programmierkurs_fpcu.tex

\documentclass{article}[12pt]
\usepackage[utf8]{inputenc}
\usepackage[T1]{fontenc}
\usepackage[ngerman]{babel}
\usepackage[dvipsnames]{xcolor}
\usepackage{lipsum}

\usepackage{amsfonts}
\usepackage[intlimits]{amsmath}
\usepackage{cite}
\usepackage{epsfig}

\usepackage[usenames,dvipsnames]{pstricks}
\usepackage{pstricks-add}
\usepackage{epsfig}
\usepackage{pst-grad} % For gradients
\usepackage{pst-plot} % For axes

\addtolength{\hoffset}{-1.5cm}
\addtolength{\textwidth}{3cm}
\usepackage{listings}
\usepackage{color}
\definecolor{mygreen}{rgb}{0,0.6,0}
\definecolor{mygray}{rgb}{0.5,0.5,0.5}
\definecolor{mymauve}{rgb}{0.58,0,0.82}
\PassOptionsToPackage{svgnames}{xcolor}
\usepackage{tcolorbox}
\usepackage{lipsum}
\tcbuselibrary{skins,breakable}
\usetikzlibrary{shadings,shadows}

\usepackage[scaled]{beramono}

\lstset{ %
  backgroundcolor=\color{white},   % choose the background color; you must add \usepackage{color} or \usepackage{xcolor}; should come as last argument
  basicstyle=\footnotesize\ttfamily, % the size of the fonts that are used for the code
  breakatwhitespace=false,         % sets if automatic breaks should only happen at whitespace
  breaklines=true,                 % sets automatic line breaking
  captionpos=b,                    % sets the caption-position to bottom
  commentstyle=\color{mygreen},    % comment style
  deletekeywords={...},            % if you want to delete keywords from the given language
  escapeinside={\%*}{*)},          % if you want to add LaTeX within your code
  extendedchars=true,              % lets you use non-ASCII characters; for 8-bits encodings only, does not work with UTF-8
  frame=single,	                   % adds a frame around the code
  keepspaces=true,                 % keeps spaces in text, useful for keeping indentation of code (possibly needs columns=flexible)
  keywordstyle=\color{blue},       % keyword style
  language=C,                      % the language of the code
  morekeywords={*,...},            % if you want to add more keywords to the set
  numbers=left,                    % where to put the line-numbers; possible values are (none, left, right)
  numbersep=5pt,                   % how far the line-numbers are from the code
  numberstyle=\tiny\color{mygray}, % the style that is used for the line-numbers
  rulecolor=\color{black},         % if not set, the frame-color may be changed on line-breaks within not-black text (e.g. comments (green here))
  showspaces=false,                % show spaces everywhere adding particular underscores; it overrides 'showstringspaces'
  showstringspaces=false,          % underline spaces within strings only
  showtabs=false,                  % show tabs within strings adding particular underscores
  stepnumber=1,                    % the step between two line-numbers. If it's 1, each line will be numbered
  stringstyle=\color{mymauve},     % string literal style
  tabsize=2,	                   % sets default tabsize to 2 spaces
  title=\lstname                   % show the filename of files included with \lstinputlisting; also try caption instead of title
}

\usepackage{amssymb}

\newenvironment{myexampleblock}[1]{%
    \tcolorbox[beamer,%
    noparskip,breakable,
    colback=White,colframe=ForestGreen,%
    colbacklower=LimeGreen!75!White,%
    title=#1]}%
    {\endtcolorbox}

\newenvironment{myalertblock}[1]{%
    \tcolorbox[beamer,%
    noparskip,breakable,
    colback=White,colframe=Bittersweet,%
    colbacklower=Peach!75!White,%
    title=#1]}%
    {\endtcolorbox}

\newenvironment{myblock}[1]{%
    \tcolorbox[beamer,%
    noparskip,breakable,
    colback=White,colframe=RoyalBlue,%
    colbacklower=TealBlue!75!White,%
    title=#1]}%
    {\endtcolorbox}

\newenvironment{myexampleprogram}[1]{%
    \tcolorbox[beamer,%
    noparskip,breakable,
    colback=White,colframe=Goldenrod,%
    colbacklower=Yellow!75!White,%
    title=#1]}%
    {\endtcolorbox}
%--------
%\usepackage[magyar]{babel}
\title{Programmieren in \texttt{C}}
\author{B.~Kostrzewa, F.~Pittler, M.~Ueding, C.~Urbach}
\begin{document}
\maketitle

\tableofcontents
\include{intro}
%In einem sch\"onen Programm wir nutzten das wenigstens Speicher. In diesem Punkt wir werden lernen,
%wie die Speicherverwaltung behandelt wird.

%Im ersten Teil des Kurses wir haben die elemetare datatypen kennen gelernt. In diesem Punkt wir
%werden lernen, wie mann eigenes Daten Structure herstellen kann. Überhaupt, Warum and Wenn müssen wir neue Structure herstellen.
%Unser Programm mit eigenen Daten strukturen wird leichter lesen zu können. Das ist sehr wichtig. Typischer fehler der Angefangenen Programmern
%ist, dass ihr Code ist sehr schwer zu lesen auch für Sie, und nach einem Monat Sie müssen die ganze Programm
%wieder schreiben. Zum beispiel muss mann eigenes Datenstrukture nutzen, wenn man ein operations sehr often erledigen muss.
%Zum bespiel in der Sorierung eines List, man kann die Daten in einem binären Suchbaum einschließen um die suchen schneller zu lassen.
\include{speichernausdrucken}
\include{variablen}
\include{kontrollstrukturen}
\input{funktionen}
\include{pointersarrays}
\include{standartbibliothek}
\include{einfuegesortieren}
\include{dynamischespeicherverwaltung}
\include{complexdatatypen}
\include{dateinverarbeitung}
\include{stapelspeicher}
%\include{endprojekt}

%as Körper, das C code kannst du oben sehen. Alle C programm besteht aus Funkcionen. Wir nennen function ein part of the code, was eine
%estimmte aufgabe erledigt.
%u wirst es gleich finden, dass du muss zuerst lernenDu musst zuerst den einladen, was jemanden
%eschrieben hat. Zum beispiel, zu computer printen du sollst stdio.h einladen. Sie
%ehören nicht zu den sprache . Danach kommt deine arbeite. Zuerst du sollst andenken was für ein ergebnis deine aufgabe haben soll und
%ie viele eingangsparameter deine programm hat. Du sollst denen es variablen deklarieren. Jetzt kommt die wichtigsten Teil des Program, die
%unktionen. Diese teil rechnet aus den eingangsparameter deine Ergebnis. Es gibt ein specielle function was jeden programm haben
%oll. Das nahme of diese funcktion ist main. Von diesem Punkt beginnt die Ausführung. Wir werden mehr um funckcionen später lernen. 

%Im fünften Linie illustrieren wir, dass das Name der Variable nicht mit einem Zahl beginnin darf. Eine practical Beratung ist initializerien
%alle Variables recht im Definition. 
%enn zwei operatoren gleichem Prioriät haben, dann zum ersten mal der linkste wird verarbeitet, and danach 
%on links nach rechts\footnote{Hier gibt es ausnahme, wenn die Reihenfolge ist umgekehrt. Siehst denn letzten Spalte im Tablellen \ref{priortab}}. 


%\begin{lstlisting}{Einf\"ugesortieren in C: Körper }
%#include<stdio.h>
%void read_in_data( int n, int sort[], int unsort[], int argc, char *argv[]){
%statements a1;
%statements b1;
%...
%}
%void einfugesortieren( int n, int sort[], int unsort[]){
%statements a2;
%statements b2;
%...
%}
%void print_out_data( int n, sortiert){
%statements a3;
%statements b3;
%...
%}
%int main( int argc, char *argv[])
%{
%  int n=4;
%  int sortiert[n];
%  int unsortiert[n];
%  read_in_data(n, sortiert, unsortier, argc, argv);
%  einfugesortieren(n,  sortiert, unsortiert);
%  print_out_data( n, sortiert);
%
%}
%\end{lstlisting}
%Das Körper, das C code kannst du oben sehen. Alle C programm besteht aus Funkcionen. Wir nennen function ein part of the code, was eine
%bestimmte aufgabe erledigt. 
%Du wirst es gleich finden, dass du muss zuerst lernenDu musst zuerst den einladen, was jemanden
%geschrieben hat. Zum beispiel, zu computer printen du sollst stdio.h einladen. Sie
%gehören nicht zu den sprache. Danach kommt deine arbeite. Zuerst du sollst andenken was für ein ergebnis deine aufgabe haben soll und
%wie viele eingangsparameter deine programm hat. Du sollst denen es variablen deklarieren. Jetzt kommt die wichtigsten Teil des Program, die
%Funktionen. Diese teil rechnet aus den eingangsparameter deine Ergebnis. Es gibt ein specielle function was jeden programm haben
%soll. Das nahme of diese funcktion ist main. Von diesem Punkt beginnt die Ausführung. Wir werden mehr um funckcionen später lernen.
 

%Zum beispiel in C sieht die obene Auflistung so aus:
%\begin{lstlisting}{Einf\"ugesortieren in C}{
%1: int n=4;
%   int unsortiert[n],  sortiert[n];
%2; sortiert[0]=2;
%3; unsortiert[0]=9; 
%   unsortiert[1]=5;
%   unsortiert[2]=7;
%4; for (int i=1; i<n-1;++i){
%      sortiert[length]=unsortiert[i]
%5-6;   for (int j=length-1; j>0; --j){
%         if (sortiert[j+1]<sortiert[j]){
%            int tmp=sortiert[j];
%            sortiert[j]=sortiert[j+1];
%            sortiert[j+1]=tmp;
%         }
%         else{
%          break;
%         }
%      }
%      length++;
%   }
%}
%\end{lstlisting}
%''for`` steht f\"ur Schleife und wir nutzten das "A" array 
%Warum solltest du C programmier sprache lernen? Es gibt viele Antwort auf diese Frage. Zum Beispiel:
%\begin{itemize}
%\item C ist nicht kompliziert
%\item C ist sehr effizient
%\item C hat high level konstrukte
%\end{itemize}
%Aber M\"oglicherweise das beste Antwort ist das C Kenntnisse ist unbedingt in Forschungsrechnungen. Die meisten Programme,
%der zum Stand der Technik geh\"oren sind C programme. In diesem Kurz wir werden diese Sprache kennenlernen. Zuerst 
%wir zusammenfasseen was in der Sprache inbegriffen ist. Du wirst dich verwundern, das die einfachste funktion, was
%nur etwas auf deinem Monitor zeigt, geh\"ort nicht zu der Sprache. Wir vorstellen das k\"orper einem durchschnittlichen
%C program und erkl\"aren sein Teilen. 

%Danach z\"ahlen wir die Komponenten der Sprache auf. Das wird beginnen mit der data Typen und Operationen, in denen wir 
%die Typen nutzen k\"onnen. Wir werden alle elementare Data type lernen. Mit Variablen aus diesen Typen k\"onnen wir Operationen machen, 
%die unsere Ergebnisse herstellen werden. Dann werden wir elementare Statements und Expressions einf\"uhren, mit denen 
%wir kleinen Aufgaben l\"osen k\"onnen. 
  
%Es is sehr wichtig, dass unsere Programm Parameter erhalten zu k\"onnen. Wir k\"onnen das erreichen durch Funkcionen.
%Die Funkcionen arbeiten wie schwarze K\"asten. Sie stellen von den Eingangsparameter ein neues Wert her. Wir zeigen, 
%wie man die Standart Eingabe und Ausgabe Bibliothek nutzten kann. Nachdem wir diese F\"ahigkeiten verstehen, werden wir etwas
%komplizierte \"Ubungen schreiben.

%Often gibt es Situationen in den wir mehr als Ein ergebnisse von einem Funktionen wollen. Um das erreichen
%m\"ussen wir die Addressirung der Memorie kennen zu lernen. In diesem Punkt werden wir auch lernen, wie man 
%strings verwendet kann.
%
%In einem sch\"onen Programm wir nutzten das wenigstens Speicher. In diesem Punkt wir werden lernen, 
%wie die Speicherverwaltung behandelt wird.

%Im ersten Teil des Kurses wir haben die elemetare datatypen kennen gelernt. In diesem Punkt wir
%werden lernen, wie mann eigenes Daten Structure herstellen kann. Überhaupt, Warum and Wenn müssen wir neue Structure herstellen.
%Unser Programm mit eigenen Daten strukturen wird leichter lesen zu können. Das ist sehr wichtig. Typischer fehler der Angefangenen Programmern
%ist, dass ihr Code ist sehr schwer zu lesen auch für Sie, und nach einem Monat Sie müssen die ganze Programm
%wieder schreiben. Zum beispiel muss mann eigenes Datenstrukture nutzen, wenn man ein operations sehr often erledigen muss.
%Zum bespiel in der Sorierung eines List, man kann die Daten in einem binären Suchbaum einschließen um die suchen schneller zu lassen.

%\section{Der Körper des C programms}

%\begin{lstlisting}{caption= Do nothing}
%#include<stdio.h>
%int main( int argv, char *argv[])
%{
%/* do nothing */
%}
%\end{lstlisting}
%Welche Teile hat ein C programm. 
%Du wirst es gleich finden, dass du muss zuerst lernenDu musst zuerst den einladen, was jemanden 
%geschrieben hat. Zum beispiel, zu computer printen du sollst stdio.h einladen. Sie
%gehören nicht zu den sprache . Danach kommt deine arbeite. Zuerst du sollst andenken was für ein ergebnis deine aufgabe haben soll und
%wie viele eingangsparameter deine programm hat. Du sollst denen es variablen deklarieren. Jetzt kommt die wichtigsten Teil des Program, die
%Funktionen. Diese teil rechnet aus den eingangsparameter deine Ergebnis. Es gibt ein specielle function was jeden programm haben
%soll. Das nahme of diese funcktion ist main. Von diesem Punkt beginnt die Ausführung. Wir werden mehr um funckcionen später lernen.  
%\section{Was ist Programmieren}
%Es gibt ein Problem, Sie müssen die Lösung finden. What we call input variables? What are the output variables? Specific problem?
%\section{Definitionen, Statements}
%Die Variablen haben Wert und Typ. Warum ist das Typ der Variable wichtig? Es hängt vom Typ ab, was für ein Wert eine Variable haben
%kann. Das Typ entscheid also die Grösse des Arbeitspeicher zu deine Variable. Mann kann nun solche Funkcionen und Operatoren nutzen, das 
%genanue Datentype hat. Es gibt elementare data Typen mit dem wir spielen können. Sie sind
%\begin{itemize}
%\item char
%\item int
%\item float
%\item double
%\end{itemize}
%Im char können wir eine character speichern(die bereich?). Größe, im können wir ein Ganzzeil spiechern von wert 0 bis 2**32-1 größe. 
%Im fließkommazahl von bis speichern grösse.
%\subsection{Mein erstes C programm}
%von linein bis linien wir erklären Einfachste Programm der Welt "Hello World.c"
%Ein bisschen schwerer aufgabe, sie müssen ausrechnen die Würzel einer quadratische Gleichung. 
%\section{Aufgaben}
%\subsection{Zufallszahlgenerator}
%Zufällige nummer sind sehr wichtig für uns. In numerischen physik wir nutzten Zufallszahlen ganz often. Zum Beispiel 
%in die einfachsten method für integration of mehreren variablen Funkctions müssen wir Monte Carlo algorithm nutzten. Die
%enthalten statements, die vom Werte auf Zufällige variablen abhängt. In dieser Aufgabe wir müssen eine Zufallszahlgenerator
%schreiben. Es gibt mehrere methode dazu, aber alle stammt aus linear Kongruenzen:
%\begin{equation}
%I_{j+1}=a I_{j} \left( \mathrm{mod} m\right).
%\label{basics}
%\end{equation}
%Diesen Instruktion macht eine neue Zufallszahl ($I_{j+1}$)  aus einem original ($I_j$). Der qualität der Zufallszahl generator
%hängt von dem eingangsparameters (a,m) ab. Eine gute Zufallszahlgenerator hat große period, die Zeit zwischen den beiden gleichen
%Zufallszahl muss sehr groß sein. Park und Miller hat die folgenden parameter für a und m gewählt:
%\begin{equation}
%a=16807, m=2^{31}-1=2147483647. 
%\end{equation}
%Leider direkte implementation der Zufallszahlgenerator mit deisen parameters ist nicht möglich in C. Der grund ist
%wir können nicht speichern Zahlen grossen als $m$. Zum glück gibt es eine möglichkeit das Problem umzugehen. 
%Wir faktorizieren $m$:
%\begin{equation}
%m= aq + r; r= m \left(\mathrm{mod}a\right); q= \left[m/a\right]
%\end{equation}
%Damit können wir Gleichung \ref{basics} auch bewerten mit ($q,r$):
%\begin{equation}
%a I_j \left( \mathrm{mod} m\right)=  
%\left\{ \begin{array}{rc}
%a\left(I_j \mathrm{mod} q\right) -r \left[I_j/q\right] & \mathrm{wenn~es~}>0\mathrm{ist} \\ 
%a\left(I_j \mathrm{mod} q\right) -r \left[I_j/q\right] + m & \mathrm{andernfalls} \\ 
%\end{array}\right.
%\label{algo}
%\end{equation}
%wo $r=2836,q=127773$ ist. Implementieren Sie das Zufallszahlgenerator nach eq.\ref{algo}. Ändern Sie die Algorithm
%um die Zahlen zwischen 0 und 1 zu sein werden.
%Es ist wichtig zu test unser Ergebnis. Wir müssen kontrollieren die Verteilung (Distribution) der Zufallszahlgenerator.
%Wir möchten gleichmäßige vertailung zu erreichen. Wir werden eine Histogramms machen aus dem Zufallszahlen. Wir teilen 
%das Interval in $n$ Teilen und zahlen wie oft die Zufallszahl in jedem Interval sinkt. Machen Sie ein Histogramm aus 
%den Verfügbaren daten und prüfen wie gleichmäßig der Verteilung ist!
%\section{Elementare operatoren}
%\subsection{Binäre, Aritmethic operatoren}
%+,-,*,/, \%, ++, -- 
%\subsection{Gleichungen}
%==,!=, >,<, >=,<=
%\subsection{Bitwise}
%\&,|,\^, ~, >>,<<
%\subsection{Zuweisungsoperator}
%=,+=,-=,|=,\&=,\^=,\%=,<<|,>>|,
%\subsection{Aufgaben}
%Programm rechnet die Wurzel, der gleichung
%\section{statements}
%\subsection{Schleifen}
%Was ist wichtig, wenn wir ein Schleifen plan? Wir müssen nicht überschreiben eine existierte variable. Wir müssen keine
%statements haben, was nicht von der Schleifenzahlnummer abhängt.
%\subsection{If then else}
%\subsection{case}
%\subsection{Standard input, output}
%\subsection{Conways Spiel des Lebens}
%Wir habe eine quadrate Gitter. In alle Zell der Gitter eine zwei hältige variable. Es sagte uns, wenn der
%kleine microbe im Zell, lebt oder nicht.
%\section{Funkcionen}
%\section{Addressierung}
%\subsection{Stackel(LIFO)}
%\subsection{Fifo}
%\subsection{Umgekehrte Polnische Notation}
%\section{Dynamische speicherverwaltung}
%\section{Daten strukturen}
%\subsection{Ketten listen}
%\subsection{Bäumen}
%\subsection{Recursive functionen, Schnell sortieren}
\end{document}