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INFORMATICA Tipi strutturati. © Piero Demichelis 2 Tipi strutturati I tipi considerati finora hanno la caratteristica comune di non essere strutturati:

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1 INFORMATICA Tipi strutturati

2 © Piero Demichelis 2 Tipi strutturati I tipi considerati finora hanno la caratteristica comune di non essere strutturati: ogni elemento è una singola entità. Se il programma deve trattare collezioni di dati, anche se sono dello stesso tipo, a ognuno deve essere associato un identificatore. Supponendo di dover gestire le paghe in una ditta di 3000 dipendenti sarebbe necessario definire 3000 variabili diverse, del tipo: operaio1, operaio2,...., impiegato1, impiegato2,....., ecc.

3 © Piero Demichelis 3 Tipi strutturati I linguaggi ad alto livello permettono di ovviare a questo inconveniente con i tipi strutturati, caratterizzati sia dal tipo dei loro componenti che dai legami strutturali tra i componenti stessi, cioè dal metodo di strutturazione. Il linguaggio C, anche in questo caso, si presenta ambivalente: permette di creare dati aggregati, senza peraltro che questi costituiscano dei tipi nell'accezione classica. Infatti l'organizzazione strutturale dei dati e le modalità di accesso ai singoli elementi che costituiscono la struttura non vengono nascoste all'utente, che invece può interagire con esse in piena libertà.

4 © Piero Demichelis 4 Vettori Il vettore è una collezione di variabili tutte dello stesso tipo (detto appunto tipo base) di lunghezza prefissata. Questa collezione di variabili è individuata da un unico nome, il nome appunto del vettore. Ogni elemento del vettore è detto componente ed è individuato dal nome del vettore seguito da un indice posto tra parentesi quadre. L'indice può essere solo di tipo intero o enumerato e determina la posizione dell'elemento nel vettore.

5 © Piero Demichelis 5 Vettori L'intervallo dei valori assunti dall'indice determina la dimensione del vettore, che deve essere limitata. Definizione generale di vettore: tipo_componente nome_vettore [numero_componenti]; tipo_componente può essere un qualunque tipo semplice, nome_vettore è il nome da attribuire al vettore, numero_componenti, racchiuso tra parentesi quadre, è il numero di elementi che costituiscono il vettore e pertanto deve essere un intero o un'espressione costante di tipo intero.

6 © Piero Demichelis 6 Vettori L'indice del vettore può assumere valori compresi tra 0 e numero_componenti – 1. L'indice corrisponde pertanto alla posizione nel vettore dellelemento a cui è associato, rispetto al primo. Gli elementi del vettore sono memorizzati in celle di memoria contigue (successive)! Vettore a (di 5 elementi): a[0] a[1] a[2] a[3] a[4]

7 © Piero Demichelis 7 Vettori Esempi di definizioni di vettore: #define NUM_MATERIE 20 char s[8]; double giornate[167]; int voti_ottenuti[NUM_MATERIE]; La variabile s è un vettore di 8 elementi: equivale alle 8 variabili di tipo char: s[0], s[1], s[2], s[3], s[4], s[5], s[6], s[7]. La variabile giornate è un vettore di 167 elementi di tipo double il cui indice può variare tra 0 e 166. La variabile voti_ottenuti è un vettore di 20 elementi di tipo intero il cui indice può variare tra 0 e 19.

8 © Piero Demichelis 8 Inizializzazione di un vettore E possibile assegnare un valore iniziale ad un vettore al momento della sua definizione. Loperazione consiste nellindicare i valori degli elementi del vettore separati tra loro da virgola. Sintassi (per un vettore di N elementi): = {,,...,, }; Esempio: int lista[4] = { 2, 0, -1, 5 };

9 © Piero Demichelis 9 Inizializzazione di un vettore NOTA: se vengono specificati meno di N elementi, linizializzazione comincia comunque a partire dal primo valore e lascia non assegnati i rimanenti. Esempi: int s[4] = {2, 0, -1}; /* s[0]=2, s[1]=0, s[2]=-1, s[3]=? */ char p[5] = {a, b, c}; /* p[0]=a, p[1]=b, p[2]=c, p[3]=?, p[4]=? */ double d[2] = {2.56}; /* d[0]=2.56, d[1]=? */

10 © Piero Demichelis 10 Vettori e indici Lindice, che definisce la posizione di un elemento di un vettore, DEVE essere rigorosamente un intero! Può ovviamente anche essere unespressione, più o meno complessa, purché con risultato intero. Esempio: double x, a[30]; /* a vettore di double */ int i, j, k; x = a[2*i+j-k]; /* espressione aritmetica per lindice */

11 © Piero Demichelis 11 Vettori e cicli I cicli sono particolarmente utili per scandire un vettore. Utilizzo tipico: applicazione iterativa di unoperazione sugli elementi di un vettore. Schema: int data[10], ind; for (ind=0; ind<10; ind++) { elaborazione dellelemento data[ind] } Ad ogni ciclo è interessato lelemento individuato dallindice ind.

12 © Piero Demichelis 12 Vettori Non ci sono operatori che agiscono sul vettore nel suo complesso: non è lecito pertanto l'assegnamento di un vettore ad un altro vettore. Se vett_x e vett_y sono vettori, l'istruzione: vett_x = vett_y; è errata anche se vett_x e vett_y sono dello stesso tipo. Per trasferire un vettore in un altro occorre copiare un elemento per volta.

13 © Piero Demichelis 13 Vettori Esempio: copia il vettore vett_iniz nel vettore vett_fin #include #define NUMDATI 5 int vett_iniz[NUMDATI] = {11, -2, -63, 4, 15}; int vett_fin[NUMDATI], indice; main() { for (indice = 0; indice < NUMDATI; indice++) vett_fin[indice] = vett_iniz[indice]; }

14 © Piero Demichelis 14 Vettori Sugli elementi del vettore agiscono gli operatori previsti per il tipo_componente. Pertanto è lecito scrivere: valor_fin = vett_x[m1] + vett_y[m2]; purché, naturalmente, valor_fin, il vettore vett_x e il vettore vett_y siano dello stesso tipo. Il tempo necessario per accedere a un elemento di un vettore è indipendente dal valore dell'indice: il vettore è pertanto una struttura ad accesso casuale

15 © Piero Demichelis 15 Esempio Leggere 10 valori da tastiera e memorizzarli in un vettore; quindi calcolarne il minimo ed il massimo. Pseudocodice: ­ Con un indice ind che varia tra 0 e 9: legge un dato e lo salva in vettdati[ind]; ­ Inizializzo la variabile massimo e la variabile minimo col primo elemento del vettore vettdati[0]; ­ Con un indice ind che varia tra 1 e 9: se vettdati[ind] è più grande di massimo: massimo vettdati[ind]; altrimenti se vettdati[ind] è più piccolo di minimo: minimo vettdati[ind]; ­ Visualizza massimo e minimo

16 © Piero Demichelis 16 Esempio #include #define NUMDATI 10 main() { int minimo, massimo, ind; int vettdati[NUMDATI]; /* lettura dei dati */ for (ind = 0; ind < NUMDATI; ind++) { printf (\nIntroduci vettdati[%d]: ", ind); scanf ("%d", &vettdati[ind]); }

17 © Piero Demichelis 17 Esempio /* cerca il massimo e il minimo */ massimo = vettdati[0]; minimo = vettdati[0]; for (ind = 1; ind < NUMDATI; ind++) { if (vettdati[ind] > massimo) massimo = vettdati[ind]; else { if (vettdati[ind] < minimo) minimo = vettdati[ind]; } printf (\nIl massimo è %d e il minimo è %d\n ", massimo, minimo); }

18 © Piero Demichelis 18 Esempio Scrivere un programma che legga un numero decimale positivo minore di 1024 e lo converta nella corrispondente codifica binaria. Analisi Per convertire in binario puro un numero decimale occorre eseguire una sequenza di divisioni per 2 prendendo i resti (0 oppure 1): occorre dunque un vettore per memorizzare questi resti. Poiché i numeri devono essere compresi tra 0 e 1023 sono sufficienti 10 bit: il nostro vettore sarà pertanto lungo 10 elementi e in ogni elemento memorizzeremo una cifra.

19 © Piero Demichelis 19 Esempio Analisi (continua): I resti ottenuti dalle divisioni per 2 vanno però letti al contrario, conviene pertanto riempire il vettore a partire dallultimo elemento. Per eseguire le divisioni per due è intuitivo che conviene servirsi di un ciclo il quale, ad ogni iterazione, calcola un nuovo bit (resto della divisione per 2). for o while? È pressochè indifferente usare un ciclo for o un ciclo while: occorre però che le inizializzazioni delle variabili siano adattate al ciclo prescelto. Se usiamo il for avremo come dato-guida del ciclo lindice del vettore; Se usiamo il while il dato-guida sarà il resto delle divisioni per 2.

20 © Piero Demichelis 20 Esempio (con while) #include main() { int ind, numero, num; int binario[10]; /* inizializza il vettore risultato con tutti zeri */ for (ind = 0; ind < 10; binario[ind++]=0); /* equivale a : for (ind=0; ind<10; ind++) binario[ind] = 0; */ printf (\nIntroduci un numero intero positivo minore di 1024: "); scanf ("%d", &numero);

21 © Piero Demichelis 21 Esempio (con while) if ((numero >= 0) && (numero < 1024)) { num = numero; /* num è il dato-guida del ciclo */ ind = 9; while (num != 0) /* finché num è diverso da 0! */ { binario[ind] = num % 2; /* calcola un nuovo bit */ num /= 2; /* aggiorna num per il prossimo ciclo */ ind--; /* aggiorna lindice del vettore */ } printf ("\nConversione del numero %d: ", numero); for (ind=0; ind<10; ind++) /* Visualizza il vettore: */ printf ("%1d",binario[ind]); /* un bit per volta */ } else printf (\nNumero non lecito!); }

22 © Piero Demichelis 22 Esempio (con for) #include main() { int ind, numero, num; int binario[10]; /* non è necessario inizializzare il vettore in quanto il ciclo for deve */ /* scrivere comunque tutti gli elementi del vettore */ printf (\nIntroduci un numero intero positivo minore di 1024: "); scanf ("%d", &numero);

23 © Piero Demichelis 23 Esempio (con for) if ((numero >= 0) && (numero < 1024)) { num = numero; for (ind = 9; ind >= 0; ind--) /* con un indice che va da 9 a 0 */ { binario[ind] = num % 2; /* calcola un nuovo bit */ num /= 2; /* aggiorna num per il prossimo ciclo */ } printf ("\nConversione del numero %d: ", numero); for (ind = 0; ind < 10; ind++) /* Visualizza il vettore: */ printf ("%1d",binario[ind]); /* un bit per volta! */ } else printf (\nNumero non lecito!); }

24 © Piero Demichelis 24 Vettori Quando si definisce un vettore il compilatore riserva unarea di memoria sufficiente per contenerlo e associa l'indirizzo iniziale di quell'area al nome simbolico (identificatore) da noi scelto per il vettore. Pertanto il nome vett_dati non è una vera e propria variabile, ma piuttosto un puntatore : in pratica vett_dati è l'indirizzo di memoria del primo elemento del vettore cioè l'indirizzo di vett_dati[0]. Ecco perché è errata l'istruzione: voti_ottenuti = voti_semestre;

25 © Piero Demichelis 25 Vettori multidimensionali Il concetto di vettore come collezione di elementi consecutivi, può essere esteso immaginando che gli elementi siano a loro volta dei vettori: si ottiene così un vettore multidimensionale o matrice. La definizione di matrice ricalca pienamente quella del vettore: tipo_comp nome [dim1] [dim2] ; tipo_comp può essere un qualunque tipo semplice, dim1, dim2, ecc.; racchiusi tra parentesi quadre, definiscono il numero di elementi di ogni dimensione.

26 © Piero Demichelis 26 Vettori multidimensionali a[0][0]a[1][0]a[2][0]a[3][0]a[4][0] a[0][1]a[1][1]a[2][1]a[3][1]a[4][1] a[0][2]a[1][2]a[2][2]a[3][2]a[4][2] a int a[3][5]; a[0] a[1] a[2] Esempio: matrice bidimensionale di numeri interi formata da tre righe e 5 colonne:

27 © Piero Demichelis 27 Vettori multidimensionali Accesso ad un elemento: [ ] [ ] Per esempio matrix [10][20][15] individua l'elemento di coordinate rispettivamente 10, 20 e 15 nella matrice a 3 dimensioni matrix. Inizializzazione di un vettore multidimensionale: ­ deve essere effettuata per righe! int vett[3][2] = {{8,1}, /* vett[0] */ {1,9}, /* vett[1] */ {0,3} /* vett[2] */ };

28 © Piero Demichelis 28 Vettori multidimensionali e cicli Per un vettore a più dimensioni, la scansione va applicata a tutte le dimensioni: in questo caso si devono in genere utilizzare cicli annidati. Esempio: elaborazione degli elementi di un vettore bidimensionale. int vett [3][5]; … for (i = 0; i < 3; i++) { /* per ogni riga */ for (j = 0; j < 5; j++) { /* per ogni colonna */... elaborazione su vett[i][j] }

29 Stringhe

30 © Piero Demichelis 30 Vettori di caratteri: le stringhe Le variabili di tipo char possono contenere un solo carattere: per trattare sequenze di caratteri come nomi o, più in generale, testi il C prevede le stringhe. Differentemente dagli altri tipi di dato (intero, reale, ecc.) per le stringhe non è sempre possibile fissare a priori le dimensioni: la loro caratteristica peculiare è proprio la lunghezza variabile. Per gestire dati di questo tipo occorrerebbe l'allocazione dinamica della memoria, in modo da riservare tutta e solo la memoria che serve.

31 © Piero Demichelis 31 Vettori di caratteri: le stringhe Il C prevede per le stringhe un vettore di caratteri, il quale deve quindi avere una lunghezza massima prefissata. All'interno di questo vettore, la lunghezza reale della stringa è determinata dalla presenza di un carattere delimitatore particolare, '\0', detto anche NULL. Come per i tipi base, anche per le stringhe è prevista una notazione particolare per indicarne i valori: la sequenza di caratteri deve essere delimitata da una coppia di doppi apici (").

32 © Piero Demichelis 32 Stringhe Esempio: const char s[6] = Ciao!; Il messaggio è lungo solo 5 caratteri, ma deve essere riservato un carattere in più per il terminatore di stringa, che deve essere sempre presente e viene forzato automaticamente dal linguaggio C. Il vettore può essere definito più lungo, con gli ultimi elementi indefiniti, ma non più corto. NOTA: la stringa vuota non è un vettore vuoto! char s[] = ; Ciao!\0 s[0] s[1] s[2] s[3] s[4] s[5] \0 s[0] \0 s[0]

33 © Piero Demichelis 33 Stringhe Per la definizione di una stringa si può anche utilizzare la direttiva define: #define MESSAGGIO Ciao!; Attenzione infine a non confondere variabili di tipo carattere con stringhe: per esempio, 'C' rappresenta un unico carattere che è memorizzato in un'unica cella. "C" rappresenta invece una stringa che è memorizzata in due celle consecutive che contengono i caratteri 'C' e '\0'.

34 © Piero Demichelis 34 Stringhe Un vettore di nomi si realizza mediante una matrice di tipo carattere dove ogni riga (vettore) contiene un nome. Ad esempio, per memorizzare i nomi dei giorni della settimana, si può procedere così: const char giorni[7][10] = {"lunedì", "martedì", "mercoledì", "giovedì", "venerdì", "sabato", "domenica"}; dove la dimensione dei singoli vettori (tutti i vettori!), cioè 10, è determinata sommando 1 alla lunghezza del nome più lungo (mercoledì). Pertanto un vettore di stringhe è in realtà una matrice di caratteri!

35 © Piero Demichelis 35 Stringhe martedì\0 lunedì mercoledì giovedì venerdì sabato domenica giorni[0] giorni[1] giorni[2] giorni[3] giorni[4] giorni[6] giorni[5] \0

36 © Piero Demichelis 36 I/O di stringhe Le stringhe possono comparire come argomento di printf e scanf: per esse si utilizza lo specificatore di formato %s. In particolare la printf, quando trova nel format lo specificatore %s, interpreta i valori contenuti nella variabile corrispondente (che devessere un vettore di caratteri!) come caratteri e li visualizza finché non trova un carattere '\0'. Se non è presente il carattere terminatore la printf continua loutput oltre i confini del vettore fino a che non incontra un '\0 (ovvero una cella di memoria che contiene 0!). Come per gli altri specificatori, anche in %s si può specificare la lunghezza del campo e gli altri attributi di allineamento.

37 © Piero Demichelis 37 Esempio Programma per visualizzare i giorni della settimana, uno per riga, allineati a sinistra (flag - ) in un campo di 15 caratteri. #include const char giorni[7][10] = { "lunedì", "martedì", "mercoledì", "giovedì", "venerdì", "sabato", "domenica"}; main() { int indice; printf ("\nI giorni della settimana sono:\n"); for (indice = 0; indice < 7; indice++) printf ("%-15s\n", giorni[indice]); }

38 © Piero Demichelis 38 Lettura di stringhe La scanf, quando trova nel format lo specificatore %s, attua un meccanismo di lettura simile a quello usato per i numeri: scarta tutti gli spazi neutri iniziali (spazio,,, ecc.), legge i caratteri successivi scrivendoli in locazioni consecutive del vettore indicato e si ferma non appena incontra un altro carattere appartenente alla categoria degli spazi neutri, chiudendo la stringa appena generata nel vettore con il carattere NULL. E importante quindi che nella stringa non siano presenti spazi e che il vettore destinazione sia dimensionato opportunamente poiché, come sempre in C, non ci sono controlli sugli indici.

39 © Piero Demichelis 39 Lettura di stringhe Il fatto che non ci siano controlli sul numero di caratteri introdotti, ad esempio da tastiera, può provocare danni collaterali non trascurabili: infatti la lettura prosegue fino al primo spazio neutro in ogni caso e i caratteri letti vengono memorizzati consecutivamente come se la stringa fosse stata dimensionata in modo corretto anche quando è più corta di quanto sarebbe necessario. I caratteri in eccesso e il NULL vengono comunque memorizzati e possono pertanto andare a ricoprire aree di memoria riservate ad altri dati sporcandoli irrimediabilmente. Poiché il nome della stringa è proprio lidirizzo del vettore di caratteri associato nella scanf non si deve usare il carattere & prima del nome.

40 © Piero Demichelis 40 Esempio Esempio: programma per leggere i nomi (lunghi al massimo 20 caratteri) e le altezze (in cm) di 10 persone e successivamente visualizzarli incolonnati. #include #define NUM_NOMI 10 #define L_STRING 21 main() { /* Definizioni */ char nome[NUM_NOMI][L_STRING]; int altezza[NUM_NOMI]; int ind;

41 © Piero Demichelis 41 Esempio printf (\nIntroduci il nome e l'altezza di 10 persone:\n"); for (ind = 0; ind < NUM_NOMI; ind++) { printf (\nPersona N. %2d: ", (ind + 1)); /* indice a partire da 1 */ scanf ("%s%d", nome[ind], &altezza[ind]); } printf("\n Nome Altezza"); for (ind = 0; ind < NUM_NOMI; ind++) { printf (\nPersona N. %4d: %-20s %3d", (ind + 1), nome[ind], altezza[ind]); }

42 © Piero Demichelis 42 Confronto tra stringhe Poiché le stringhe sono vettori, non è lecito assegnare una stringa ad un'altra. Pertanto il frammento di programma che segue è errato: char messag[16]; messag = "Errore nei dati"; Anche il confronto tra stringhe non può essere effettuato mediante un'unica istruzione, come invece avviene per i singoli caratteri, ma occorre confrontare col criterio opportuno i singoli elementi delle due stringhe.

43 © Piero Demichelis 43 Confronto tra stringhe: esempio Programma che legge da tastiera due parole (lunghe al più 20 caratteri) e verifica se sono uguali o diverse. #include #define VERO 1 #define FALSO 0 main() { char parola1[21], parola2[21]; int ind, uguali; printf (\nIntroduci la prima parola: ); scanf (%s, parola1); printf (\nIntroduci la seconda parola: ); scanf (%s, parola2);

44 © Piero Demichelis 44 Confronto tra stringhe: esempio /* verifica se sono uguali */ uguali = VERO; /* ipotizza che siano uguali */ ind = 0; while (uguali && (ind < 20) && (parola1[ind] != \0)) { if (parola1[ind] != parola2[ind]) uguali = FALSO; ind++; } if (uguali) printf (\nLe parole introdotte sono uguali); else printf (\nLe parole introdotte sono diverse); }

45 © Piero Demichelis 45 Confronto tra stringhe Essendo i caratteri interpretati come numeri interi, è lecito confrontarli tra loro per stabilire la precedenza alfabetica mediante una espressione relazionale. 0 < 1 < 2 <.... < A < B < C <.....< Z..... < a < b < c <....< z Poiché le stringhe sono vettori di caratteri, e quindi composte da elementi di tipo char, è lecito stabilire lordine alfabetico di due stringhe confrontandole fra loro carattere per carattere. Esempio: programma che legge da tastiera due parole e stabilisce lordine alfabetico.

46 © Piero Demichelis 46 Confronto tra stringhe: esempio #include #define VERO 1 #define FALSO 0 main() { char parola1[21], parola2[21]; int ind, finito, prima1; printf ("\nIntroduci la prima parola: "); scanf ("%s", parola1); printf ("\nIntroduci la seconda parola: "); scanf ("%s", parola2); finito = FALSO; /* segnala fine dei confronti! */ ind = 0;

47 © Piero Demichelis 47 Confronto tra stringhe: esempio while (!finito && (ind < 20)) { if (parola1[ind] == parola2[ind]) /* caratteri uguali: nessuna decisione */ ind++; else { if(parola1[ind] < parola2[ind]) prima1 = VERO; /* parola1 precede parola2 */ else prima1 = FALSO; /* parola2 precede parola1 */ finito = VERO; /* caratteri diversi: fine dei confronti */ } if (prima1) printf ("\n%s precede %s", parola1, parola2); else printf ("\n%s precede %s", parola2, parola1); }


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