Trick a/**/b funktioniert daher nicht; der Compiler sieht a b (ungültig)

   
   

9. Wie erkenne ich einen nicht geschlossenen Kommentar?
   
   • Oft führt er zu einem Kompilierfehler, weil er Code “verschluckt”
   • IDEs färben Kommentare oft farblich ein; falsch gefärbter Code zeigt das Problem
   • Debugger (zeilenweises Durchgehen) oder lint können helfen

   
   

10. Können Kommentare verschachtelt werden?
    
    • Nein: /* ... */ Kommentare können nicht verschachtelt werden
    • Das erste */ schließt den Kommentar, egal wie viele /* davor standen
    • C99-Kommentare (//) können jedoch innerhalb von /* */ verwendet werden
    • Das ist ein weiterer Vorteil von //-Kommentaren

    
    

2.2.3. Kapitel 2 - Grundlagen von C

1. Programmstruktur
   
   • Direktiven beginnen mit # und werden vor der Kompilierung verarbeitet
   • #include <stdio.h> bindet die Standard-I/O-Bibliothek ein (nötig für printf/scanf)
   • main() ist die einzige Pflichtfunktion; sie wird automatisch beim Programmstart aufgerufen
   • Rückgabewert return 0; signalisiert dem Betriebssystem: Programm erfolgreich beendet
   • Anweisungen enden mit Semikolon; Direktiven nicht

   
   Beispiel: minimales C-Programm

   #include <stdio.h>
   int main(void)
   {
       printf("Hallo, Welt!\n");
       return 0;
   }
   

   
   

2. Variablen und Typen
   
   • Variablen müssen vor ihrer Verwendung deklariert werden
   • int speichert ganze Zahlen (typisch bis ±2.147.483.647)
   • float speichert Dezimalzahlen, aber mit möglichem Rundungsfehler
     • Beispiel: 0.1f kann intern als 0.09999999... gespeichert sein
   • Mehrere Variablen gleichen Typs können zusammen deklariert werden

   int hoehe = 8, laenge = 12, breite = 10;
   float gewinn = 2150.48f;  /* f am Ende wichtig bei float-Zuweisung */
   

   
   

3. Ausgabe mit printf
   
   • %d für int, %f für float, %.2f für float mit 2 Nachkommastellen
   • \n für Zeilenumbruch, \t für Tabulator
   • Feldbreite und Ausrichtung steuerbar: %5d (rechtsbündig), %-5d (linksbündig)

   int volumen = 960;
   float preis = 13.5f;
   printf("Volumen: %d Kubikzoll\n", volumen);
   printf("Preis: %8.2f Euro\n", preis);  /* rechtsbündig, 2 Nachkommastellen */
   

   
   

4. Eingabe mit scanf
   
   • & vor dem Variablennamen ist (meistens) Pflicht; fehlt es, droht Absturz
   • %d für int, %f für float
   • scanf überspringt Leerzeichen automatisch beim Suchen nach Zahlen

   int hoehe;
   printf("Hoehe eingeben: ");
   scanf("%d", &hoehe);  /* & nicht vergessen! */
   

   
   

5. Benannte Konstanten
   
   • Mit #define werden Konstanten definiert; der Präprozessor ersetzt den Namen vor der Kompilierung
   • Konvention: Großbuchstaben für Konstantennamen
   • Ausdrücke in Klammern setzen, um Vorrangfehler zu vermeiden

   #define GEFRIERPUNKT 32.0f
   #define UMRECHNUNGSFAKTOR (5.0f / 9.0f)  /* Klammern wichtig! */
   /* ohne Klammern: 5.0f / 9.0f * (fahrenheit - 32.0f) → falsches Ergebnis */
   
   celsius = (fahrenheit - GEFRIERPUNKT) * UMRECHNUNGSFAKTOR;
   

   
   

6. Bezeichner und Schlüsselwörter
   
   • Bezeichner dürfen Buchstaben, Ziffern und Unterstriche enthalten; müssen mit Buchstabe oder Unterstrich beginnen
   • C unterscheidet Groß- und Kleinschreibung: job, Job, JOB sind drei verschiedene Bezeichner
   • Schlüsselwörter wie int, float, return, if, while sind reserviert und dürfen nicht als Namen verwendet werden
   • Ungültige Bezeichner: 10mal (beginnt mit Ziffer), get-next (enthält Minus)

   
   

2.2.4. Kapitel 2 - Fragen und Antworten

1. Woher kommt der Name float?
   
   • Kurzform für “floating-point” (Gleitkomma)
   • Zahl wird in zwei Teilen gespeichert: Mantisse und Exponent
   • Beispiel: 12.0 wird intern als 1.5 × 2³ gespeichert
   • Andere Sprachen nennen diesen Typ real

   
   

2. Warum müssen Gleitkommakonstanten mit f enden?
   
   • Eine Dezimalzahl ohne f hat den Typ double (doppelte Genauigkeit)
   • double kann größer sein als float; daher Warnung möglich bei Zuweisung ohne f
   • Beispiel: profit = 2150.48f; ist korrekt; profit = 2150.48; kann Warnung erzeugen

   
   

3. Gibt es wirklich keine Längenbegrenzung für Bezeichner?
   
   • Technisch nein, aber Compiler müssen nur eine bestimmte Anzahl Zeichen merken
   • C89: erste 31 Zeichen signifikant (63 in C99)
   • Bei externer Verlinkung (z.B. Funktionsnamen): in C89 nur 6 Zeichen, Groß-/Kleinschreibung ggf. egal
   • In der Praxis sind moderne Compiler großzügiger; sehr kurze Namen sind das eigentliche Problem

   
   

4. Wie viele Leerzeichen zur Einrückung?
   
   • Zu wenig: Einrückung kaum erkennbar
   • Zu viel: Zeilen laufen aus dem Bild
   • Studien: optimale Einrückung sind 3 Leerzeichen
   • Im Buch werden 2 Leerzeichen verwendet, damit der Code in die Seitenränder passt

   
   

2.2.5. Kapitel 2 - Übungen

1. Übung (Abschnitt 2.1)
   

   Erstelle und starte das “hello, world”-Programm. Gibt es Compiler-Warnungen?

   #include <stdio.h>
   int main(void)
   {
       printf("hello, world\n");
   }
   

   
   

2. Übung (Abschnitt 2.2)
   

   Gegeben folgendes Programm:

   #include <stdio.h>
   int main(void)
   {
       printf("Parkinson's Law:\nWork expands so as to ");
       printf("fill the time\n");
       printf("available for its completion.\n");
       return 0;
   }
   

   • (a) Identifiziere die Direktiven und Anweisungen im Programm
   • (b) Welche Ausgabe erzeugt das Programm?

   
   

3. Übung (Abschnitt 2.4)
   

   Vereinfache das dweight.c-Programm:

   /* Computes the dimensional weight of a 12" x 10" x 8" box */
   
   #include <stdio.h>
   
   int main(void) {
       int height, length, width, volume, weight;
   
       height = 8;
       length = 12;
       width = 10;
       volume = height * length * width;
       weight = (volume + 165) / 166;
   
       printf("Dimensions: %dx%dx%dx\n", length, width, height);
       printf("Volume (cubic inches): %d\n", volume);
       printf("Dimensional weight (pounds): %d\n", weight);
   
       return 0;
   }
   

   • (1) Ersetze die Zuweisungen an height, length und width durch Initialisierungen
   • (2) Entferne die Variable weight und berechne (volume + 165) / 166 direkt in printf

   
   

4. Übung (Abschnitt 2.4)
   

   Schreibe ein Programm, das mehrere int- und float-Variablen deklariert, ohne sie zu initialisieren, und dann ihre Werte ausgibt. Gibt es ein Muster bei den Werten?

   
   

5. Übung (Abschnitt 2.7)
   

   Welche der folgenden sind keine gültigen C-Bezeichner?

   • (a) 100_bottles → ungültig (beginnt mit Ziffer)
   • (b) _100_bottles → gültig
   • (c) one__hundred__bottles → gültig
   • (d) bottles_by_the_hundred_ → gültig

   
   

6. Übung (Abschnitt 2.7)
   

   Warum ist es keine gute Idee, mehrere aufeinanderfolgende Unterstriche in einem Bezeichner zu verwenden (z.B. current___balance)?

   • Solche Namen sind für die Implementierung (Compiler/Bibliotheken) reserviert
   • Kann zu Konflikten mit internen Compiler-Bezeichnern führen

   
   

7. Übung (Abschnitt 2.7)
   

   Welche der folgenden sind Schlüsselwörter in C?

   • (a) for → Schlüsselwort
   • (b) If → kein Schlüsselwort (C unterscheidet Groß-/Kleinschreibung; if wäre eines)
   • (c) main → kein Schlüsselwort (reservierter Funktionsname, aber kein Keyword)
   • (d) printf → kein Schlüsselwort (Bibliotheksfunktion)
   • (e) while → Schlüsselwort

   
   

8. Programmierprojekt
   

   Schreibe ein Programm, das folgendes Bild mit printf ausgibt:

             *
            *
           *
    *     *
     *   *
       *
   

   
   

9. Programmierprojekt
   

   Schreibe ein Programm, das das Volumen einer Kugel mit Radius 10 berechnet. Formel: v = 4/3 * π * r³

   • Schreibe 4/3 als 4.0f/3.0f (sonst ganzzahlige Division → Ergebnis 1)
   • r³ als r * r * r (kein Potenzoperator in C)

   
   

10. Programmierprojekt
    

    Erweitere Projekt 2: Der Benutzer gibt den Radius selbst ein.

    
    

11. Programmierprojekt
    

    Schreibe ein Programm, das einen Betrag einliest und ihn mit 5% Mehrwertsteuer ausgibt:

    Betrag eingeben: 100.00
    Mit Steuer: $105.00
    

    
    

12. Programmierprojekt
    

    Schreibe ein Programm, das x einliest und folgenden Ausdruck berechnet: 3x⁵ + 2x⁴ - 5x³ - x² + 7x - 6 Hinweis: Potenzen durch wiederholte Multiplikation berechnen (x*x*x für x³)

    
    

13. Programmierprojekt
    

    Wie Projekt 5, aber mit Horner-Schema: ((((3x + 2)x - 5)x - 1)x + 7)x - 6 Vorteil: weniger Multiplikationen nötig

    
    

14. Programmierprojekt
    

    Schreibe ein Programm, das einen Dollar-Betrag einliest und mit möglichst wenigen Scheinen ($20, $10, $5, $1) herausgibt:

    Betrag eingeben: 93
    $20-Scheine: 4
    $10-Scheine: 1
     $5-Scheine: 0
     $1-Scheine: 3
    

    Hinweis: Nur ganzzahlige Arithmetik verwenden

    
    

15. Programmierprojekt
    

    Schreibe ein Programm, das den Restbetrag eines Darlehens nach den ersten drei monatlichen Zahlungen berechnet und anzeigt:

    Darlehensbetrag eingeben: 20000.00
    Zinssatz eingeben: 6.0
    Monatliche Rate eingeben: 386.66
    Restbetrag nach 1. Zahlung: $19713.34
    Restbetrag nach 2. Zahlung: $19425.25
    Restbetrag nach 3. Zahlung: $19135.71
    

    Hinweis: Monatszins = Jahreszins / 12 / 100; Restbetrag = Restbetrag - Rate + Restbetrag * Monatszins

    
    

2.2.6. Kapitel 3 - Formatierte Ein-/Ausgabe

1. Link zur Präsentation
   
2. Die printf-Funktion
   
   • printf gibt den Inhalt eines Formatstrings aus, wobei Werte an bestimmten Stellen eingefügt werden
   • Syntax: printf(formatstring, ausdruck1, ausdruck2, ...);
   • Keine Begrenzung der Anzahl an Werten in einem einzelnen printf-Aufruf
   • Der Compiler prüft nicht, ob Umwandlungsspezifikation und Datentyp zusammenpassen

   
   

3. Umwandlungsspezifikationen (Conversion Specifications)
   
   • Allgemeine Form: %m.pX oder %-m.pX (m und p sind optional)
   • m = minimale Feldbreite: Mindestanzahl der Zeichen; Wert wird rechtsbündig ausgegeben
     • %4d zeigt 123 als ·123 (·= Leerzeichen)
     • Wenn der Wert breiter ist als m, wird das Feld automatisch erweitert
     • %-4d ergibt linksbündige Ausgabe: 123·
   • p = Genauigkeit: Bedeutung hängt vom Umwandlungsspezifizierer ab

   
   

   Spezifizierer	Beschreibung	Beispiel
   %d	Ganzzahl in Dezimalform; p = Mindestanzahl Ziffern (Standard: 1)	printf("%4d", 123) → ·123
   %e	Gleitkommazahl in Exponentialform; p = Nachkommastellen (Standard: 6)	printf("%10.3e", 3.14) → ·3.140e+00
   %f	Gleitkommazahl in Dezimalform ohne Exponent; p = Nachkommastellen (Standard: 6)	printf("%.2f", 3.14159) → 3.14
   %g	Zeigt Gleitkommazahl in %e oder %f, je nachdem was kürzer ist; p = signifikante Stellen (Standard: 6)	printf("%.4g", 123456.0) → 1.235e+05

   
   

4. Escape-Sequenzen
   

   Sequenz	Beschreibung	Beispiel
   \n	Zeilenumbruch	printf("Hallo\nWelt")
   \t	Tabulator (Abstand abhängig vom Betriebssystem)	printf("Item\tPreis")
   \\	Gibt ein einzelnes \ aus	printf("\\")
   \"	Gibt ein Anführungszeichen innerhalb eines Strings	printf("\"Hallo!\"") → "Hallo!"
   \a	Akustisches Signal (Piep)	printf("\a")
   \b	Cursor ein Zeichen zurück	printf("ab\bc") → ac
   %%	Gibt ein einzelnes %-Zeichen aus	printf("100%%") → 100%

   
   

   Beispiel: mehrzeiliger Header mit Tabs

   printf("Item\tUnit\tPurchase\n\tPrice\tDate\n");
   

   Ausgabe:

   Item    Unit    Purchase
           Price   Date
   

   
   

5. Die scanf-Funktion
   
   • scanf liest Eingaben gemäß einem Formatstring und speichert sie in Variablen
   • & vor dem Variablennamen ist (meistens) Pflicht; fehlt es, droht Absturz oder undefiniertes Verhalten
   • scanf überspringt Whitespace (Leerzeichen, Tabs, Zeilenumbrüche) beim Suchen nach Zahlen

   int i, j;
   float x, y;
   scanf("%d%d%f%f", &i, &j, &x, &y);
   /* Eingabe: 1 -20 .3 -4.0e3
      → i=1, j=-20, x=0.3, y=-4000.0 */
   

   
   

6. Wie scanf funktioniert
   
   • scanf liest die Eingabe als durchgehenden Zeichenstrom
   • Bei %d: sucht Ziffer, Plus- oder Minuszeichen; liest Ziffern bis ein Nicht-Ziffern-Zeichen kommt
   • Bei %f~/~%e~/~%g: sucht optionales Vorzeichen, Ziffern (evtl. mit Dezimalpunkt), optionalen Exponenten
   • Nicht passende Zeichen werden “zurückgelegt” für den nächsten scanf-Aufruf
   • %e, %f und %g sind bei scanf austauschbar (alle folgen denselben Regeln)

   
   

   Beispiel für Zurücklegen:

   scanf("%d%d%f%f", &i, &j, &x, &y);
   /* Eingabe: 1-20.3-4.0e3
      → i=1, j=-20, x=0.3, y=-4000.0
      scanf legt '-', '.' usw. zurück, wenn sie nicht zum aktuellen Typ passen */
   

   
   

7. Gewöhnliche Zeichen im scanf-Formatstring
   
   • Leerzeichen im Formatstring: überspringt beliebig viele Whitespace-Zeichen der Eingabe
   • Andere Zeichen (z.B. /, ,): müssen exakt in der Eingabe vorkommen

   scanf("%d/%d", &monat, &tag);       /* erwartet z.B. 2/17 */
   scanf("%d,%d", &i, &j);             /* erwartet z.B. 4,28 */
   

   • Wenn das Zeichen nicht passt, bricht scanf sofort ab

   
   

8. Häufige Fehler: printf vs. scanf verwechseln
   
   • & in printf ist ein Fehler: printf("%d", &i); → gibt seltsame Zahl aus statt den Wert von i
   • \n am Ende eines scanf-Formatstrings ist fast immer falsch: scanf("%d\n", &i);
     • \n wirkt in scanf wie ein Leerzeichen; Programm hängt, bis Benutzer ein nicht-leeres Zeichen eingibt
   • Gewöhnliche Zeichen im scanf-Format müssen in der Eingabe übereinstimmen:
     • scanf("%d, %d", &i, &j); erwartet ein Komma zwischen den Zahlen

   
   

9. Programm: Brüche addieren (addfrac.c)
   

   /* Addiert zwei Brüche */
   #include <stdio.h>
   
   int main(void)
   {
       int num1, denom1, num2, denom2, result_num, result_denom;
   
       printf("Ersten Bruch eingeben: ");
       scanf("%d/%d", &num1, &denom1);
   
       printf("Zweiten Bruch eingeben: ");
       scanf("%d/%d", &num2, &denom2);
   
       result_num = num1 * denom2 + num2 * denom1;
       result_denom = denom1 * denom2;
   
       printf("Die Summe ist %d/%d\n", result_num, result_denom);
   
       return 0;
   }
   

   Beispielausgabe:

   Ersten Bruch eingeben: 5/6
   Zweiten Bruch eingeben: 3/4
   Die Summe ist 38/24
   

   Hinweis: Das Ergebnis wird nicht gekürzt.

   
   

2.2.7. Kapitel 3 - Fragen und Antworten

1. Was ist der Unterschied zwischen %i und %d?
   
   • Bei printf: kein Unterschied
   • Bei scanf: %d erkennt nur Dezimalzahlen; %i erkennt auch Oktal- (Präfix 0) und Hexadezimalzahlen (Präfix 0x)
   • Falle: Wenn der Benutzer versehentlich eine führende 0 eingibt, interpretiert %i die Zahl als oktal
   • Empfehlung: Bei %d bleiben

   
   

2. Wie gibt man das %-Zeichen mit printf aus?
   
   • Zwei aufeinanderfolgende %-Zeichen: %%
   • Beispiel: printf("Gewinn: %d%%\n", gewinn); → Gewinn: 10%

   
   

3. Wie weit sind Tabstopps voneinander entfernt?
   
   • In C nicht definiert; hängt vom Betriebssystem ab
   • Typisch: 8 Zeichen Abstand, aber keine Garantie

   
   

4. Was passiert, wenn scanf eine Zahl erwartet, aber ungültige Eingabe bekommt?
   
   • Eingabe 23foo bei %d: scanf liest 23, foo bleibt für den nächsten Aufruf
   • Eingabe foo bei %d: Variable bleibt undefiniert, foo bleibt im Puffer
   • Prüfung des Rückgabewerts von scanf ermöglicht Fehlererkennung (Details in Kapitel 22)

   
   

5. Wie kann scanf Zeichen “zurücklegen”?
   
   • Eingaben werden nicht direkt gelesen, sondern in einem versteckten Puffer gespeichert
   • scanf kann Zeichen zurück in den Puffer legen, damit sie beim nächsten Aufruf gelesen werden
   • Details zur Eingabepufferung in Kapitel 22

   
   

6. Was passiert bei Satzzeichen zwischen Zahlen?
   
   • Eingabe 4,28 bei scanf("%d%d", &i, &j);: i = 4, j wird nicht gelesen (Komma passt nicht zu einer Zahl)
   • Lösung: Komma im Formatstring angeben: scanf("%d,%d", &i, &j);

   
   

2.2.8. Kapitel 3 - Übungen

1. Übung (Abschnitt 3.1)
   

   Welche Ausgabe erzeugen die folgenden printf-Aufrufe?

   • (a) printf("%6d,%4d", 86, 1040); → ····86,1040
   • (b) printf("%12.5e", 30.253); → ·3.02530e+01
   • (c) printf("%.4f", 83.162); → 83.1620
   • (d) printf("%-6.2g", .0000009979); → 1e-06·

   
   

2. Übung (Abschnitt 3.1)
   

   Schreibe printf-Aufrufe, die eine float-Variable x in folgenden Formaten anzeigen:

   • (a) Exponentialform; linksbündig in Feld der Breite 8; eine Nachkommastelle
   • (b) Exponentialform; rechtsbündig in Feld der Breite 10; sechs Nachkommastellen
   • (c) Dezimalform; linksbündig in Feld der Breite 8; drei Nachkommastellen
   • (d) Dezimalform; rechtsbündig in Feld der Breite 6; keine Nachkommastellen

   
   

3. Übung (Abschnitt 3.2)
   

   Sind die folgenden scanf-Formatstring-Paare gleichwertig? Falls nein, zeige den Unterschied.

   • (a) "%d" vs. " %d" → gleichwertig (%d überspringt Whitespace automatisch)
   • (b) "%d-%d-%d" vs. "%d -%d -%d" → nicht gleichwertig (Leerzeichen im Format überspringt beliebig viele Whitespace-Zeichen)
   • (c) "%f" vs. "%f " → nicht gleichwertig (nachstehendes Leerzeichen lässt scanf auf weitere Eingabe warten)
   • (d) "%f,%f" vs. "%f, %f" → gleichwertig (Leerzeichen vor %f redundant, da %f ohnehin Whitespace überspringt)

   
   

4. Übung (Abschnitt 3.2) ★
   

   Angenommen, wir rufen auf:

   scanf("%d%f%d", &i, &x, &j);
   

   und der Benutzer gibt ein: 10.3 5 6

   Ergebnis: i = 10, x = 0.3, j = 5

   • scanf liest 10 für %d, stoppt am Punkt
   • .3 wird als Float gelesen (%f)
   • 5 wird für das zweite %d gelesen
   • 6 bleibt im Puffer

   
   

5. Übung (Abschnitt 3.2) ★
   

   Angenommen, wir rufen auf:

   scanf("%f%d%f", &x, &i, &y);
   

   und der Benutzer gibt ein: 12.3 45.6 789

   Ergebnis: x = 12.3, i = 45, y = 0.6

   • 12.3 wird als Float für x gelesen
   • 45 wird als Integer für i gelesen, scanf stoppt am Punkt
   • .6 wird als Float für y gelesen
   • 789 bleibt im Puffer

   
   

6. Übung (Abschnitt 3.2)
   

   Wie kann das addfrac.c-Programm geändert werden, damit der Benutzer Leerzeichen vor und nach dem /-Zeichen eingeben darf?

   Lösung: Leerzeichen im Formatstring einfügen:

   scanf("%d / %d", &num, &denom);
   

   
   

7. Programmierprojekt
   

   Schreibe ein Programm, das ein Datum im Format mm/dd/yyyy einliest und als yyyymmdd ausgibt:

   Datum eingeben (mm/dd/yyyy): 2/17/2011
   Eingegebenes Datum: 20110217
   

   
   

8. Programmierprojekt
   

   Schreibe ein Programm, das Produktinformationen vom Benutzer einliest und formatiert ausgibt:

   Artikelnummer eingeben: 583
   Stückpreis eingeben: 13.5
   Kaufdatum eingeben (mm/dd/yyyy): 10/24/2010
   
   Item            Unit            Purchase
                   Price           Date
   583             $  13.50        10/24/2010
   

   • Artikelnummer und Datum linksbündig; Preis rechtsbündig
   • Beträge bis $9999.99 zulassen
   • Hinweis: Tabs (\t) für Spaltenausrichtung verwenden

   
   

9. Programmierprojekt
   

   Schreibe ein Programm, das eine ISBN-13 einliest und in ihre Bestandteile zerlegt:

   ISBN eingeben: 978-0-393-97950-3
   GS1-Präfix: 978
   Gruppenkennung: 0
   Verlagscode: 393
   Titelnummer: 97950
   Prüfziffer: 3
   

   Hinweis: Die Gruppengrößen können variieren; nicht von festen Längen ausgehen. scanf mit /-Trennzeichen verwenden: scanf("%d-%d-%d-%d-%d", ...)

   
   

10. Programmierprojekt
    

    Schreibe ein Programm, das eine Telefonnummer im Format (xxx) xxx-xxxx einliest und als xxx.xxx.xxxx ausgibt:

    Telefonnummer eingeben [(xxx) xxx-xxxx]: (404) 817-6900
    Eingegeben: 404.817.6900
    

    
    

11. Programmierprojekt
    

    Schreibe ein Programm, das die Zahlen 1 bis 16 (in beliebiger Reihenfolge) einliest und als 4×4-Feld anzeigt, gefolgt von Zeilen-, Spalten- und Diagonalsummen:

    Zahlen 1 bis 16 eingeben:
    16 3 2 13 5 10 11 8 9 6 7 12 4 15 14 1
    
    16  3  2 13
     5 10 11  8
     9  6  7 12
     4 15 14  1
    
    Zeilensummen:     34 34 34 34
    Spaltensummen:    34 34 34 34
    Diagonalsummen:   34 34
    

    Wenn alle Summen gleich sind, bilden die Zahlen ein magisches Quadrat.

    
    

12. Programmierprojekt
    

    Erweitere addfrac.c, sodass der Benutzer beide Brüche auf einmal eingibt, getrennt durch ein Pluszeichen:

    Zwei Brüche mit Pluszeichen eingeben: 5/6+3/4
    Die Summe ist 38/24
    

    
    

3.1.1. Authentizität

3.1.2. Integrität

3.1.3. Vertraulichkeit

3.1.4. PKI (Public Key Infrastructure)

1. CA (Certificate Authority)
   
   • Zertifizierungsstelle zur Ausstellung digitaler Zertifikate
2. RA (Root Authority)
   
   • Registrierungsstelle zur Identitätsprüfung in einer PKI

3.1.5. Web of Trust

3.2.1. Klartext

3.2.2. Geheimtext

3.2.3. Asymmetrisches Verfahren

3.2.4. Symmetrisches Verfahren

3.2.5. Schlüsseltauschproblem

1. Diffie-Hellman Verfahren
   

   Protokoll zum sicheren Schlüsselaustausch

3.2.6. RSA Verfahren

3.2.7. Monoalphabetische Verfahren

3.2.8. Polyalphabetische Verfahren

3.2.9. Kerckhoff’s Prinzip

3.3.1. Rekursive Funktionen

def fib(n):
    if n in [0,1]:
        return 1
    else:
        return fib(n - 1) + fib(n - 2)

fib 0 = 0
fib 1 = 1
fib n = fib (n - 1) + fib (n - 2)

3.4.1. Link für Infos und Übungen:

3.4.2. Mit Listen arbeiten

l = [1, 3..10]

l      -- [1,3,5,7,9]
tail l -- [3,5,7,9]
head l -- 1
init l -- [1,3,5,7]
take 2 l -- [1,3]
drop 2 l --[5,7,9]

3.4.3. Implementation von Caesar

import Data.Char (isLower, isUpper, ord, chr)

shift :: Int -> Char -> Char
shift n c
| isLower c = chr $ (ord c - ord 'a' + n) `mod` 26 + ord 'a'
| isUpper c = chr $ (ord c - ord 'A' + n) `mod` 26 + ord 'A'
| otherwise = c

caesarRec :: Int -> String -> String
caesarRec _ []          = []
caesarRec n (c:cs)      = shift n c : caesarRec n cs

3.5.1. Links/Hilfe/Allgemein

3.5.2. UML Diagramme

3.5.3. Code Snippets für UML-Übungen

class Restaurant:
    def __init__(self, restaurant_name, cuisine_type):
        self.restaurant_name = restaurant_name
        self.cuisine_type = cuisine_type
    def describe_restaurant(self):
        print(f"Restaurant Name: {self.restaurant_name.title()}\nArt der Cuisine: {self.cuisine_type.title()}")
    def open_restaurant(self):
        print("Das Restaurant hat jetzt auf!")
class IceCreamStand(Restaurant):
    def __init__(self, restaurant_name, cuisine_type):
        super().__init__(restaurant_name, cuisine_type)
        self.flavour = ['vanilla', 'strawberry', 'chocolate']
    def describe_flavour(self):
        print("These flavors are available!")
        for flavour in self.flavour:
            print(flavour.title())

class User:
    def __init__(self, first_name, last_name, date_of_birth, username, login_attempts = 0):
        self.first_name = first_name
        self.last_name = last_name
        self.date_of_birth = date_of_birth
        self.username = username
        self.login_attempts = login_attempts

    def describe_user(self):
        print(
            f"First Name: {self.first_name.title()}\n"
            f"Last Name: {self.last_name.title()}\n"
            f"Date of Birth: {self.date_of_birth.title()}\n"
            f"Username: {self.username}"
        )

    def greet_user(self):
        print(
            f"Hallo {self.first_name.title()} {self.last_name.title()}. "
            "Herzlich Willkommen!"
        )

    def increment_login_attempts(self):
        self.login_attempts += 1

    def reset_login_attempts(self):
        self.login_attempts = 0

class Admin(User):
    def __init__(self, first_name, last_name, date_of_birth, username, login_attempts = 0):
        super().__init__(first_name, last_name, date_of_birth, username, login_attempts = 0)
        self.privileges = Privileges(['can add post', 'can delete post', 'can ban user'])
        

class Privileges():
    def __init__(self, privileges):
        self.privileges = privileges
    def show_privileges(self):
        for privilege in self.privileges:
            print(privilege)

3.6.1. Users erstellen

1. Aufgabe
   

   Du hast die Aufgabe bekommen, für IServ ein Login-System zu implementieren. Es gibt viele Benutzer, die sich einloggen wollen, und sie sollten unterschiedliche Rechte haben. Insgesamt gibt es drei Gruppen: Administrator, Lehrer und SuS. Der Auftraggeber will, dass die drei Gruppen von einem Hauptobjekt class User erben. Jeder User sollte Felder für Vorname, Nachname, Geburtsdatum, Benutzername und E-Mail-Adresse haben. Die Lehrer sollten zusätzlich noch Felder für Telefonnummer und Adresse haben. Bei der Admin-Gruppe sollte es auch noch eine Variable is_admin = True geben. Die Benutzernamen werden automatisch durch das Muster <vorname>.<nachname> erstellt, und die E-Mail-Adressen sollten durch das Muster <benutzername>@gymhum.de automatisch erstellt werden.

   • Erstelle ein grafisches Diagramm dafür, wie das Programm und die Objekte funktionieren sollen.
   • Implementiere das Programm in Python.

3.6.2. Ackermannfunktion

1. Aufgabe
   

   Angenommen, dass eine Funktion namens ack so definiert ist, rechne ack 1 10, ack 2 4 und ack 3 3.

   ack :: Integer -> Integer -> Integer
   ack 0 n = n + 1
   ack m 0 = ack (m - 1) 1
   ack m n = ack (m - 1) (ack m (n - 1))
   

   Implementiere diese Funktion in Python.

3.6.3. Pascalschs Dreieck

1. Aufgabe
   

   Das folgende Zahlenmuster wird Pascalsches Dreieck genannt.

           1
         1   1
       1   2   1
     1   3   3   1
   1   4   6   4   1
          ...
   

   Die Zahlen am Rand des Dreiecks sind alle 1, und jede Zahl im Inneren des Dreiecks ist die Summe der beiden Zahlen darüber.

   • Schreibe eine Prozedur in Haskell, die die Elemente des Pascalschen Dreiecks mittels eines rekursiven Prozesses berechnet.
   • Schreibe deinen Algorithmus in Python um.
2. Lösung
   

   pascal :: Int -> Int -> Int
   pascal row col
     | col < 0 || col > row = 0
     | col == 0 || col == row = 1
     | otherwise = pascal (row - 1) (col - 1) + pascal (row - 1) col
   

3.6.4. Diffie-Hellman Schlüsselaustausch

1. Aufgabe
   
   1. Teil 1: Haskell
      

      Schreibe eine Funktion diffieHellman, die die Parameter p, g, a und b entgegennimmt und K1 und K2 berechnet.

   2. Teil 2: Python
      

      Implementiere dasselbe Verfahren in Python.

   3. Beispielwerte
      
      • Primzahl: p = 23
      • Basis: g = 5
      • Alice privat: a = 6
      • Bob privat: b = 15

3.6.5. Haskell Sammlung an Lektüre