Dagens tema: Datastrukturer

Transkript

1 Dagens tema: Datastrukturer Matriser Dynamiske matriser Ringbuffere Mengder Lister Enkle listeoperasjoner Programmering av en listepakke Lister med hode og hale Toveislister Onsdag 24.3 Avslutning av IN147A med oppsummering av stoffet. Ark 1 av 23 Forelesning

2 Matriser Vektorer (én-dimensjonale matriser) C JAVA Pascal int a[12]; int a[]; a = new int[12]; var A: array [10..21] of Integer; Simula integer array A(10:21); Lagring short int arr[6] = {1, 1, 2, 3, 5, 8;. A10A 8 5 A A A A A IC: arr + I S Generelt: arr + (I L) S Forelesning Ark 2 av 23

3 Indeksering # Kode: Henter et element i vektoren Vektor. # Registre: $8: Indeksen (i området 1 til 10). # $9: Elementet. # Spesielt: Vektor er deklarert med noe à la # Vektor: array [1:10] of Short; (Pascal). addi $8,$8,-1 # Kompensér for nedre grense. add $8,$8,$8 # Doble, pga 2 byte/element. la $9,Vektor # Hent adressen til Vektor. add $8,$8,$9 # Legg til 2 indeks. lh $9,0($8) # Hent elementet. Aksess med peker # Kode: Henter et element pekt på av p. # Registre: $8: Pekeren p. # $9: Elementet. lh $9,0($8) # Hent elementet. Forelesning Ark 3 av 23

4 To-dimensjonale matriser ISimula: integer array Arr2(1:3,1:2); hvor hver integer opptar 4 byte. Disse lagres radvis i de fleste programmeringsspråk. Generelt:. A114 (3,2) A110 (3,1) A10C (2,2) A108 (2,1) A104 (1,2) A100 (1,1). Arr2 + ((I 1 L 1 ) D 2 + (I 2 L 2 )) S der D i er U i L i + 1. IC:long int arr2[3][2]; arr2 + (I 1 D 2 + I 2 ) S Forelesning Ark 4 av 23

5 Generelt IC: T a[n 1 ][N 2 ] [N n ]; Elementet a[x 1 ][x 2 ]...[x n ] befinner seg i lokasjonen n n a + sizeof(t ) xi N k som kan forenkles til i=1 k=i+1 a + sizeof(t ) (( (x 1 N 2 + x 2 )N 3 + )N n + x n ) Forelesning Ark 5 av 23

6 Dynamiske vektorer Mange språk har muligheter for dynamiske matriser som kan bety to ting: Vektorens lengde er ikke kjent under kompileringen, men er kjent når vektoren skal deklareres. Vektorens lengde kan endres under kjøringen. C har begge deler takket være {m c realloc og definisjonen a[i] *(a+i) #include <stdlib.h> : int *arr = calloc(n, sizeof(int)); : arr[0] = arr[1]+4; : arr = realloc(arr, (n+10)*sizeof(int)); arr[n+9] = -1; : free(arr); Forelesning Ark 6 av 23

7 Ringbuffere Ringbuffere brukes til å implementere køer («FIFO-lister»). Ingen høynivåspråk har noen tilsvarende struktur. Ut Inn Pekerne forteller hvor neste element skal inn, og hvor man kan finne neste element som skal ut. Implementasjon En ringbuffer implementeres å «klippe den opp» og lagre den i en vektor: Ut xx xx xx xx xx xx Inn Forelesning Ark 7 av 23

8 Deklarasjon i C #define BUFFSIZ 12 int ringb[buffsiz], innp = 0, utp = 0, ant_e = 0; Innsetting i ringbuffer int put(int x) { if (ant_e == BUFFSIZ) return 0; ant_e++; ringb[innp] = x; innp++; if (innp >= BUFFSIZ) innp = 0; return 1; Henting fra ringbuffer int get(void) { int x; if (ant_e == 0) return -1; ant_e--; x = ringb[utp]; utp++; if (utp >= BUFSIZE) utp = 0; return x; Forelesning Ark 8 av 23

9 Mengder På en tippekupong kan man velge mellom tre tips: H, U og B. Man kan imdlertid gardere: HU, HB, UB eller HUB. I alt finnes det 8 verdier i mengden over mulige tips i hver kamp: {, {H, {U, {B, {H,U, {H,B, {U,B og {H,U,B. En slik verdi kan lagres som et bit-mønster med 3bit: H U B {H,B x x x x x Forelesning Ark 9 av 23

10 Operasjoner på mengder Det fine med denne representasjonen, er at maske-operasjonene fungerer: Snitt ({H,B {H,U={H) kan implementeres som and. Union ({H,B {H,U={H,U,B) kan implementeres som or. Differanse ({H,B\{H,U={B) kan implementeres som and og not. Til å teste om et element er med i en mengde, må man bruke and og kanskje sll. Forelesning Ark 10 av 23

11 Lister Enkle lister Operasjoner på lister Et par eksempler Hode og hale Toveis lister Fordelene med lister: Dynamiske; plassforbruket tilpasses under kjøringen. Fleksible; innenbyrdes rekkefølge kan lett endres. Generelle; kan simulere andre strukturer. Ulemper med lister: Det kan lett bli en del leting, så lange lister kan være langsomme i bruk. Forelesning Ark 11 av 23

12 En enkel liste struct elem { struct elem *neste; diverse data ; struct elem *liste; liste 0 Listepekeren liste peker på første element. Denne listen kan simulere Stakker Køer Prioritetskøer Forelesning Ark 12 av 23

13 Operasjoner på lister Innsetting først i listen p->neste = liste; liste = p; s s s liste s p s liste$ s s s s p - - s Forelesning Ark 13 av 23

14 Innsetting sist i listen siste liste 0 p 0 if (liste == NULL) liste = p; else siste = liste; /* Finn siste element. */ while (siste->neste) siste = siste->neste; siste->neste = p; p->neste = NULL; siste liste p 0 Dette kan gjøres raskere hvis vi har en peker til siste element. Forelesning Ark 14 av 23

15 Innsetting midt i listen p->neste = px->neste; px->neste = p; Innsetting i sortert liste Se eksempel på ark 20. Forelesning Ark 15 av 23

16 Fjerning av element Vi antar at p skal fjernes fra listen, og at px peker på ps forgjenger. p px liste 0 px->neste = p->neste; p->neste = NULL; p px liste 0 0 Forelesning Ark 16 av 23

17 Et eksempel liste.h: Dette er en definisjonsfil for en programpakke for listehåndtering. Vi antar at det kun er én liste, og at liste peker på den. struct data { struct data *neste; unsigned char navn[200]; ; extern struct data *liste; extern void inn_forst(struct data *p), inn_sist (struct data *p), inn_sort (struct data *p); Forelesning Ark 17 av 23

18 navn.c: Dette er et eksempel på et program som bruker listepakken. #include <stdio.h> #include <string.h> #include <stdlib.h> #include "liste.h" struct data *liste; int main(void) { struct data *elem; unsigned char nytt_navn[200]; liste = NULL; while (fgets(nytt_navn,200,stdin)!= NULL) { elem = (struct data *)malloc(sizeof(struct data)); strcpy(elem->navn, nytt_navn); inn_sort(elem); elem = liste; while (elem!= NULL) { printf("%s", elem->navn); elem = elem->neste; Forelesning Ark 18 av 23

19 Eksempel på kjøring Hvis datafilen data.in ser slik ut: Roeim, Vetle Presterud, Ola Rafienko, Igor Persson, Per Johan Tetlie, Ole Jørgen Sørlie, Steinar Køhler, Torbjørn Jess, Kristian vil følgende to kommandoer kompilere og kjøre programmet navn.c: maskin navn> cc navn.c liste.c -o navn maskin navn> navn <data.in Jess, Kristian Køhler, Torbjørn Persson, Per Johan Presterud, Ola Rafienko, Igor Roeim, Vetle Sørlie, Steinar Tetlie, Ole Jørgen Forelesning Ark 19 av 23

20 liste.c: #include <string.h> #include "liste.h" void inn_forst(struct data *p) { p->neste = liste; liste = p; void inn_sist(struct data *p) { struct data *px = liste; if (liste == NULL) liste = p; else { while (px->neste!= NULL) px = px->neste; px->neste = p; p->neste = NULL; void inn_sort(struct data *p) { struct data *px; if (liste == NULL) { /* Listen er tom. */ liste = p; p->neste = NULL; return; px = liste; if (strcmp(p->navn,px->navn) < 0) {/* p skal først i listen. */ inn_forst(p); return; /* Finn ut hvor i listen p skal settes inn. */ while (px->neste!=null && strcmp(p->navn,px->neste->navn)>0) px = px->neste; p->neste = px->neste; px->neste=p; /* Sett inn p bak px. */ Forelesning Ark 20 av 23

21 Hode og hale Rutinene for peker-strukturer blir enklere hvis vi utstyrer listene med hode og hale. 0 hode hale liste2.c: Funksjonen inn sort blir mye kortere: void inn_sort(struct data *p) { struct data *px = liste; /* Finn ut hvor i listen p skal settes inn. */ while (strcmp(p->navn,px->neste->navn)>0) px = px->neste; p->neste = px->neste; /* Sett inn p bak px. */ px->neste=p; Forelesning Ark 21 av 23

22 navn.c: Hovedprogrammet må utvides litt for å initiere listens hode og hale. #include <stdio.h> #include <string.h> #include <stdlib.h> #include "liste.h" struct data hode, hale, *liste; int main(void) { struct data *elem; unsigned char nytt_navn[200]; /* Initiér listens hode og hale. */ hode.neste = &hale; strcpy(hode.navn,""); hale.neste = NULL; strcpy(hale.navn,"~~~"); liste = &hode; while (fgets(nytt_navn,200,stdin)!= NULL) { elem = (struct data *)malloc(sizeof(struct data)); strcpy(elem->navn, nytt_navn); inn_sort(elem); elem = hode.neste; while (elem!= &hale) { printf("%s", elem->navn); elem = elem->neste; Forelesning Ark 22 av 23

23 Toveislister Toveislister gjør også noen operasjoner enklere, for eksempel det å fjerne elementer fra listen. liste v? v v v v v v v v Forelesning Ark 23 av 23