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Algoritmos e Estruturas de Dados
Prof. Patrick Pedreira
Ponteiros Ponteiros
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Alocação estática
Estruturas de tamanho predefinido
os valores sempre foram definidos na construção do programa ou em tempo de compilação.
Esse tipo de alocação pode implicar desperdício de recursos
nem sempre é possível determinar qual o espaço necessário para armazenar todas as informações que o programa utilizará.
Por exemplo, armazenar dados dos alunos de uma sala de aula
Perda de espaço em caso de super-dimensionamento das necessidades de armazenamento ou em caso de subestimar o tamanho necessário para armazenar os dados.
Por isso, geralmente os programadores preferem superestimar o tamanho dos vetores, mesmo que isso signifique perda de espaço.
Chamamos esse tipo de alocação de estática.
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Alocação Dinâmica
Na alocação dinâmica, os espaços são alocados
durante a execução do programa.
conforme o programa necessitar de memória, alocará os espaços.
Não há reserva antecipada de espaço, pelo contrário, o espaço é ocupado sob demanda.
Com essa abordagem, resolvemos o principal problema encontrado na alocação estática: o dimensionamento de espaço.
- Como não precisamos determinar o tamanho das estruturas, não corremos o risco de subestimá-las. Conseqüentemente, também não precisaremos superestimar o tamanho dos vetores por precaução.
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Definição de ponteiros
Ponteiros (ou apontadores) são variáveis que
armazenam um endereço de memória.
Portanto, podemos considerar endereços de memória
como um tipo de dados.
Quando utilizamos outros tipos de variáveis,
trabalhamos com o conteúdo de um endereço de
memória.
Já com os ponteiros, acessamos o próprio endereço da memória, e não seu conteúdo.
Os ponteiros apontam para uma variável de um
determinado tipo. Assim, podemos ter ponteiros para
variáveis inteiras, caracteres, booleanas ou reais.
Sintaxe
*: <tipo da variável apontada>
Exemplos: *p1: real; *p2: inteiro; *p3: caractere;
O simbolo * indica que a variável é um ponteiro.
Na passagem de parâmetros por referência, já
trabalhamos com ponteiros, pois o endereço da
variável era passado na ativação do módulo, e não
seu conteúdo. Exemplo:
Ordena(ref v1, ref v2, tp);
A declaração do ponteiro pode ser vista no cabeçalho
do módulo Ordena:
booleano Ordena(ref valor1: real, ref valor2: Real, opção: inteiro)
Porém, na passagem de parâmetros por
referência (exemplo anterior) não deixamos
explícito a utilização dos ponteiros.
Essa abordagem que também é utilizada em
algumas linguagens de programação, como
Pascal.
Já a linguagem C implementa a passagem de
parâmetros por referência explicitamente por
meio de ponteiros.
“Mas qual a relação entre os ponteiros e a
alocação dinâmica?”.
Na passagem de parâmetros por referência, não há
alocação dinâmica, pois a variável passada como
argumento na ativação já estava alocada
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Porém, em qualquer outra situação diferente da passagem de parâmetros por referência, necessitaremos de um passo intermediário para utilizar os ponteiros.
Isto ocorre porque os ponteiros, quando declarados, apontam para uma área não determinada/reservada da memória.
Para que o ponteiro possa apontar para uma área utilizável, é necessário alocar tal área. Essa alocação é feita por meio do comando aloque:
aloque()
ApApóós a execus a execuçção do comandoão do comando aloque aloque,, o ponteiro passaro ponteiro passaráá aa apontar para uma apontar para uma áárea definida da memrea definida da memóória capaz de armazenarria capaz de armazenar uma vari uma variáável de determinado tipo. Vejamos:vel de determinado tipo. Vejamos: *p1: real; *p1: real; *p2: inteiro; *p2: inteiro; *p3: caractere; *p3: caractere; aloque(p1); aloque(p1); {aloca o espa{aloca o espaçço para o ponteiro p1 definido acima}o para o ponteiro p1 definido acima} aloque(p2); aloque(p2); aloque(p3); aloque(p3);
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Quando utilizamos o comando aloque , estamos implementando a alocação dinâmica propriamente dita.
Quando o programa executar o comando, será reservado o espaço solicitado para uso e não no início da execução do programa.
Caso a linha que contenha o comando aloque não seja executada, tal área não será alocada.
Para acessar o conteúdo apontado pelo ponteiro, é necessário utilizar o símbolo “*”
*p110.3;
*p25;
*p3‘a’;
O ponteiro precedido pelo caractere * funciona exatamente como uma variável.
Não poderemos inserir valores de tipos incompatíveis nos espaços apontados pelos ponteiros: *p2: inteiro; aloque(p2); *p2‘a’; { Errado } *p25; { Certo }
Podemos também definir um tipo ponteiro
Podemos utilizar dentro dos registros campos que sejam ponteiros
Neste exemplo, acessamos os campos do segundo registro alocado por meio do encadeamento do ponteiro para o registro (Aluno1) com o campo ponteiro dentro do registro (Prox): Aluno1->Prox->matricula
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Podemos atribuir uma variável ponteiro a outra:
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Nesse trecho de cNesse trecho de cóódigo,digo,
alocamos informaalocamos informaççõesões referentes a dois alunos.referentes a dois alunos. Entretanto, ao atribuirmosEntretanto, ao atribuirmos
Aluno1Aluno1-->>ProxProx^ a Aluno1 (linhaa Aluno1 (linha 6), perdemos o endere6), perdemos o endereçço doo do aluno com matraluno com matríícula 28322 ecula 28322 e não temos mais como recupernão temos mais como recuperáá--
lo. Por isso, temos de tomarlo. Por isso, temos de tomar cuidado especial com esse tipocuidado especial com esse tipo de situade situaçção.ão.
Um problema comum na utilização de ponteiros
é a perda de um endereço utilizado e, por
consequência, de seu conteúdo
Estrutura vista
Estruturas de dados avançadas
Várias estruturas de dados podem ser representadas
tanto de forma estática como dinâmica.
Ambas as formas têm suas vantagens e desvantagens.
Ao criarmos uma estrutura de dados e um conjunto de
operações que se definem sobre essa estrutura,
podemos considerar, conceitualmente, que temos um
tipo. Porém, não é um tipo implementado diretamente
na linguagem de programação, mas um tipo abstrato
de dados (TAD).
A seguir, as operações que estudaremos sobre as
estruturas definidas:
1. Iniciação
2. Inserção
3. Remoção
4. Busca
5. Término
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Listas estáticas e dinâmicas
As listas consistem em um conjunto de elementos do
mesmo tipo.
Exemplo: uma lista de livros
Uma lista de livros estática pode ser representada por
meio de um vetor de registros, e cada registro
representa um livro
Uma boa analogia seria imaginarmos uma estante de livros. Para armazenarmos livros em nossa casa, a solução mais óbvia seria a utilização de uma estante. Então, após estimarmos a quantidade de livros que teremos, compramos uma estante que seja capaz de guardá-los em qualquer momento, mesmo que no início tenhamos pouca quantidade deles.
Esta abordagem é bastante simples e intuitiva. As desvantagens iniciais são: problemas na estimativa do espaço
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Listas estáticas e dinâmicas
Em uma lista dinâmica, não temos esse tipo de
problema.
Arranjamos espaço conforme precisamos, ou conforme compramos um livro.
O problema maior é: como encontrar o livro, já que
não temos estante?
Para isso, utilizamos o ponteiro, que indica a posição (endereço) do próximo item da lista. É como se ao final de cada livro a última página indicasse o lugar (ou endereço) do próximo livro.
Se mantivermos esse padrão, poderemos encontrar qualquer livro que queiramos seguindo a “corrente” estabelecida.
Este mecanismo pode funcionar muito bem, mas para que não tenhamos problemas, precisamos ser bastante metódicos. Por exemplo, se retirarmos um livro e não o colocarmos no local inicial, quebraremos a corrente e não poderemos mais encontrar nenhum outro livro na seqüência.
Inserção de um item na lista
Em uma lista, podemos inserir itens em qualquer posição.
Estática
a inserção em uma lista estática implica o deslocamento de todos os outros itens da lista.
Caso o item inserido esteja na última posição, não haverá problemas.
Caso seja o primeiro elemento, toda a lista precisará ser deslocada, o que representa alto custo
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Dinâmica
a inserção em uma lista dinâmica consiste apenas no
rearranjo dos ponteiros envolvidos. Porém, o
principal custo é a busca pela posição onde o novo
elemento será inserido.
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Busca de um elemento na lista
A busca será feita pela chave do registro (no caso o ISBN do livro)
Estática
Nesta implementação, o módulo retornará a posição do item. Caso o item não exista na lista, será retornado o valor -1.
Dinâmica
Nesta implementação o ponteiro para o item será retornado. Caso o item não exista, será retornado o valor nulo.
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Remoção de um elemento da lista
A remoção consiste na eliminação do registro em questão. Encontraremos o registro a ser removido pelo ISBN.
Estática
É necessário o movimento inverso ao da inserção.
Deve ser feito o deslocamento dos elementos para preencher o espaço agora vago na lista, que tem um custo computacional similar ao da inserção.
Também é necessário atualizar qual o última posição da lista
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