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Fondamenti di Informatica I a.a. 2008-09 1 Il linguaggio C Le strutture Le unioni Le liste concatenate Allocazione dinamica Creazione e aggiunta di un.

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1 Fondamenti di Informatica I a.a Il linguaggio C Le strutture Le unioni Le liste concatenate Allocazione dinamica Creazione e aggiunta di un nuovo elemento alla lista Inserimento e cancellazione di elementi La ricerca di un elemento C L a n g u a g e

2 Fondamenti di Informatica I a.a Le strutture

3 Fondamenti di Informatica I a.a Introduzione Gli array sono uno strumento adeguato per il trattamento di insiemi di variabili di uno stesso tipo strutturarecord Quando i tipi di dati, che devono essere logicamente aggregati, sono distinti, è necessario usare il tipo struttura (o record) unione record a lunghezza variabile Lulteriore tipo composto unione consente di interpretare il contenuto delle stesse locazioni di memoria con modalità diverse (è la realizzazione del concetto di record a lunghezza variabile)

4 Fondamenti di Informatica I a.a Le strutture 1 Esempio Esempio: Supponiamo di voler memorizzare, relativamente a ciascun abitante di un dato comune, nome e cognome, data di nascita e codice fiscale: Nome e cognome costituiscono un array di caratteri La data è composta da tre numeri interi, che descrivono giorno, mese ed anno Il codice fiscale è un array di 16 caratteri (15 per il codice ed uno per il carattere nullo di terminazione) Le informazioni non possono essere collezionate in un unico array di caratteri, perché sono disomogenee

5 Fondamenti di Informatica I a.a Le strutture 2 Possibile soluzione Possibile soluzione: memorizzare le informazioni in variabili distinte struttura Unorganizzazione più naturale consiste nella definizione di una variabile che contenga tutti i dati relativi ad una persona: utilizzando un tipo struttura campi nomi Una struttura è simile ad un array, ma è costituita da campi (piuttosto che da elementi) che sono identificati da nomi (piuttosto che da indici) e possono contenere informazione di tipo diverso Le informazioni relative ad una persona sono sparse per la memoria char name[20], fiscode[16]; short day, month, year;

6 Fondamenti di Informatica I a.a Le strutture 3 schema vitalstat vs structvitalstat Vi sono due dichiarazioni: la prima contiene lo schema della struttura vitalstat, la seconda dichiara una variabile vs di tipo struct vitalstat Nota Nota: includere un prefisso nei nomi dei campi, per distinguerli da campi di strutture diverse struct vitalstat { char vs_name[20], vs_fiscode[16]; short vs_day, vs_month, vs_year; }; struct vitalstat vs; vs Lallocazione della struttura vs sulla macchina di riferimento presuppone che i campi siano memorizzati consecutivamente, nellordine in cui sono dichiarati, ma non necessariamente in maniera contigua Esempio vs_fiscode[] vs_year[] vs_name[] vs_day[] vs_month[]

7 Fondamenti di Informatica I a.a Le strutture 4 vitalstatetichettatagstruct vitalstat Il nome vitalstat è unetichetta (o tag) e struct vitalstat rappresenta un nuovo tipo di dati definito dallutente, per il quale non viene riservata memoria Letichetta può essere utilizzata ogni volta che è necessario creare ulteriori variabili che contengono gli stessi campi La sintassi della dichiarazione di una struttura può assumere diverse forme: Dichiarazione delletichetta e uso delletichetta per definire le variabili Dichiarazione delletichetta e uso delletichetta (insieme alla parola chiave struct) per definire le variabili Uso di typedef per definire un particolare tipo struttura struct vitalstat vsa[1000], *pvs; pvs &vsa[10];

8 Fondamenti di Informatica I a.a Le strutture 5 Il nome di tipo è scritto maiuscolo, per distinguerlo dai nomi di etichette e variabili typedef Unetichetta o un typedef consentono di definire una sola volta lo schema di una struttura, per dichiarare variabili del tipo struttura quando necessario typedef struct { char vs_name[20], vs_fiscode[16]; short vs_day, vs_month, vs_year; } VITALSTAT; file header Le dichiarazioni di struttura sono normalmente raggruppate in file header, così da poter essere accedute da più file sorgente VITALSTAT struct Il tipo VITALSTAT rappresenta lintera struttura, compresa la parola chiave struct

9 Fondamenti di Informatica I a.a Linizializzazione delle strutture Una struttura può essere inizializzata facendo seguire al nome della variabile di tipo struttura il simbolo di uguale e la lista dei valori iniziali racchiusi tra parentesi graffe Ogni valore iniziale deve essere dello stesso tipo del corrispondente campo della struttura typedef Un valore iniziale non può essere incluso in una dichiarazione che contiene solo unetichetta o un typedef, poiché tali dichiarazioni definiscono lo schema della struttura, ma non riservano memoria VITALSTAT vs {Marco Rossi, MRCRSS89C23D612K, 23, 3, 1989 }; typedef struct { int a; float b; } s {1, 1.0}; /* non ammesso */

10 Fondamenti di Informatica I a.a Laccesso ai campi della struttura Esistono due modalità diverse di accesso ai campi di una struttura, dipendenti dalla modalità di accesso alla struttura, diretta o mediante puntatore. Nel caso di accesso diretto alla struttura, si usano il nome della struttura ed il nome del campo, separati dalloperatore punto. > Nel caso di accesso tramite puntatore alla struttura, si usa loperatore freccia destra >, formato dalla concatenazione del segno meno e del simbolo maggiore Loperatore > è una forma abbreviata per accedere allindirizzo contenuto nel puntatore e quindi applicare loperatore punto VITALSTAT *pvs; … … … pvs >vs_day 23; pvs >vs_month 3; pvs >vs_year 1989; pvs >vs_day è equivalente a (*pvs).vs_day vs.vs_day 23; vs.vs_month 3; vs.vs_year 1989;

11 Fondamenti di Informatica I a.a Gli array di strutture include v_stat.h /* file header che contiene la dichiarazione typedef VITALSTAT */ int agecount(vsa, size, low_age, high_age, current_year) VITALSTAT vsa[]; int size, low_age, high_age, current_year; { int age, count 0; VITALSTAT *p vsa, *p_last &vsa[size]; for (; pvs_year; if ((age > low_age) && (age < high_age)) count ; } return count; } Esempio Esempio: Funzione che calcola il numero di persone con età compresa in un intervallo specificato pp_last vsa Le variabili locali p e p_last sono state introdotte per mantenere invariato il valore del parametro formale vsa (che altrimenti potrebbe essere usato direttamente nel ciclo) typedef Gli array di strutture vengono dichiarati facendo precedere al nome dellarray il nome typedef della struttura

12 Fondamenti di Informatica I a.a Le strutture innestate 1 struttura innestata Una struttura innestata è una struttura in cui almeno uno dei campi è, a sua volta, una struttura Le strutture innestate sono comuni in C perché consentono di creare gerarchie di dati typedef struct { char day; char month; short year; } DATE; typedef struct { char vs_name[20], vs_fiscode[16]; DATE vs_birth_date; } VITALSTAT; typedef struct { char vs_name[20], vs_fiscode[16]; struct vs_birth_date { short vs_day; short vs_month; short vs_year; }; } VITALSTAT; vsVITALSTAT Per identificare lanno di nascita in una struttura vs dichiarata VITALSTAT, si deve scrivere vs.vs_birth_date.vs_year

13 Fondamenti di Informatica I a.a Le strutture innestate 2 Una struttura innestata viene inizializzata racchiudendo i valori iniziali fra parentesi graffe nesting Non esistono limiti al numero di livelli di nesting delle strutture, anche se i riferimenti agli elementi diventano sempre più difficili da leggere perché contengono i nomi di tutte le strutture intermedie typedef struct { DATE d; char event[20]; } CALENDAR; CALENDAR holiday {{25, 12, 2009}, Natale};

14 Fondamenti di Informatica I a.a Le strutture contenenti puntatori a sé stesse 1 Le strutture e le unioni non possono contenere istanze di sé stesse, ma possono contenere puntatori a sé stesse Il compilatore consente di dichiarare un puntatore ad una struttura prima che sia stata dichiarata la struttura struct s { int a, b; float c; struct s *pointer_to_s; };

15 Fondamenti di Informatica I a.a Le strutture contenenti puntatori a sé stesse 2 riferimento in avanti Il riferimento in avanti a strutture (e unioni) è uno dei pochi casi nel linguaggio C in cui un identificatore può essere utilizzato prima di essere dichiarato typedef Il riferimento in avanti non è ammesso con la definizione di tipo (typedef) typedef struct neg { int a; FOO *p; /* errato perché FOO non * è ancora stato dichiarato */ } FOO;

16 Fondamenti di Informatica I a.a Lallineamento dei campi delle strutture 1 char Alcune architetture (come i processori Motorola) richiedono che ogni oggetto di dimensioni superiori ad un char venga memorizzato in locazioni di memoria con indirizzo pari spazi vuoti I problemi di allineamento non sono normalmente visibili al programmatore, ma possono creare spazi vuoti allinterno delle strutture struct align_examp { char mem1; short mem2; char mem3; } s1; mem1mem2mem3 mem1mem2 mem3 spazio vuoto Allocazione con restrizioni di allineamento Allocazione senza restrizioni di allineamento

17 Fondamenti di Informatica I a.a Gli spazi vuoti vengono eliminati da una redistribuzione delle dichiarazioni degli elementi Poiché le strutture possono essere memorizzate in modi diversi sui diversi calcolatori, è necessario accedervi con modalità portabili allineamento naturale Lallineamento naturale (tutti gli oggetti di 2 byte iniziano da indirizzi pari, gli oggetti di 4 byte a indirizzi divisibili per quattro, etc.) è il requisito più stringente imposto dai calcolatori Se la struttura è allineata in modo naturale è portabile Lallineamento dei campi delle strutture 2 struct align_examp { char mem1, mem3; short mem2; } s1;

18 Fondamenti di Informatica I a.a Esistono due modalità per passare strutture come argomenti di funzione: per valore Passaggio della struttura vera e propria, per valore per indirizzo Passaggio di un puntatore alla struttura, per indirizzo Il passaggio per indirizzo è più efficiente perché solo il puntatore viene copiato nellarea di memoria degli argomenti, mentre il passaggio per valore richiede la copia dellintera struttura Il passaggio di strutture come parametri di funzione 1 VITALSTAT vs; … … … func1(vs); /* Passaggio per valore */ … … … func2(&vs); /* Passaggio per indirizzo */

19 Fondamenti di Informatica I a.a Le strutture dovrebbero essere passate per valore solo se… …la struttura è molto piccola (di dimensione paragonabile al puntatore) …è necessario garantire che la funzione chiamata non ne alteri il contenuto originale In dipendenza della modalità di passaggio prescelta, occorre dichiarare il parametro allinterno della funzione come struttura o come puntatore a struttura La scelta della modalità di passaggio dei parametri struttura definisce gli operatori da impiegare allinterno della funzione chiamata (il punto se la struttura è passata per valore, la freccia destra se è passata per indirizzo) Il passaggio di strutture come parametri di funzione 2 func2(pvs) VITALSTAT *pvs; /* largomento è un * puntatore a * struttura */ func1(vs) VITALSTAT vs; /* largomento è * una struttura */

20 Fondamenti di Informatica I a.a Il passaggio di strutture e di array come parametri di funzione 1 Le modalità per il passaggio di strutture e di array come parametri di funzione non sono omogenee Per passare un array, si specifica il solo nome dellarray senza indici: il compilatore interpreta il nome come un puntatore al primo elemento dellarray, che viene passato per indirizzo Non è possibile passare un array per valore, se non includendolo in una struttura passata per valore Per le strutture, il nome viene interpretato come lintera struttura Applicando la stessa sintassi si ottiene una semantica diversa int ar[100]; struct tag st; … … … funcv(ar); /* viene passato un puntatore al primo elemento di ar[] */ … … … funcs(st); /* viene passata lintera struttura */

21 Fondamenti di Informatica I a.a Il passaggio di strutture e di array come parametri di funzione 2 La stessa inconsistenza si riproduce anche allinterno delle funzioni Le due versioni basate su array sono equivalenti: Le due versioni basate su strutture non lo sono: funcs1(st) struct tag st; /* st è una struttura completa */ funcs2(st); struct tag *st; /* st è un puntatore a struttura */ funcv(ar) int ar[]; /* ar viene convertito in puntatore ad intero */ funcv(ar); int *ar; /* ar è un puntatore ad intero */

22 Fondamenti di Informatica I a.a Le funzioni possono restituire strutture o puntatori a strutture La dichiarazione del tipo di dato restituito da una funzione deve essere concorde con il valore effettivamente restituito Generalmente, è preferibile restituire puntatori a strutture per motivi di efficienza Se si restituisce un puntatore a struttura, la struttura deve avere durata fissa, perché altrimenti non sarebbe più accessibile al termine della funzione La restituzione di strutture è particolarmente utile quando si voglia comunicare allesterno più di un valore Strutture restituite da funzioni 1

23 Fondamenti di Informatica I a.a include define TOO_LARGE 100 /* dipendente dalla macchina */ define NULL (void *) 0 typedef struct { double sine, cosine, tangent; } TRIG; TRIG *get_trigvals(radian_val) double radian_val; { static TRIG result; /* se radian_val è troppo grande, i valori sin, cos, tan non sono significativi */ if (radian_val > TOO_LARGE) { printf(Valore di ingresso troppo grande); return NULL; } result.sine sin(radian_val); result.cosine cos(radian_val); result.tangent tan(radian_val); return (&result); } 23 Strutture restituite da funzioni 2

24 Fondamenti di Informatica I a.a Lassegnamento di strutture Lo standard ANSI consente di assegnare una struttura ad una variabile struttura dello stesso tipo struct { int a; float b; } s1, s2, sf(), *ps; … … … s1 s2; s2 sf(); ps &s1; s2 *ps; … … …

25 Fondamenti di Informatica I a.a Le unioni

26 Fondamenti di Informatica I a.a Le unioni 1 Le unioni consentono agli elementi di sovrapporsi luno sullaltro per condividere la stessa area di memoria Esempio Esempio: Il compilatore riserva sempre una quantità di memoria sufficiente allelemento più grande e tutti gli elementi iniziano allo stesso indirizzo typedef union { struct { char c1, c2; } s; long j; float x; } U; x j c1 c

27 Fondamenti di Informatica I a.a Esempio sulle unioni 1 I dati viaggiano sulla linea un byte alla volta; le unioni consentono di raggruppare i byte in modo tale che possano essere ricostruiti nella loro forma originale get_byte() Sia get_byte() una funzione che restituisce un singolo byte prelevato da un dispositivo di comunicazione double get_byte() Un valore double a otto byte può essere estratto dal dispositivo mediante otto chiamate successive alla funzione get_byte()

28 Fondamenti di Informatica I a.a Esempio sulle unioni 2 double val I caratteri ricevuti vengono memorizzati in elementi successivi di c[ ]: il valore del numero double si ottiene accedendo al campo val dellunione Laccesso ai campi di ununione non ha impatto alcuno sui bit contenuti in memoria (non si effettuano conversioni di tipo): il compilatore interpreta in modo diverso gli stessi bit union doub { char c[8]; double val; }; double get_double() { extern char get_byte(); int j; union doub d; for (j 0; j<8; j ) d.c[j] get_byte(); return d.val; }

29 Fondamenti di Informatica I a.a Le liste concatenate

30 Fondamenti di Informatica I a.a Allocazione dinamica Finora, per gestire insiemi di dati, sono stati utilizzati array (di strutture) Tale approccio è valido se si conosce a priori il numero di elementi che si devono gestire Viceversa, lutilizzo di array può essere estremamente oneroso, perché rende necessaria lallocazione di una quantità di memoria sufficiente a memorizzare il caso peggiore: Parte della memoria può andare sprecata (perché inutilizzabile per scopi diversi) Non è possibile accedere ad una quantità di memoria maggiore di quella allocata inizialmente malloc()calloc() La soluzione consiste nellallocare memoria in modo dinamico, con malloc() o calloc() che, tuttavia, non garantiscono la contiguità fisica per elementi logicamente contigui e nellutilizzare liste concatenate

31 Fondamenti di Informatica I a.a Le liste concatenate 1 liste concatenate Il modo più comune per garantire la contiguità logica di strutture allocate dinamicamente è luso delle liste concatenate In una lista concatenata, ogni struttura contiene un elemento aggiuntivo che punta alla struttura successiva liste sempliciliste doppiamente concatenate Esistono liste semplici e liste doppiamente concatenate, in cui ogni struttura possiede due puntatori, rispettivamente allelemento precedente ed al successivo Dati typedef struct vitalstat { char vs_name[20], vs_fiscode[16]; unsigned int vs_day, vs_month, vs_year; struct vitalstat *next; } VITALSTAT; Lista concatenata semplice

32 Fondamenti di Informatica I a.a Le liste concatenate 2 Le operazioni che si effettuano sulle liste sono: Creazione di un elemento Aggiunta di un elemento alla fine della lista Inserimento di un elemento in una lista Cancellazione di un elemento da una lista Ricerca di un elemento in una lista Tutte le operazioni, tranne la ricerca, sono indipendenti dal contenuto informativo delle strutture e possono essere formulate in modo generale

33 Fondamenti di Informatica I a.a La creazione di un elemento 1 Per creare un elemento di una lista, è sufficiente riservare memoria per la struttura e restituire un puntatore allarea allocata include v_stat.h include ELEMENT *create_list_element() { ELEMENT *p; p (ELEMENT *) malloc(sizeof(ELEMENT)); if (p NULL) { printf(create_list_element: malloc non riuscita. \n); exit(1); } p > next NULL; return p; } Alloca la memoria ad un elemento della lista, ma non lo collega alla lista stessa

34 Fondamenti di Informatica I a.a La creazione di un elemento 2 Note Note: ELEMENT Il nome ELEMENT rende la funzione indipendente dal tipo di dati effettivamente gestiti create_list_element() vitalstatv_stat.h Per utilizzare la funzione create_list_element() in relazione alla struttura vitalstat, è necessario includere nel file v_stat.h (che contiene la definizione del tipo struttura) le ulteriori dichiarazioni: ELEMENTstruct vitalstat ELEMENT diviene un sinonimo di struct vitalstat typedef typedef Per dichiarare il puntatore occorre usare unetichetta invece di un typedef: è la sola modalità con cui una struttura può fare riferimento a sé stessa, dato che il nome di typedef non è definito fino al termine della dichiarazione define NULL (void *) 0 typedef struct vitalstat ELEMENT;

35 Fondamenti di Informatica I a.a Laggiunta di un nuovo elemento 1 head La variabile head è un puntatore allinizio della lista ed è dichiarata con ambito di visibilità a livello di file, per renderla disponibile a più funzioni for p->next Nel ciclo for, la scansione della lista è basata sul controllo del valore di p->next: se è diverso da NULL, esiste un elemento successivo, altrimenti è stata raggiunta la fine della lista include v_stat.h static ELEMENT *head; void add_element(e) ELEMENT *e; { ELEMENT *p; /* se il primo elemento (testa) non esiste, viene creato */ if (head NULL) { head e; return; } /* altrimenti, trova lultimo elemento della lista */ for (p head; p >next ! NULL; p p >next) ; /* istruzione vuota */ p > next e; }

36 Fondamenti di Informatica I a.a Laggiunta di un nuovo elemento 2 Lassegnamento p >next e; aggiunge una nuova struttura alla fine della lista e Largomento e della funzione è un puntatore alla struttura che è stata allocata dalla funzione chiamante Esempio vitalstat Esempio: Creare una lista concatenata di dieci strutture vitalstat include v_stat.h static ELEMENT *head; main() { for (j 0; j<10; j ) add_element(create_list_element()); }

37 Fondamenti di Informatica I a.a Linserimento di un elemento Per inserire un elemento in una lista concatenata, deve essere specificata la posizione in cui deve avvenire linserimento include v_stat.h void insert_after(p,q) /* inserimento di p dopo q */ ELEMENT *p, *q; { /* controllo di validità degli argomenti */ if ((p NULL)) || (q NULL) || (p q) || (q >next p)) { printf(insert_after: argomenti errati.\n); return; } p > next q >next; q > next p; } dopo q >next >next q pprima q q >next

38 Fondamenti di Informatica I a.a La cancellazione di un elemento 1 Per la cancellazione di un elemento da una lista concatenata, occorre individuare lelemento che precede quello da eliminare per riallacciare i puntatori della lista dopo leliminazione free() Inoltre, è necessario utilizzare la funzione free() per rilasciare la memoria dellelemento eliminato dopo p p >next prima p p >next >next goner

39 Fondamenti di Informatica I a.a La cancellazione di un elemento 2 include v_stat.h static ELEMENT *head; void delete_element(goner) ELEMENT *goner; { ELEMENT *p; if (goner head) head goner >next; else { for (p head; (p ! NULL) && (p >next ! goner); p p >next) ; /* istruzione vuota */ if (p NULL) { printf(delete_element: elemento non contenuto nella lista.\n); return; } p > next p >next >next ; } free(goner); } Loperatore freccia destra ha associatività sinistra e pertanto lespressione p >next >next viene valutata come (p >next) >next

40 Fondamenti di Informatica I a.a La ricerca di un elemento La funzione di ricerca di un elemento della lista viene fatta in base al contenuto di uno o più campi della struttura Esempiovitalstat name Esempio: Funzione che ricerca, fra strutture di tipo vitalstat, un elemento per cui il valore del campo name coincida con largomento della funzione include v_stat.h include static ELEMENT *head; ELEMENT *find(aname) char *aname; { ELEMENT *p; for (p head; p ! NULL; p p >next) if (strcmp(p >vs_name, aname) ) return p; return NULL; } 40

41 Fondamenti di Informatica I a.a Costruzione di una lista ordinata 1 /* ** Letta in input una sequenza di numeri interi la ** memorizza in una lista in ordine crescente. ** */ #include /* * struttura per la rappresentazione dei nodi della lista */ struct nodo { int info; struct nodo *next; }; /* * Funzione principale. */ main(void) { struct nodo *primo; primo leggi_lista_ordinata(); stampa_lista(primo); exit(0); }

42 Fondamenti di Informatica I a.a Costruzione di una lista ordinata 2 /* * Legge una sequenza di numeri interi e li memorizza in * una lista ordinata (in ordine crescente). * Restituisce il puntatore al primo elemento della lista. */ struct nodo *leggi_lista_ordinata(void) { struct nodo *p, *p1, *primo, *prec; int i, n, num; primo = NULL; printf(Inserire numero di elementi: ); scanf(%d, &n); for (i 0; iinfo num; p1 primo; prec NULL; while ((p1 ! NULL) && (p1->info info)) { prec p1; p1 p1->next; } if (prec ! NULL) prec->next p; else primo p; p->next p1; } return(primo); }

43 Fondamenti di Informatica I a.a Costruzione di una lista ordinata 3 /* * Stampa la lista, a partire dallelemento puntato dal * puntatore p, ricevuto come parametro. */ void stampa_lista(p) struct nodo *p; { while (p ! NULL) { printf(%d --->, p->info); p p->next; } printf(NULL\n); return; }


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