Programmiertechnik II SS26, Übung 1

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

Der Code für diese Aufgabe kann als Repository geklont und lokal kompiliert werden. Dafür ist es nötig, die Git-Submodule zu initialisieren und zu aktualisieren (wichtig‼️):

git submodule update --init

Anschließend kann

make tests

im Projektordner ausgeführt werden, um die Tests zu kompilieren. (Der Code kann auch unabhängig von den Tests mit make main kompiliert und z. B. mit ./out/main a data/grading_results.db manuell gestartet werden.)

Dev Environment (siehe PT1 im letzten Semester, Übung 1)

• GitHub Codespaces
  • geht am schnellsten: einfach aus GitHub Classroom öffnen und loslegen. Kann auch in VS Code Desktop geöffnet werden.
• macOS
  • Visual Studio Code mit C/C++ Extension
  • git
  • clang
  • lldb (should be installed after following the previous steps)
• Linux
  • Visual Studio Code mit C/C++ Extension
  • git
  • clang
  • gdb (should be installed after following the previous steps)
• Windows
  • Visual Studio Code & WSL
  • git
  • clang
  • gdb (should be installed after following the previous steps)

Debugging in VS Code/Codespaces

Im .vscode-Ordner finden Sie zwei Launchfiles/Setups, um den Debugger je nach Programmierumgebung zu starten:

• Visual Studio Code auf macOS
  • .vscode/launch.json muss entfernt oder umbenannt werden
  • .vscode/launch_macos.json muss zu .vscode/launch.json umbenannt werden
  • Installieren Sie die CodeLLDB Extension in Visual Studio Code
• GitHub Codespaces
  • (lokales Linux/WSL2 sollte mit diesem Setup auch funktionieren, wurde aber nicht getestet)
  • Installieren Sie die C/C++ Extension

Aufgabenstellung

In dieser Übung implementieren Sie eine kleine Auswertungs-Pipeline für Übungsergebnisse:

1. GradingTable liest eine Binärdatei ein und speichert alle Einträge in einer einfach verketteten Liste.
2. TaskAgents iterieren/reduzieren über diese Liste und geben Ergebnisse aus.

Projektstruktur:

• src/grading_table.h/.cpp – Einlesen der Datenbank
• src/grading_tasks.h/.cpp – Basisklassen & konkrete Tasks (A–E)
• src/main.cpp – Vorgegeben (CLI-Auswahl des Tasks)
• data/grading_results.db - Testdaten
• tests/tests.cpp – Tests

Datenformat: data/grading_results.db

Binärdatei mit einer unbekannten Anzahl an Einträgen ohne Trennzeichen. Jeder Eintrag besteht exakt aus drei Werten (insgesamt 64 Bit):

• mat_no (Matrikelnummer) als std::uint32_t
• series (Veranstaltungs-/Übungsnummer) als std::uint16_t
• points (Punkte) als std::uint16_t

Aufgabe 1 - GradingTable (10 Punkte)

Zu modifizierende Dateien: src/grading_table.h, src/grading_table.cpp

A1.1 Einlesen & Liste aufbauen

Implementieren Sie den Konstruktor GradingTable::GradingTable(std::ifstream& fp) so, dass:

• nur gelesen wird, wenn die Datei geöffnet ist (fp.is_open()).
• Einträge vollständig gelesen werden (alle drei Felder); ansonsten wird sauber abgebrochen.
• für jeden Eintrag ein neues GradingTableEntry erzeugt und in eine einfach verkettete Liste eingehängt wird.
• GradingTable sowohl Kopf als auch Ende der Liste speichert (g_head, g_tail).

Hinweis 1: Eine Spezifikation des ifstream-Interfaces (C++-Filestream) ist verfügbar unter: cplusplus.com/reference/fstream/ifstream/

Hinweis 2: fp.read(...) erwartet char* → benutzen Sie reinterpret_cast<char*>(&feld)

A1.2 Speicher freigeben (Destruktor)

Implementieren Sie GradingTable::~GradingTable() so, dass alle Listenelemente mit delete freigegeben werden.

A1.3 Iterator-Interface (Range-based for)

Ergänzen Sie GradingTable::Iterator und die Methoden begin()/end(), sodass GradingTable das Iterator-Interface implementiert und folgender Code funktioniert:

for (auto& el : table) {
    // ...
}

Dafür erforderlich sind:

• operator* liefert Referenz auf aktuelles GradingTableEntry
• operator-> liefert Pointer auf aktuelles GradingTableEntry
• operator++ Prefix, geht zum nächsten Element und liefert Iterator&
• operator++(int) Postfix, liefert alten Iterator-Zustand und geht dann zum nächsten Element
• operator==, operator!= geben an, ob zwei Iteratoren auf dasselbe Element zeigen
• begin() gibt Iterator auf g_head
• end() gibt Iterator, der das Listenende markiert (typisch: nullptr)

Aufgabe 2 - TaskAgents (10 Punkte)

Zu modifizierende Dateien: src/grading_tasks.h, src/grading_tasks.cpp

Sie implementieren eine kleine Klassenhierarchie aus Agents, die alle über performTask() gestartet werden:

• IteratingTaskAgent: besucht jedes Element einzeln (visit)
• ReducingTaskAgent: aggregiert einen Integer-Wert über alle Elemente (reduce)

A2.1 Vererbung & virtuelle Methoden

In src/grading_tasks.h fehlen an mehreren Stellen Schlüsselwörter, damit Polymorphie korrekt funktioniert:

• TaskAgent ist die Basisklasse und besitzt performTask() als "pure virtual function".
• IteratingTaskAgent und ReducingTaskAgent sind abstrakt:
  • visit(...) ist pure virtual
  • reduce(...) ist pure virtual
• Setzen Sie override überall dort, wo eine Methode eine Basismethode überschreibt.

A2.2 IteratingTaskAgent: performTask() und visitAll()

Implementieren Sie:

• int* IteratingTaskAgent::visitAll()

  • Initialisiert ein Array der Länge CONST_MAX_EXPECTED_RESULTS mit Nullen.
  • Iteriert über *table (Range-based for).
  • Ruft für jedes Element visit(&el) auf.
  • Nur wenn visit(...) != 0, wird der Wert in das Array geschrieben (fortlaufend).
  • Gibt den Pointer auf das Array zurück.

• void IteratingTaskAgent::performTask()

  • Ruft visitAll() auf. Die Ergebnisse für jeden Eintrag im Array müssen jeweils in einer separaten Zeile auf std::cout ausgegeben werden.

A2.3 ReducingTaskAgent: performTask() und reduceAll()

• int ReducingTaskAgent::reduceAll()

  • Legt eine Integer-Variable als Akkumulator an (Startwert 0).
  • Iteriert über *table (Range-based for).
  • Aktualisiert den Akkumulator mit acc = reduce(&el, acc).
  • Gibt den finalen Akkumulator zurück.

• void ReducingTaskAgent::performTask()

  • Ruft reduceAll() auf und gibt das Ergebnis auf std::cout aus.

A2.4 Konkrete Tasks (A–E)

Es müssen folgende 5 Agents existieren (CLI-Auswahl über main.cpp):

Task A (a) - alle Einträge ausgeben

• visit(...) gibt points zurück

Task B (b) - alle Einträge, die < 10 Punkte haben, ausgeben

• visit(...) gibt mat_no zurück oder 0, damit visitAll() ignorieren kann

Task C (c) – Anzahl der Elemente

• Ergebnis: Anzahl der Einträge in der Tabelle

Task D (d) – Maximum der Punkte

• Ergebnis: höchste Punktzahl in allen Einträgen

Task E (e) – Summe der Punkte in Series 3

• Ergebnis: Summe aller points in series 3

Abgabehinweise

• Bearbeiten Sie die mit // TODO markierten Stellen im Code.
• Die verkettete Liste mit dem Iterator-Interface soll selbst implementiert werden. Davon abgesehen darf die STL verwendet werden.
• Korrekte Speicherverwaltung (new/delete, new[]/delete[] oder ggf. Initialisierung im Stack) gehört zur Aufgabenstellung :)
• Die Tests sollen alle grün sein (make tests), sind aber in erster Linie eine Hilfestellung, keine Garantie für volle Punktzahl - dafür gibt es die Testatgespräche.