Grundlagenpraktikum: Programierung - Cheatsheet.pdf

Einführung in Python und seine Anwendungen

Definition:

Einführung in die Programmiersprache Python und deren Anwendungsgebiete.

Details:

• Python: Höhere Programmiersprache, einfach zu lernen und verwenden.
• Syntax: Klar und lesbar (z.B.: Einrückungen statt geschweifte Klammern).
• Anwendungen: Webentwicklung, Datenanalyse, wissenschaftliches Rechnen, künstliche Intelligenz, Automatisierung.
• Bibliotheken: Umfangreich (z.B.: NumPy, Pandas, TensorFlow, Flask).
• Interpreter: Python-Code wird zeilenweise ausgeführt (\texttt{python filename.py}).
• Versionsverwaltung: Wichtige Unterscheidung zwischen Python 2 und Python 3.
• Entwicklungsumgebung: IDLE, PyCharm, VSCode.

Verwendung von Java für objektorientierte Programmierung

Definition:

Verwendung von Java für objektorientierte Programmierung

Details:

• Klassen und Objekte erstellen und instanziieren
• Vererbung (Inheritance): \text{Klasse A extends Klasse B}
• Polymorphismus: Überladen und Überschreiben von Methoden \text{Methodenname(params)}
• Abstrakte Klassen und Schnittstellen: \text{abstract class} und \text{interface}
• Modifikatoren: \text{public}, \text{private}, \text{protected}
• Kapselung (Encapsulation): Umsetzung durch Getter- und Setter-Methoden \text{getX()}, \text{setX()}
• Konstruktoren: Initialisierung von Objekten \text{Klassenname(params)}
• Exception Handling: \text{try} und \text{catch}-Blöcke

Grundlagen der C-Programmierung für systemnahe Anwendungen

Definition:

Grundlagen der C-Programmierung für systemnahe Anwendungen. Notwendig für die effiziente, hardware-nahe Programmierung.

Details:

• Syntaxgrundlagen: Datentypen, Operatoren, Kontrollstrukturen
• Pointers und Speicherverwaltung: \text{malloc}, \text{free}, Zeigerarithmetik
• Modularisierung: Header-Dateien (\text{.h}), Quell-Dateien (\text{.c})
• Vorkompilations-Direktiven: \text{\texttt{\textbackslash\text#define}}, \text{\texttt{\textbackslash\text#include}}
• Ein-/Ausgabe (stdio.h): \text{\texttt{printf}}, \text{\texttt{scanf}}
• Systemnahe Funktionen: Dateioperationen (\text{fopen}, \text{fread}, \text{fwrite}, \text{fclose})
• Fehlerbehandlung und Debugging: \text{gdb}, \text{valgrind}

Entwurfsmuster und Architekturprinzipien

Definition:

Strukturierte Lösungen für häufig wiederkehrende Probleme in der Softwareentwicklung.

Details:

• Entwurfsmuster (Design Patterns): Standardisierte Lösungen für typische Probleme.
• Architekturprinzipien: Grundlegende Richtlinien zur Strukturierung von Softwaresystemen.
• Singleton: Stellt sicher, dass eine Klasse nur eine Instanz hat.
• Strategy: Ermöglicht das Austauschen von Algorithmen zur Laufzeit.
• SOLID: Fünf Prinzipien für wartbaren und erweiterbaren Code (Single Responsibility, Open/Closed, Liskov Substitution, Interface Segregation, Dependency Inversion).
• DRY (Don't Repeat Yourself): Vermeide Code-Duplikate.
• KISS (Keep It Simple, Stupid): Bevorzuge einfache Lösungen.

Datenstrukturen wie Arrays, Listen und Bäume

Definition:

Grundlegende Datenstrukturen zur Speicherung und Verwaltung von Daten in der Informatik.

Details:

• Arrays: Statische, homogene Datenstrukturen, schneller Zugriff über Index, O(1) Zugriff.
• Listen: Dynamische Datenstrukturen, erlauben flexible Größe, Einfügen und Löschen von Elementen, z.B. einfach verkettete Listen, doppelt verkettete Listen.
• Bäume: Hierarchische Datenstrukturen, bestehen aus Knoten, enthalten Daten und Verweise auf Nachbarknoten, besonders bekannt: Binärbäume, AVL-Bäume.

Verwendung von Debugging-Tools

Definition:

Verwendung von Debugging-Tools zur Identifikation und Behebung von Programmfehlern.

Details:

• Breakpoint setzen: Haltepunkte im Code, um Ausführungsstatus zu überprüfen.
• Watchpoints verwenden: Überwachung von Variablenwerten bei jeder Änderung.
• Step-Funktionen: Zeilenweises Debuggen (Step Into, Step Over, Step Out).
• Call Stack Analyse: Aufrufreihenfolge der Funktionen nachvollziehen.
• Speicherinspektion: Inhalt von Variablen und Speicheradressen prüfen.
• Log-Analyse: Programmverlauf durch Log-Dateien nachvollziehen.

Versionskontrolle mit Git

Definition:

Verwalten von Quellcode-Änderungen, ermöglicht Zusammenarbeit und Nachverfolgbarkeit.

Details:

• Initialisierung: git init
• Klonen: git clone <URL>
• Status prüfen: git status
• Änderungen hinzufügen: git add <Datei> oder git add .
• Commit: git commit -m 'Nachricht'
• Änderungen übertragen: git push
• Änderungen holen: git pull
• Zweig erstellen: git branch <Name>
• Zweig wechseln: git checkout <Name>
• Zweig zusammenführen: git merge <Name>
• Konflikte lösen: Dateikonflikte manuell bearbeiten und dann git add <Datei> und git commit

Unit Testing und Testautomatisierung

Definition:

Automatisiertes Testen einzelner Programmmodule, um sicherzustellen, dass diese unabhängig vom Gesamtsystem korrekt funktionieren.

Details:

• Frameworks: JUnit, TestNG
• Testklassen und Testmethoden definieren
• Assert-Methoden zur Verifikation: \text{assertEquals()}, \text{assertTrue()}
• Integration in CI/CD-Pipeline
• Ermöglicht frühes Erkennen von Fehlern
• Reduziert manuellen Testaufwand
• Testabdeckung (\text{Code Coverage}) als Qualitätsmaß