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Fondamenti di Informatica
21. Strutture di dati complesse in C++21. Strutture di dati complesse in C++
Corso di Laurea in Ingegneria Informatica e dell’AutomazioneA.A. 2012-20132° SemestreProf. Giovanni Pascoschi
Strutture dati complesse
Esempi di strutture dati complesse analizzate in questa lezione:
Array di puntatori
Pila (Stack)
Coda (queue)
Liste semplici (semplicemente linkate)
Liste doppie (doppiamente linkate)
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a cura di Pascoschi Giovanni
Array di puntatori
L’istruzione : tipo* array[dim]; dichiara un array di puntatori, dove:
Il nome dell'array è
array
Il nome dell'array è
array
L'array ha
dim
elementi
Gli elementi
array
[0],
array
[1], ...sono puntatori a dati di tipo
tipo
La memoria per i singoli dati deve essere allocata esplicitamente
Gli array di puntatori permettono di ridurre la quantità di memoria allocataal minimo indispensaile
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Esempio di array di puntatori
char* strin[4];
strin[0]
0xAB
strin[1]
0xB
strin[2]
0xAC
m
a
r^
i^
o
\
a
\
p
i^
n
o
\
0xAB
0xB
0xAC 0xB0F
L’occupazione
in
memoria
è
al
minimo
indispensabile,
al
contrario
della
dichiarazione statica di 4 array di dimensione fissa.
strin[3]
0xB0F
a
n
g
e
l^
a
\
0xB0F
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Esempio di array di puntatori^ Esempio:Array di 4 stringhe di lunghezza variabile tra 1 e 20 caratteri^
Se allocato
staticamente
Ogni elemento deve essere di 21 byte per poter contenere la stringa didimensione massima ( 20 caratteri più il terminatore) In totale sono necessari 4 x 21 = 84 bytesIn totale sono necessari 4 x 21 = 84 bytes
Se allocato
dinamicamente
Ogni elemento è un puntatore e occupa 4 byteÈ allocata la memoria necessaria a contenere esattamente le singolestringhe
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Esempio di array di puntatori^ Se tutte le stringhe sono lunghe 8 caratteri
ogni stringa occupa 9 byte
Array statico Dimensione totale: 4 x 21 = 84Dimensione dati: 4 x 9 = 36Efficienza: 36 / 84 =
Array dinamico Dimensione totale: 4 x 4 + 4 x 9 = 52Dimensione dati: 4 x 9 = 36Efficienza: 36 / 52 =
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Pila (Stack) con array
la Pila (Stack) è un insieme di dati che permette l’inserimento di nuovielementi e l’estrazione degli elementi introdotti da un’unica estremità
il funzionamento della pila viene denominato
LIFO
L
ast
I
nput
F
irst
O
utput)
meccanismo utilizzato per gestire le chiamate alle funzioni (insieme degliindirizzi di rientro) oppure nel registro di stack (linguaggio assembly)
operazione di inserimento di un dato
push
operazione di estrazione di un dato
pop
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Pila (Stack) con array
L’implementazione
di
una
pila
puo’
essere
fatta
tramite
un
array
(dimensione fissa)
A[0]
push
pop
testa = 0
A[1] A[2] .......
A[MAX-1]
testa = MAX
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Coda (Queue) con array
L’implementazione
di
una
coda
puo’
essere
fatta
tramite
un
array
(dimensione fissa)
A[0]
A[1]
A[MAX-1]
push
pop
fine = MAX-
fine = -
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Esempio Coda
#include using namespace std;const int MAX = 20;int Coda[MAX];int fine;void clearCoda( );void pop( ); void
push(
do {
menu( );cout<<“Seleziona una voce”;cin>>scelta;} while(scelta <1 || scelta >5); switch(scelta) {case 1:
clearCoda( );break;
case
void
push(
void readCoda( );void menu( );int main( ){
int scelta;clearCoda( );do {
case
pop( );break;
case 3:
push( );break;
case 4:
readCoda( );break;
}while(scelta !=5);return 0; }
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Esempio Coda^ void pop( ) {
if( fine ==-1)
cout<<“La coda e’ vuota. Impossibile estrarre un dato”<< endl; else{
cout << “Elemento estratto = “ << Coda[0] << endl;for(int i=1; i<= fine; i++) Coda[i-1] = Coda[i];fine- -; } }} void push( ) {
int dato;if (fine == MAX-1)
cout<<“La coda è piena. Impossibile inserire altri dati”<< endl; else{
cout << “dato da inserire = “;cin>> dato;fine++;Coda[fine] = dato; } }
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Esempio Coda
void clearCoda( ) {
fine = -1;cout<< “Coda vuota” << endl; } void readCoda( ) {
for(int i=0; i<= fine; i++) {cout<< Coda[i] << endl; }} } void menu( ) {
cout << endl;cout << “1. Pulisci coda” << endl;cout << “2. Estrai un dato” << endl;cout << “3. Aggiungi un dato” << endl;cout << “4. Leggi coda” << endl;cout << “5. Fine” << endl; }^ Fondamenti di Informatica A.A. 2012-
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Liste semplici (semplicemente linkate)
Una lista semplice e’ costituita da
nodi
Ogni nodo e’ una struttura che contiene :
Dati
Un riferimento (puntatore) al nodo successivo
Riferimenti esterni
Riferimenti esterni
Puntatore al primo elemento della lista:
head
Un riferimento speciale indica la fine della lista:
Puntatore a
NULL
Puntatore al nodo stesso
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Liste semplici
Struttura logica di una lista semplice
Il terminatore è un puntatore a NULL head
NULL
Il terminatore è un puntatore all'elemento stesso
head In una lista circolare il terminatore punta al primo elemento della lista^ head^ Fondamenti di Informatica A.A. 2012-
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Esempio lista semplice
0xBA
0xBB
NULL
0xBA
NULL
head
0xBA
0xBA
0xBB
struct node {
int data;node* next;
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Esempio lista semplice
Una lista semplice può essere percorsa solo in avanti, cioè dalla testa verso la coda
Per scorrere una lista è necessaria una variabile temporanea per puntare ad ungenerico elemento
Non si può usare il puntatore alla testa
head
altrimenti si perde il riferimento al primo
elemento
curr
puntatore corrente
head
puntatore alla testa della lista
curr = head;
// curr punta alla testa della lista
curr = curr->next;
// curr punta al prossimo nodo della lista
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Esempio Lista semplice
void InsertList( ) {
string Nomeins;Node*
nuovo; // puntatore del nuovo nodo
Node*
curr;
// puntatore temporaneo
Node*
prec;
// puntatore al nodo precedente
cout<< “Nominativo da inserire”;
//info nuovo nodo
cin>> Nomeins; nuovo = new Node;nuovo = new Node; nuovo-> nome = Nomeins;nuovo->next = NULL; if(IsEmptyList()==true) head = nuovo; // se lista vuota nuovo = nuova testaelse {
if(head->nome >= nuovo->nome) {
//nuovo nodo precede testa in ord. alf?
curr = head;
// la testa diventa il nodo curr
head = nuovo;
// il nuovo nodo diventa la testa
head->next = curr;
//il puntatore al next di testa è curr
return; }
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Esempio Lista semplice
else {
curr = head;
//nodo fluttuante temporaneo
while(curr != NULL && nuovo->nome>=curr->nome) { // si scorre la lista fino alla fine
prec = curr;
// il nodo temporaneo diventa il nodo precedente
curr = curr->next;
// il puntatore al successivo viene assegnato a temp
} nuovo->next = curr;
// si è trovato il nodo che segue il nodo nuovo
prec->next = nuovo; }}
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Esempio Lista semplice
void RemoveList( ) {
string Nomeins;Node*
curr;
// puntatore temporaneo
Node*
prec;
// puntatore al nodo precedente
bool trovato = false; cout<< “Nominativo da rimuovere”;cin>> Nomeins; if(IsEmptyList()==true) cout<<“La lista è già vuota”<<endl; // lista vuotaelse {
if(head->nome == Nomeins) {
//nome = nome inserito?
trovato = true;
// la testa diventa il nodo curr
curr = head->next;
// il nuovo nodo diventa la testa : si salva head
next
cout<<“Nome eliminato: “<< head->nome <<endl;delete head;head= curr;
// nuova testa è l’elemento successivo
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Esempio Lista semplice
else {
curr = head->next; //nodo fluttuante temporaneoprec = head; while( !trovato && curr != NULL)
// si scorre la lista fino alla fine
if(curr->nome == Nomeins) {
trovato = true;prec->next = curr->next;
// il nodo curr viene bypassato
cout<< “Nome eliminato :”<< curr->nome << endl; delete curr;delete curr; } else {
prec = curr;
// curr diventa il nodo precedente
curr = curr->next;
// curr->next diventa in nuovo curr
} if(! trovato) cout<<“Nome non trovato nella lista”<<endl;; }
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Lista doppiamente linkata
Una lista doppiamente linkata e’ costituita da nodi
Ogni nodo e’ una struttura che contiene
Dati
Un riferimento (puntatore) al nodo successivo
Un riferimento (puntatore) al nodo precedente
Riferimenti esterni
Puntatore al primo elemento della lista:
head
Puntatore al primo elemento della lista in senso opposto:
tail
Un riferimento speciale indica la fine della lista in maniera analoga alle liste semplici
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Liste doppiamente linkate
Struttura logica di una lista doppiamente linkataI terminatori sono due puntatori a NULL
head
NULL
I terminatori sono due puntatori all’elemento stesso
tail
NULL
In una lista circolare i terminatori puntano al capo opposto della lista
head
tail
head
tail
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Esempio lista doppiamenta linkata
Struttura logica di una lista doppiamente linkata non circolare e i terminatori puntatori aNULL
0xBAF
head0xBA
0xBB
NULL
0xBA
0xBAF
0xBB
struct node {
int data;struct node* next;struct node* prev;
0xBB
tail
345 NULL
0xBA
0xBAF
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Esempio lista doppiamenta linkata
Una lista doppia può essere percorsa in due versi:
In avanti, cioè dalla testa verso la coda
Indietro, cioè dalla coda verso la testa
È necessaria una variabile temporanea
curr
per puntare ad un generico elemento
curr = head;curr = curr->next;
// per scorrere in avanti la lista
curr = tail;curr = curr->prev;
// per scorrere all’indietro la lista
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Riepilogo della lezione
Strutture di dati complesse
Array di puntatori
Pila
Coda
Liste linkate semplici
Liste doppiamente linkate
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37
Fine della lezione
Domande?
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