Einführung in die Programmierung - Cheatsheet.pdf

Grundlagen der Syntax und Semantik von Programmiersprachen

Definition:

Grundlagen der Syntax und Semantik beziehen sich auf die Struktur und Bedeutung von Programmiersprachen.

Details:

• Syntax: Formale Regeln zur Strukturierung von Programmcode, z.B. Grammatikregeln.
• Semantik: Bedeutung und Verhalten der syntaktisch korrekten Programme.
• Kontextfreie Grammatiken: Werden verwendet, um Syntax zu definieren.
• \text{Syntaxbaum}: Baumstruktur, die die syntaktische Struktur eines Satzes darstellt.
• Typüberprüfung: Methode zur Sicherstellung der semantischen Korrektheit.
• \text{Operational Semantics}: Beschreibt, wie ein Programm auf einer abstrakten Maschine ausgeführt wird.
• \text{Denotational Semantics}: Zuordnung von Programmen zu mathematischen Objekten, die deren Bedeutung repräsentieren.
• \text{Axiomatic Semantics}: Nutzung logischer Formeln, um das Verhalten von Programmen zu spezifizieren.

Verwendung grundlegender Datentypen und -strukturen

Definition:

Nutzung und Implementierung von grundlegenden Datentypen (wie int, float, char) und Datenstrukturen (wie Arrays, Listen, Bäume) in der Programmierung.

Details:

• Datentypen:
  • int: Ganzzahlige Werte
  • float: Gleitkommazahlen
  • char: Einzelne Zeichen
• Datenstrukturen:
  • Array: Homogene, statische Datenstruktur
  • Liste: Dynamische Datenstruktur, kann unterschiedlichste Typen aufnehmen
  • Baum: Hierarchische Datenstruktur
• Beispiele in C++:
  • int x = 5;
  • float y = 5.5;
  • char z = 'A';
  • int array[5] = {1, 2, 3, 4, 5};

Schleifen, Bedingungen und Kontrollstrukturen implementieren

Definition:

Schleifen, Bedingungen und Kontrollstrukturen steuern den Programmfluss.

Details:

• Schleifen: Wiederhole eine Sequenz von Anweisungen, solange eine Bedingung erfüllt ist (z.B. for-, while-Schleifen).
• Bedingungen: Ausführung von Code basierend auf booleschen Ausdrücken (z.B. if, else, elif).
• Kontrollstrukturen: Strukturelemente, die den Ablauf eines Programmes bestimmen (z.B. break, continue, return).
• While-Schleife: \texttt{while (Bedingung):\ Anweisungen}
• For-Schleife: \texttt{for Variable in Sequenz: \ Anweisungen}
• If-Bedingung: \texttt{if (Bedingung): \ Anweisungen}
• Break und Continue: \texttt{break} beendet eine Schleife; \texttt{continue} überspringt den restlichen Schleifenblock und startet die nächste Schleifeniteration.

Prozedurale und objektorientierte Programmierung

Definition:

Prozedurale Programmierung strukturiert Programme in Prozeduren oder Funktionen; objektorientierte Programmierung verwendet Objekte, die Daten und Funktionen kapseln.

Details:

• Prozedural: Fokus auf Funktionen und Algorithmen
• Verwendung von Kontrollstrukturen wie Schleifen und Bedingungsanweisungen
• Typische Sprachen: C, Pascal
• Objektorientiert: Fokus auf Objekte und deren Interaktion
• Grundkonzepte: Klassen, Objekte, Vererbung, Polymorphie
• Typische Sprachen: Java, C++

Rekursives Programmieren und dessen Anwendungen

Definition:

Rekursives Programmieren: Methode, bei der eine Funktion sich selbst aufruft, um ein Problem in kleinere Teilprobleme zu zerlegen.

Details:

• Basisfall: Bedingung, bei der die Rekursion endet.
• Rekursiver Fall: Definition der Funktion in Bezug auf sich selbst.
• Effektiv für Probleme mit natürlicher Teilung in ähnliche Teilprobleme (z.B. Fibonacci, Fakultät).
• Kann zu hoher Speichernutzung führen; auf Stack Overflow achten.
• Anwendungen: Suchen und Sortieren (z.B. Quicksort), Traversieren von Datenstrukturen (z.B. Bäume, Graphen).

Komplexitätsanalyse von Datenstrukturen

Definition:

Analyse der Laufzeit- und Speicherkomplexität von Operationen auf Datenstrukturen.

Details:

• Wichtige Landau-Notationen: \(O(f(n))\), \(\Omega(f(n))\), \(\Theta(f(n))\)
• Zeitkomplexität: misst die Anzahl der grundlegenden Operationen
• Speicherkomplexität: misst den benötigten Speicher
• Amortisierte Analyse: Durchschnittliche Komplexität über eine Sequenz von Operationen
• Wichtige Datenstrukturen: Arrays, verkettete Listen, Stacks, Queues, Bäume
• Arrays: Zugriff O(1), Suche O(n), Einfügen O(n), Löschen O(n)
• Verkettete Listen: Zugriff O(n), Suche O(n), Einfügen O(1), Löschen O(1)
• Stapel (Stacks) und Schlangen (Queues): Zugriff O(n), Suche O(n), Einfügen O(1), Löschen O(1)
• Bäume (z.B. Binärbäume): Zugriff O(log n), Suche O(log n), Einfügen O(log n), Löschen O(log n)

Sortier- und Suchalgorithmen

Definition:

Verfahren, um Daten zu ordnen oder ein spezifisches Element in einer Datenstruktur zu finden.

Details:

• Wichtige Sortieralgorithmen: Bubble Sort, Merge Sort, Quick Sort
• Wichtige Suchalgorithmen: Lineare Suche, Binäre Suche
• Komplexität oft in Big-O-Notation ausgedrückt
• Bedeutung für Effizienz von Programmen

Versionskontrollsysteme wie Git

Definition:

Versionskontrollsystem zur Verwaltung und Nachverfolgung von Änderungen im Quellcode.

Details:

• Git: Verteiltes Versionskontrollsystem
• Repository (Repo): Speichert Projektdateien und den Verlauf ihrer Änderungen
• Commit: Speichert Snapshot der Änderungen
• Branch: Parallelisierung von Entwicklungssträngen
• Merge: Zusammenführen von Änderungen aus verschiedenen Branches
• Clone, Push, Pull: Operationen zur Verwaltung von Repos
• Undo: Änderungen rückgängig machen
• Merge-Konflikte: Manuelle Auflösung bei widersprüchlichen Änderungen