lehrkraefte:blc:informatik:ffprg2-2018:ffprg2-2018 [https://fginfo.ksbg.ch Fachgruppe Informatik der KSBG]

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====== Freifach Programmieren ======
In diesem Kurs werden die Grundlagen von C++ vermittelt, mit Fokus auf die Anwendung mit der
Arduino-IDE. Damit werden dann Elektronik-Experimente mit Arduino und/oder ESP32 programmiert.

Ziel ist es, bis vor den Herbstferien so weit mit C++ vertraut zu sein, damit erste Elektronik-Experimente angegangen werden können.

Sammlung von Tutorials und Dokumentation:
  * Tutorials: http://ewla.de/dozent/cpp/cpp7.pdf
  * Dokumentation: http://www.cplusplus.com/reference/

====== Hacking ======
===== XSS: Cross Site Scripting =====
https://glf.tech-lab.ch/techlab/hackme/index.php

===== Assembler und Hacking (Stackoverflow) =====
Ein aktueller Hack vom letzten Chaos Computer Congress: https://www.jaybosamiya.com/blog/2019/01/02/krautflare/


  * https://fginfo.ksbg.ch/~ivo/assembler-simulator/

===== 7-Segment-Anzeige-Demo =====
Die 3 Segmente sind an den Adressen 253, 254 und 255, die Bits beginnen oben, dann im Urzeigersinn, am Schluss die Mitte.
<code asm>
start:
MOV [253], 1b
MOV [253], 10b
MOV [253], 100b
MOV [253], 1000b
MOV [253], 10000b
MOV [253], 100000b
MOV [253], 1000000b

JMP start
</code>

Mit etwas mehr Assembler Voodoo:
<code asm>
start:
	MOV A,1
loopA:
	MOV B, 253
loopB:
	MOV [B], A
	INC B
	JNC loopB

	SHL A,1
	JNC loopA

	JMP start
</code>

Der L0L-Dreizeiler
<code asm>
MOV [253], 0111000b
MOV [254], 0111111b
MOV [255], 0111000b
</code>


Manipulierte Rücksprungadresse

<code asm>
	mov A, 'A'   ; Schreibt 65 (ASCII A) ins Register A
start:
	inc A          ; Erhöht den Inhalt vom Register A um 1
	mov [232], A   ;Schreibt den Wert 65 'A' in die Zelle 232
	call bla         ;Unterprogramm aufrufen (Adr. auf Stack)
ruecksprung:
	hlt		 ;Halt


bla:
	mov [253], A   ;Alle 7 Bits für 7-Segment-Anzeige
	mov [SP+1], start    ; Rücksprungadresse überschreiben
	ret                   ;Rücksprung auf nach call
</code>


Ausgabe des LOL-Codes:
<code asm>

lol:
MOV [253], 0111000b
MOV [254], 0111111b
MOV [255], 0111000b

fertig:
	mov A, fertig
	dec A
	mov B, 252
loop:
	mov C, [A]
	mov [B], C
	dec B
	dec A
	JNC loop
	hlt
	
</code>
===== Hackme Code =====
Studieren Sie folgenden Code:
<code asm>
; Dieses Programm gibt den String rechtsbündig ab 
; Adresse 250 aus.
;
	JMP start
	DB "hello world"
;
; Register
; A Ausgabe-Adresse
; B Position in DB
; C temporär

start:	MOV A,250	; Adresse Ausgabe (letzter Buchstabe)
	MOV B, start    ; Adresse+1 vom letzten Buchstaben
	DEC B		; B vermindern
	CALL ausgabe
	HLT
ausgabe:
	MOV C,[B]	; Buchstabe in C
	MOV [A],C	; Ausgabe
	DEC A		; A vermindern
	DEC B		; B vermindern
	CMP B,1		; ist B am Anfang angekommen?
	JNE ausgabe	; sonst wiederholen
	RET
</code>

Schaffen Sie es, indem Sie nur die DB-Zeile anpassen (das wäre so quasi der User-Input), dass <nowiki>LOL</nowiki> auf der 7-Segment Anzeige erscheint? 

<hidden Lösungsvorschlag>
Mit Rücksprung direkt in die DB-Konstante (Adresse 0x02)
<code asm>
DB "ý8þ?ÿ8+       Hello World!"
</code>
Oder mit Rücksprung in die kopierten Daten an der Adresse 0xdc:
<code asm>
DB "ý8þ?ÿ8+Ü       Hello World!"
</code>

</hidden>


===== Busy Beaver =====
<code asm>
start:
	MOV B, 255

humpfdidumpf:
	MOV A, [B]
	INC A
	MOV [B], A
	JNC humpfdidumpf
while:
	DEC B
	CMP B, ende
	JE ende
	MOV A, [B]
	INC A
	MOV [B], A
	JC while
	JMP start
ende:
	HLT
</code>

===== Roborobo-Fernbedienung / Ivobot =====
* RoboRobo-Fernbedienung: {{ :ffprog:ffprogjava2016:roborobo.zip |roborobo Arduino Library}} (Sketch -> Add Library -> Add .zip)
* IvoBot:
  * {{ :lehrkraefte:blc:robotics:ivobot.zip |Source-Code zum Ivobot}}
  * [[https://fginfo.ksbg.ch/~ivo/ivobot/|Dokumentation]]
  * Seite der BU2 2017 [[lehrkraefte:blc:robotics:ablauf|Beschreibung und Source-Code zum Ivobot]]


===== Lektion 10 (Freitag 9. November 2018) =====
=== Potentiometer auslesen ===
Ein Potentiometer hat normalerweise 3 Anschlüsse. Der Widerstand zwischen 1. und 3. Anschluss ist konstant (z.B. 10k$\Omega$). Der Widerstand zwischen 1. und 2. Anschluss kann stufenlos geregelt werden, zwischen 0 und dem Gesamtwiderstand.

Typischerweise wird zwischen 1. und 3. Anschluss 5V angelegt und die Spannung am 2. Anschluss gemessen. Diese variiert dann stufenlos zwischen 0V und 5V, vorausgesetzt, es kann (praktisch) kein Strom über Anschluss 2 abfliessen.

Der 2. Anschluss wird am Arduino an einen der "Analog-Ports" angeschlossen, A0 bis A5. Die Spannung kann mit 10 Bit Auflösung ausgelesen werden mit
<code c++>
  int wert = analogRead(A0);
</code>
Man erhält einen Wert zwischen 0 (0V) und 1023 (5V). 

=== Hardware PWM ===
Der Arduino kann Hardware ein PWM-Signal erzeugen, und zwar auf den Pins 3, 5, 6, 9, 10, 11.

Mit einer Auflösung von 8 Bit kann das Signal wie folgt gesteuert werden:
<code c++>
  // im setup():
  pinMode(3, OUTPUT);
  
  // sonst wo:
  analogWrite(3, 127); // Halbe Kraft voraus... 0 heisst augeschaltet, 255 eingeschaltet
</code>

=== Mögliche Aufgaben ===

  * Steuerung der Helligkeit einer LED
  * Steuerung der Motorengeschwindigkeit.
===== Lektion 7 (Freitag 26. Oktober 2018) =====
Debugging. Im Setup
  Serial.begin(115200)
Im Code:
  Serial.print(i);
  Serial.print(" ist ");
  Serial.println(j);
Die Ausgabe unter Tools -> Serial Monitor (Ctrl-Shift-M) anschauen.

===== Lektion 6 (Freitag 28. September 2018) =====
LEDs dimmen mit PWD (Pulsweitenmodulation).

Idee. Ganz schnell ein- und ausschalten. Zeit, während der die LED eingeschaltet ist variieren.

===== Lektion 5 (Freitag 14. September 2018) =====
Installation der Arduino-IDE:
  * https://www.arduino.cc/en/Main/Software (Windows-Installer auf den eigenen Geräten, zip-Datei auf den Schulcomputern)
  * Auf den Schulcomputern einen Ordner auf C:\ anlegen und die IDE darin entpacken.




<code cpp>

int ports[] = {12,11,10};
int num = sizeof(ports)/sizeof(int);  // Anzahl Elemente

void setup() {
  // put your setup code here, to run once:
  for (int i=0; i<num; i++) {
    pinMode(ports[i], OUTPUT);
  }
}

void loop() {
  // put your main code here, to run repeatedly:
  for (int i=0; i<num; i++) {
    digitalWrite(ports[i], HIGH);
    delay(100);  // 100ms warten
    digitalWrite(ports[i], LOW);
  }
  delay(500);
}
</code>

===== Lektion 4 (Freitag 7. September 2018) =====
==== Arrays ====
<code cpp>
  // Nur für kleine Arrays!
  int zahlen[10];  // Variablenname ist Plural!
  zahlen[0]=2;     // Erstes Element Index 0
  zahlen[9]=42;    // Letztes Element hat Index Länge -1
  
  //  Für grosse Arrays:
  int grenze = 10000000;            // Bis **ohne** diese Grenze!
  bool* prim = new bool[grenze];    // kein new ohne delete!

  delete[] prim;    // Speicher wieder freigeben  
</code>

==== Sieb von Erathostenes ====
<hidden Lösungsvorschlag>
<code cpp>
#include <iostream>

using namespace std;

int main()
{
    int grenze = 100000000;
    bool *prim = new bool[grenze];
    cout << "Alloc finished" << endl;
    // Initialisierung
    for (int i=0; i<grenze; i++) {
        prim[i] = i>1;
    }
    cout << "Init done " << endl;
    int akt = 0;   // Zahl zum Abstreichen
    while (akt*akt<=grenze) {  // Abstreichen bis zur Wurzel
        while (!prim[++akt]);   // Nächste Primzahl ermitteln, ! heisst "nicht"
        for (int p=akt*akt; p<grenze; p+=akt) {   // Zahlen abstreichen
            prim[p] = false;
        }
    }
    // Ausgabe der Liste
    for (int i=0; i<grenze; i++) {
        if (prim[i]) {
            cout << i << endl;
        }
    }
    // Speicher wieder freigeben
    delete[] prim;
    return 0;
}

</code>
</hidden>


===== Lektion 3 (Freitag 31. August 2018) =====
==== Wahrheitswerte ''true'' und ''false'': Datentyp ''bool'' ====
Das Ergebnis eines Vergleichs (z.B. mit ==, !=, <, >, etc. ist ein Wahrheitswert ''true'' oder ''false''. Diese Werte können in einer Variable mit Typ **bool** gespeichert werden.
<code cpp>
bool gleich;
gleich = (42==6*7);
if (gleich) {   // Gleicher effekt wie gleich==true
   cout << "gleich ist wahr: " << gleich << endl;
} else {
   cout << "gleich ist falsch: " << gleich << endl;
}
</code>

Hinweis: Werden andere Typen als bool interpretiert, ist alles wahr, was nicht Null ist. Wird ein bool als Zahl interpretiert, kommt 0 (für false) oder 1 (für true) heraus.

==== Primzahlen ausgeben ====
Schreiben Sie ein Programm, das alle Primzahlen bis zu einer gegebenen Grenze ausgibt.

<hidden Lösungsvorschläge>
<code cpp>
#include <iostream>
#include "math.h"

using namespace std;

int main()
{
    int grenze = 10000000;
    int anzahl = 1;
    int maxprimes = 1000;
    int primes[1000];
    primes[1] = 3;

    for (int k=3; k<=grenze; k+=2) {
        bool hatTeiler = false;
        for (int t=1; primes[t]*primes[t]<=k; t++) {
            if (k%primes[t]==0) {
                hatTeiler = true;
            }
        }
        if (hatTeiler==false) {
            cout << k << endl;
            if (anzahl<maxprimes) primes[anzahl]=k;
            anzahl++;
        }
    }
    cout << anzahl << " Primzahlen bis " << grenze << endl;

    return 0;
}

</code>
</hidden>

==== Sieb von Eratosthenes ====
Ein bool könnte mit einem einzigen Bit dargestellt werden. Tatsächlich werden aber meistens 1 Byte (8 Bits) Speicher dafür reserviert. In einem ersten Schritt wird ein Array von bool reserviert:

<code cpp>
int n = 10000;  // Obere Grenze
bool prim[n];   // prim (true/false)
// Initialisierung
for (int i=0; i<n; i++) {
  prim[i]=true;
}
// Spezialfälle
prim[0] = false;
prim[1] = false;

int wegmit=2;  // Erste Primzahl zum rausstreichen
while (wegmit*wegmin<n) {    // Bis zur Wurzel von n
   // TODO: Alle Vielfachen von wegmit wegstreichen
   // TODO: Nächste Primzahl im Array bestimmen.
}
</code>



===== Lektion 2 (Freitag 24. August 2018) =====
==== For-Schleife ====
<code c++>
   for(INITIALISIERUNG;  BEDINGUNG VOR DER SCHLAUFE;   AKTION NACH DER SCHLAUFE) {
       // Dinge, die wiederholt werden
   }
</code>
Typischerweise sieht eine For-Schleife so aus:
<code c++>
  for (int i=0; i<100; i++) {
     // Tu was mit i
  }
  // ACHTUNG: i existiert hier nur in der Schleife und nicht ausserhalb!
</code>

=== Spezialfälle ===
<code cpp>
   for(;;) {
      // Endlosschleife
   }
   
   // Das sollte man nie so schreiben, sondern wie?
   for (int i=0, j=0; i<10; i+=(j==9?1:0), j=(j+1)%10) {
      cout << i << ", " << j << endl;
   }
   // Besser:
   for (int i=0; i<10; i++) {
      for (int j=0; j<10; j++) {
        cout << i << ", " << j << endl;
      }
   }
   
</code>

==== Code lesen ====

Was macht das folgende Programm?
<code c++>
#include <iostream>

using namespace std;

int main()
{
    for (int i=0; i<32; i++) {
        if (i % 3 == 0) {
            cout << "Dreierzahl" << endl;
        } else {
            cout << i << endl;
        }
    }
    return 0;
}
</code>

==== FizzBuzz ====
Schreiben Sie ein Programm, das die Zahlen von 0 bis und mit 31 ausgibt. Anstelle jeder Zahl, die durch 3 teilbar ist, soll "Fizz" ausgegeben werden, anstelle jeder Zahl, die durch 5 teilbar ist, soll "Buzz" ausgegeben werden. Ist die Zahl sowohl durch 3 als auch durch 5 teilbar, soll "FizzBuzz" ausgegeben werden.

<hidden Lösungsvorschläge>
Mark
<code cpp>
#include <iostream>

using namespace std;

int main()
{
    for (int i=0; i<32; i++) {
        if (i % 15 == 0) {
            cout << "FizzBuzz" << endl;
        } else if (i % 5 == 0) {
            cout << "Buzz" << endl;
        } else if (i % 3 == 0) {
            cout << "Fizz" << endl;
        } else {
            cout << i << endl;
        }

    }
    return 0;

}
</code>

Lukasz
<code cpp>
#include <iostream>

using namespace std;

int main()
{
for (int i=1; i<32; i++) {
    if (i%3==0 && i%5==0) {
        cout << "FizzBuzz" << endl;
    }
    else if (i%5==0) {
        cout << "Buzz" << endl;
    }
    else if (i%3==0) {
        cout << "Fizz" << endl;
    }
    else if (i==i) {
        cout << i << endl;
    }
    }
    return 0;
}
</code>

Noah
<code cpp>
#include <iostream>

using namespace std;

int main()
{
    for (int i=1; i<32; i++) {
        if (i % 3 == 0 && i % 5 == 0) {
            cout << "FizzBuzz" << endl;
        }
        else if (i % 5 == 0) {
            cout << "Buzz" << endl;
        }
        else if (i % 3 == 0) {
            cout << "Fizz" << endl;
        }

        else {
            cout << i << endl;
        }
    }
    return 0;
}
</code>

Blc: (so nicht zu empfehlen):
<code cpp>
#include <iostream>

using namespace std;

int main()
{
    for (int i=0; i<32; i++) {
        cout << (i%3==0?"Fizz":"") << (i%5==0?"Buzz":"") << ((i%3)*(i%5)?to_string(i):"") << endl;
    }

   return 0;
}
</code>

</hidden>


}


==== Kontrollstukturen ====
if, for, while, break


Verifizieren Sie die ersten 8 Einträge der Tabelle auf  https://primes.utm.edu/howmany.html