UD 3: “Le Liste” UD 4: “Pile e Code” UD 5: “Alberi e grafi” MODULO 2: “Strutture dati avanzate e allocazione dinamica della memoria” UD 3: “Le Liste” UD 4: “Pile e Code” UD 5: “Alberi e grafi”

MODULO 2: “Strutture dati avanzate e allocazione dinamica della memoria” Questo modulo è proposto per una quarta classe di un Istituto Tecnico Industriale ad indirizzo Informatico. L’obiettivo del modulo è di presentare: schemi significativi di organizzazione delle informazioni; le regole operative per la manipolazione delle strutture astratte di dati; i metodi di rappresentazione (memorizzazione) delle strutture dati all’interno di un elaboratore.

UNITA’ DIDATTICA 4: Pile e code A cura di Tania Barbagallo Docente: Prof. D. Cantone Classe di Concorso: 42A

Prerequisiti Conoscenza della rappresentazione della memoria di un calcolatore. Conoscenze sicure del linguaggio C++. Conoscenza e utilizzo delle strutture di controllo, delle strutture di dati e delle funzioni. Conoscenza dei puntatori. Definizione delle classi con attributi e metodi. Applicazione dei concetti della programmazione ad oggetti nel linguaggio C++.

Competenze Al termine di questa unità didattica lo studente dovrà essere in grado di: definire le caratteristiche delle strutture astratte ”pila” e “coda”; comprendere la differenza tra gestione statica e gestione dinamica della memoria; implementare ”pila” e “coda” come strutture dinamiche di dati; definire i modelli di classe.

Conoscenze Al termine di questa unità didattica lo studente dovrà possedere le seguenti conoscenze: strutture astratte di “pila” e “coda”; creazione dinamica di aree di memoria; gestione di pile e code; modelli di classe.

Abilità Al termine di questa unità didattica lo studente dovrà aver acquisito le seguenti abilità: saper utilizzare i metodi per la gestione della ”pila” ; saper utilizzare i metodi per la gestione della “coda”.

Contenuti Richiami sul concetto di struttura astratta di dati. La ”pila” come struttura statica. La ”pila” come struttura dinamica. La “coda” come struttura statica. La “coda” come struttura dinamica.

Metodologia Lezione frontale Lezione dialogata Brainstorming Gruppi di lavoro

Strumenti Libro di testo Dispense fornite dal docente Lavagna luminosa Proiettore Computer

Spazi Aula Laboratorio di Informatica

Verifiche Questionari e test (strutturati e semistrutturati). Prove di laboratorio. Interventi di vario genere.

Valutazione Di tipo sommativo - in relazione al raggiungimento degli obiettivi; sia in termini di conoscenza dei contenuti, sia in termini di acquisizione di competenze e abilità specifiche. Di tipo formativo - in relazione all’impegno, costanza nello studio e partecipazione.

Tempi Lezione: 5 ore Laboratorio: 3 ore Verifica: 2 ore Potenziamento e recupero: 2 ore

Cos’è una struttura astratta di dati? Insiemi finiti di dati tra i quali esistono delle relazioni logiche. Struttura astratta di dati Ha la funzione di un contenitore che può essere riempito con dati di volta in volta di tipo diverso.

Esempi di insiemi di dati correlati tra loro da relazioni logiche Elenco telefonico Schedario di una biblioteca Elenco degli alunni di una classe Le tessere degli abbonati di un garage di autovetture

Operazioni relative alle strutture dati a un elemento (o nodo) per leggere il contenuto. Accesso di un elemento con un determinato contenuto. Ricerca Inserimento di un nuovo elemento. del contenuto di un elemento tramite la ricerca e l’accesso al nodo. Modifica di un elemento senza alterare le connessioni con gli altri nodi. Cancellazione

Struttura astratta di dati Il processo di realizzazione delle strutture della memoria del calcolatore prende il nome di implementazione.

Struttura astratta di dati Quando la dimensione è definita nel momento di creazione della struttura e non può essere modificata. Statica Quando non è posto alcun vincolo sulla dimensione della struttura. Dinamica

Struttura astratta di dati Quando un nodo può avere al più un nodo che lo precede e al più un nodo che lo segue. Lineare Non lineare Quando un nodo può avere due o più nodi che lo precedono o lo seguono.

Strutture informative significative Array Tabelle Lista lineare Lista concatenata Pila Coda Grafi Alberi

La Pila Una pila (detta anche STACK) è una struttura dati lineare, i cui elementi possono essere inseriti o estratti da un’unica estremità (LIFO). LIFO è acronimo di Last In First Out, ovvero l’ultimo ad entrare è il primo ad uscire.

Modalità d’impiego delle pile La pila è un tipo di dato astratto che trova impiego nell’organizzazione dei dati in memoria centrale in molti sistemi operativi, nonché nella memorizzazione degli indirizzi di ritorno delle funzioni. Tale struttura è comune nei processi nei quali un problema in corso d’esame viene lasciato temporaneamente sospeso per affrontare un sottoproblema che, a sua volta è lasciato in sospeso, per affrontare un nuovo sottoproblema e così via finché l’ultimo sottoproblema generato è messo in testa alla pila dei vari sottoprogrammi da risolvere.

Operazioni sulle Pile Le operazioni che si possono definire per una pila (stack) sono: Push: aggiunge nuovo elemento alla pila. Pop: elimina l’elemento emergente dalla pila TopElem: ritorna il valore del primo elemento della pila, senza estrarlo. IsEmpty: per verificare se la pila è vuota (ritorna true se la pila non ha elementi). IsFull: per verificare se la pila è piena. Clear: per cancellare tutti i dati. viene ritornato l’elemento inserito da meno tempo!

La pila come struttura statica In alcuni casi le strutture LIFO hanno una dimensione limitata, per cui è necessario definire un valore massimo di elementi inseribili. Per l’implementazione di una pila servono: uno spazio di memoria ordinato, dove inserire gli elementi; un indice per sapere quale è l’ultimo elemento inserito.

La pila come struttura statica L’indice deve tener conto di quanti elementi ci sono nella pila. Si utilizza un array per memorizzare gli elementi e un numero intero che indica la prima posizione libera dello stack. Top = 0 Pila vuota 5 4 Top=max Pila piena 3 top 2 5 1

Definizione della classe “pila” public class Pila { private int top; private final int MAX; private int elem[]; private static final int MAXDEFAULT = 10; public Pila() { this(MAXDEFAULT); } public Pila(int max) { top = 0; MAX = max; elem = new int[MAX]; …

Definizione della classe “pila” public class Pila { … public bool IsFull() { return (top == MAX); } public bool IsEmpty() { return (top == 0); public void Clear() { top = 0; … Procedura IsFull Procedura IsEmpty Procedura Clear

Definizione della procedura “TopElem” public int TopElem() { if (IsEmpty()) return 0); return elem[top-1] ; } E’ la procedura che restituisce il valore dell’oggetto in cima.

Definizione della procedura “Push” Nella procedura di inserimento bisogna eseguire i seguenti passi: verificare che la pila non sia piena; inserire l’elemento appena passato; spostare di una posizione in alto l’indice top. public bool Push(int val) { if (IsFull()) return false); elem[top++] = val; return true; }

Definizione della procedura “Pop” Nella procedura di estrazione bisogna eseguire i seguenti passi: verificare che la pila non sia vuota; decrementare il valore dell’indice; leggere l’oggetto che sta in cima alla pila. public int Pop() { if (IsEmpty()) return 0); return elem[--top] ; }

Esercizio da proporre agli studenti Dati in input una sequenza di numeri, visualizzarla in ordine inverso. L’ultimo numero della sequenza sia zero. Descrizione del problema I numeri della sequenza vengono acquisiti da tastiera uno ad uno ed inseriti nella pila con l’operazione di Push, finché viene inserito il valore 0. Successivamente in una ripetizione i numeri vengono estratti dalla pila con l’operazione di Pop finché la pila è vuota. Dati di input Numeri della sequenza. Dati di output Numeri in ordine inverso all’inserimento.

Gestione statica e gestione dinamica Le aree di memoria richieste dal codice sorgente vengono predisposte dal compilatore attraverso la dichiarazione delle variabili e allocate all’avviamento del programma eseguibile. Gestione statica Le istruzioni per l’allocazione di nuova memoria vengono richiamate durante l’esecuzione del programma. Gestione dinamica

C++ :istruzioni relative alla memoria Per l’allocazione di nuova memoria. New Per la cancellazione di un’area di memoria. Delete

Istruzione: New Esempio: Questa istruzione restituisce l’indirizzo di memoria. Deve essere seguita dal tipo di dato a cui si vuole allocare la memoria. Si assegna il risultato di questa istruzione a un puntatore. Una volta esaurito lo spazio di memoria, new restituisce un puntatore vuoto (0). Esempio: int *p=new int;

Istruzione: Delete Questa istruzione permette di cancellare un indirizzo di memoria. E’ seguita dall’indirizzo di memoria da deallocare, solitamente contenuto in un puntatore. Esempio: delete p;

La pila come struttura dinamica Push Pop dati dati link dati 3 dati link 2 Si distingue una parte di dati e una parte di puntatori di collegamento (link). dati link 1

Esempio “garage” Creare la classe con i relativi metodi per gestire con un’organizzazione LIFO le tessere degli abbonati di un garage di autovetture. Il numero di posti auto del garage non è conosciuto a priori.

Esempio “garage” Organizzazione LIFO con gestione dinamica della memoria Per realizzare tale struttura si deve definire l’elemento della pila che contiene l’informazione, cioè il numero dell’abbonato. Quindi si predispongono le operazioni indispensabili a garantire la connessione di questi dati tra loro. La parte di collegamento deve consentire di unire tra loro gli elementi della pila in modo da definire una sequenza ordinata per i dati memorizzati, per poter passare da un dato al successivo. Il programma deve contenere una procedura di eliminazione delle aree create dinamicamente in modo da renderle disponibili ad altre applicazioni.

Esempio “garage” - DESCRIZIONE DEGLI OGGETTI Lista cima coda Inserisci Posto PostiOccupati La classe “Lista” serve per la definizione dei dati da archiviare. I suoi attributi sono i puntatori agli elementi della lista. Un elemento della lista è di tipo “Tessera” ed è formato da: numero, che rappresenta la parte dati; successiva, che costituisce la parte dei link. Tessera numero *successiva

Algoritmo in pseudocodifica INIZIO crea oggetto garage di tipo Pila aperto true MENTRE (aperto = true) chiedi “Numero di tessera”, leggi (num_tessera) inserisci num_tessera nella pila chiedi “0=Chiuso, 1=Ingresso cliente”, leggi (aperto) PER (i=0; i < numero posti occupati; i++) scrivi (numero posto, numero cliente) FINE

Esempio “garage” – Codice C++ (1) La classe “Tessera” è formata da una parte contenente il dato vero e proprio, cioè il numero dell’abbonato e una parte per il collegamento con l’elemento successivo della pila (*successiva) . #include <iostream.h> class Tessera { public: int numero; Tessera *successiva ; }; // fine classe

Esempio “garage” – Codice C++ (2) class Lista { Tessera *cima; public: Lista() : cima(0) {} // costruttore ~ Lista () { // distruttore Tessera *tessera = cima; while (tessera) { cima = tessera ->successiva; delete tessera; tessera = cima; } Il costruttore della classe si preoccupa di inizializzare gli attributi. Il distruttore libera la memoria svuotando la lista.

Esempio “garage” – Codice C++ (3) void Inserisci (int n) { Tessera *tessera = new Tessera; tessera ->numero = n; tessera ->successiva = cima; cima = tessera; } La funzione Inserisci serve alla creazione di ciascun elemento della pila. Il metodo Inserisci utilizza l’istruzione new per creare un nuovo elemento della lista, inserisce i dati ricevuti nell’apposita area e aggiorna il puntatore *cima in modo da creare un collegamento con l’ultimo elemento inserito.

Esempio “garage” – Codice C++ (4) int posto (int n) { int i; Tessera *tessera = cima; for (i=0; tessera!=0; i++) { if (i==n) return tessera->numero; tessera = tessera->successiva; } return –1; Il metodo “posto” restituisce il numero di tessera del cliente che ha parcheggiato al posto n-esimo.

Esempio “garage” – Codice C++ (5) Il metodo “postiOccupati” restituisce il numero di posti occupati. int postiOccupati () { int i; Tessera *tessera = cima; for (i=0; tessera != 0; i++) tessera = tessera->successiva; return i; } }; // fine classe istream &operator>>(istream &s, bool &b) { int r; s>>r; if (r) b = true; else b = false; retun s; Si utilizza l’overloading dell’’operatore >>, per acquisire da tastiera un tipo di dato booleano, indicante l’ingresso di un cliente o la chiusura del garage.

Esempio “garage” – Codice C++ (6) void main() { bool aperto=true; int num_tessera,i; Lista garage; while (aperto) { cout << “Numero di tessera del cliente: “; cin >> num_tessera; garage.inserisci (num_tessera); cout << “Immettere: 0= Chiuso, 1= Ingresso cliente\n“; cin >> aperto; } cout << “Posto n.\tcliente\n”; for (i=0; i < garage.postiOccupati(); i++) if (garage.posto(i) ! = -1) cout << “ “ << i << “\t\t “ garage.posto(i) <<endl;

Output prodotto dall’esecuzione del programma Numero di tessera del cliente: 10 Immettere 0=Chiuso, 1=Ingresso cliente 1 Numero di tessera del cliente: 20 Numero di tessera del cliente: 30 INPUT da tastiera Posto Cliente 30 1 20 2 10 OUTPUT

Osservazioni (1) In questo caso il programma riporta l’elenco dei clienti che occupano il garage in ordine inverso rispetto al loro ingresso in autorimessa. Da notare che il programma è in grado di gestire pile di qualsiasi dimensione limitatamente alla capacità della memoria del calcolatore impiegato nell’esecuzione.

Osservazioni (2) La gestione delle pile vista finora prevede la memorizzazione di un solo dato (numero). In una soluzione più generale si deve prevedere un’opportuna struttura per la parte dedicata ai dati.

Osservazioni (3) typedef struct DatiTessera { int numero; char nome_cliente[30]; char targa_auto[30]; } DatiTessera; class Tessera { public: // parte dei dati DatiTessera dato; // parte dei links Tessera *successiva; // costruttore Tessera() : successiva(0) {} }; In una soluzione più generale, nell’esempio dell’autorimessa è possibile introdurre informazioni dati relative ai clienti prevedendo di conseguenza un’opportuna struttura per la parte dedicata ai dati .

Esempio “pila” Scrivere il codice in grado di gestire una pila. “Soluzione per la gestione di una generica pila” Scrivere il codice in grado di gestire una pila. Verificarne il funzionamento utilizzando un programma di collaudo in cui la struttura dei dati contenga un intero e un reale.

Esempio “pila” - DESCRIZIONE DEGLI OGGETTI In una gestione generica delle pile la classe della lista dispone dei seguenti metodi: Push() , che aggiunge un elemento alla pila; Pop() , che estrae l’ultimo elemento inserito; Size() , che restituisce il numero di elementi presenti nella lista attraverso l’attributo conta. Pila *cima conta ~ Pila Push Pop Size Nodo dato *successivo ~ Pila è il distruttore definito per l’eliminazione di eventuali dati rimasti in memoria.

Algoritmo in pseudocodifica INIZIO crea oggetto pila di tipo Pila chiedi “numero intero”, leggi (dato.x) MENTRE (dato.x<>0) chiedi “numero reale”, leggi (dato.y) inserisci dato nella pila chiedi “svuotamento della pila”, leggi (risp) SE (risp==“si”) MENTRE (dimensione della pila<>0) estrai dato dalla pila scrivi(dato.x, dato.y) scrivi (“la memoria è stata liberata”) FINE

Esempio “pila” – Codice C++ (1) //STRUTTURA DEI DATI typedef struct Dato { int x; float y; } Dato; const Dato Dato_NULLO = {0,0.0}; //PILA #include <iostream.h> class Nodo { public: Dato dato; Nodo *successivo ; Nodo (Dato d=Dato_NULLO, Nodo *n=0): dato(d), successivo(n) {} }; // fine classe

Esempio “pila” – Codice C++ (2) class Pila { Nodo *cima; double conta public: Pila() : cima(0), conta(0) {} ~ Pila () {while (Size() ) Pop();} virtual bool Push(Dato &d) { Nodo *p = new Nodo(d, cima); if (!p) { cerr<< “\nMemoria esaurita\n”; return false; } cima = p; conta++; return true;

Esempio “pila” – Codice C++ (3) virtual Dato Pop() { Nodo *p = cima; Dato d = Dato_NULLO; if (p) { d =p->dato; cima = p ->successivo; delete p; conta--; } return d; virtua double Size() { return conta; } }; // fine classe

Esempio “pila” – Codice C++ (4) void main() { Pila pila; Dato dato = Dato_NULLO; char risposta; cout << “Immissione di un intero e di un reale (0 = fine): “; cin >> dato.x; while (dato.x) { cin >> dato.y; if (!(pila.Push(dato))) return ; } // fine while …

Esempio “pila” – Codice C++ (5) … cout << endl; cout << “Procedere allo svuotamento della pila (S/N) ? “; cin >> risposta; if risposta == ‘ S ’ ׀ ׀ risposta == ‘ s ’) { while (pila.Size() ) { dato = pila.Pop(); cout << dato.x << “ “ << dato.y << endl; } cout << “La memoria è stata liberata” << endl;

Osservazioni (1) Dopo la struttura dei dati è stata definita la costante di annullamento del loro contenuto Dato_NULLO.Tale costante risulta molto utile per la creazione di un costruttore con valori di default: Nodo(Dato d=Dato_NULLO, Nodo *n=0): dato(d), successivo(n) {}

Nodo *p = new Nodo(d, cima); Osservazioni (2) Questo tipo di costruttore, che giustifica l’impiego di una classe anziché di una struttura per la definizione degli elementi della lista, permette di inizializzare un nuovo elemento durante la sua creazione: Nodo *p = new Nodo(d, cima);

Osservazioni (3) Questo modo di inserire i dati nel nuovo elemento della lista risulta più elegante rispetto a quello tradizionale: Nodo *p = new Nodo; … P->dato = d; P->successivo = cima; N. B. Gli attributi della classe sono privati e i metodi sono tutti virtual.

La Coda Le code (queue) sono strutture lineari i cui elementi si inseriscono da un estremo e si estraggono dall’altro (FIFO). FIFO è acronimo di First In First Out, ovvero il primo entrato è il primo ad uscire.

Modalità d’impiego delle code Come si usa dire impilare o accatastare riferendosi alle pile, si dice accodare riferendosi alle code. Lavorando sui computer multiutente è frequente che si accodino stampe o lavori nelle rispettive code: i moduli software del sistema operativo che gestiscono queste attività del sistema di elaborazione seguono infatti il principio FIFO. Così, ad esempio, se più utenti richiedono le stampe sulla stessa stampante, esse vengono eseguite nello stesso ordine con cui sono state richieste (coda di SPOOL).

Operazioni sulle Code Le operazioni che si possono definire per una coda (queue) sono: Enqueue (o Push): aggiunge nuovo elemento alla coda. Dequeue (o Pop): estrae un elemento dalla coda. FirstElem: ritorna il valore del primo elemento della coda, senza estrarlo. IsEmpty: per verificare se la coda è vuota (ritorna true se la coda non ha elementi). IsFull: per verificare se la coda è piena. ClearQueue: per cancellare tutti i dati. viene ritornato l’elemento inserito da più tempo!

La coda come struttura statica In alcuni casi anche le strutture FIFO hanno una dimensione limitata, oltre la quale non vengono più accettati inserimenti. Per definire una coda servono: uno spazio di memoria ordinato, dove inserire gli elementi; due indici per sapere quali sono il primo e l’ultimo elemento.

La coda – Estrazione\Inserimento In seguito ad ogni estrazione, gli elementi rimanenti vengono fatti avanzare di una posizione. Per l’inserimento, invece, viene occupata l’ultima posizione libera. 5 7 2 4 3 1 5 7 2 4 3 1 5 7 2 4 3 1 5 7 2 4 3 9 5 7 2 4 9 5 7 2 4

La coda come struttura statica E’ possibile implementare una coda per mezzo di un array. Si tenga presente, però, che diventa oneroso eseguire uno shift di tutti gli elementi dopo ogni estrazione.

La coda come struttura statica Per tale motivo conviene pensare all’array come una struttura nella quale si passa dall’ultimo al primo elemento in modo “circolare” (nel quale l’elemento che segue l’ultimo è il primo). E quindi occorre tener presente due indici, head e tail, che indicano il primo elemento e l’ultimo. head tail 2 4 1 9 8 5 3 head tail 3 5 9 2 4 1 8

La coda come struttura “circolare” Il vantaggio di una simile struttura logica è che non è necessario effettuare uno shift per ogni inserimento, ma basta una sola assegnazione (più la modifica della variabile head). Head viene incrementato per ogni operazione di Estrazione. Tail viene incrementato per ogni operazione di Inserimento.

La coda come struttura “circolare” Il valore di tail potrà raggiungere, ma non superare il valore di head (a seguito di operazioni di Inserimento ne segue il riempimento della coda). head tail

La coda come struttura “circolare” Analogamente, il valore di head non potrà superare tail (dopo operazioni di Estrazione ne segue lo svuotamento della coda). tail head

La coda come struttura “circolare” Se però i due puntatori coincidono, dobbiamo distinguere le condizioni di coda vuota o coda con un solo elemento. Si può decidere se: lasciare sempre una casella vuota e far indicare a tail la prima posizione vuota; usare una variabile booleana per sapere se la coda contiene elementi.

La coda come struttura “circolare” Nel primo caso gli indici head e tail si possono sovrapporre solo se la coda è vuota. Head punta al primo elemento della coda. Tail punta alla prima posizione libera dopo l’ultimo elemento (tranne se la coda è vuota). In ogni caso rimane sempre una casella vuota. head tail x x x x x x x x x

La coda come struttura “circolare” Nel secondo caso si ha: Head punta alla prima posizione piena. Tail punta all’ultima posizione piena (tranne se la coda è vuota). In tal caso se gli indici head e tail si sovrappongono la coda può essere vuota o con un solo elemento. Tramite una variabile booleana si possono distinguere i due casi. tail tail head head x Empty=true Empty=false

La coda come struttura “circolare” Nella implementazione si considererà il primo caso cioè si fa in modo che rimanga sempre una casella vuota. Head punta al primo elemento della coda. Tail punta alla prima posizione libera dopo l’ultimo elemento. Qualunque operazione coinvolga gli indici deve essere fatta modulo la dimensione dell’array.

Esempio (1) Push(A) Push(B) Push(C) Pop(A) Push(D) A A B A B C A B C D Coda vuota Push(A) A head tail head tail Push(B) Push(C) A B A B C head tail head tail Pop(A) Push(D) A B C D B C D head tail head tail

Esempio (2) Push(F) Push(E) Pop(B) Push(G) Pop(C) Pop(D) B C D E F B C Coda piena Push(F) Push(E) B C D E F B C D E tail head head tail Pop(B) Push(G) C D E F G C D E F Coda piena tail head tail head Pop(C) Pop(D) G D E F G E F tail head tail head

Esempio (3) Pop(E) Push(H) Pop(F) Pop(G) Pop(H) G H E F G H F G H H tail head tail head Pop(F) Pop(G) G H H head tail head tail Pop(H) Coda vuota head tail

Definizione della classe “coda” public class Coda { private int head, tail; private final int MAX; private int elem[]; private static final int MAXDEFAULT = 10; public Coda() { this(MAXDEFAULT); } public Coda(int max) { head = tail = 0; MAX = max; elem = new int[MAX]; …

Definizione della classe “coda” public class Coda { … public bool IsFull() { return (head == (tail+1) % MAX); } public bool IsEmpty() { return (head == tail); public void ClearQueue() { head = tail = 0; … Procedura IsFull Procedura IsEmpty Procedura ClearQueue

Definizione della procedura “FirstElem” E’ la procedura che restituisce il valore del primo elemento . public int FirstElem() { if (IsEmpty()) return 0); return elem[head]; }

Definizione della procedura“Push” Nella procedura di inserimento bisogna eseguire i seguenti passi: verificare che la coda non sia piena; inserire l’elemento appena passato; aumentare di una posizione l’indice tail (modulo la dimensione dell’array). public bool Push(int val) { if IsFull()) return false; elem[tail] = val; tail = ++tail % MAX; return true; }

Definizione della procedura“Pop” Nella procedura di estrazione bisogna eseguire i seguenti passi: verificare che la coda non sia vuota; leggere l’oggetto che occupa la prima posizione; aumentare di una posizione il valore dell’indice head (modulo la dimensione dell’array). public int Pop() { if IsEmpty() return 0; int val = elem[headl]; head = ++head % MAX; return val; }

Esercizio da proporre agli studenti Dati in input una sequenza di numeri, si visualizzino gli ultimi dati inseriti secondo l’ordine di inserimento. Per segnalare la fine dell’inserimento, l’ultimo numero della sequenza sia 0. Descrizione del problema I numeri della sequenza vengono inseriti nella coda in seguito a quelli già esistenti; se però nella coda tutti i posti sono occupati viene segnalato un messaggio di indisponibilità perché la coda è piena: in questo caso il procedimento forza un’operazione di estrazione all’inizio della coda, prima di inserire il nuovo elemento. Al termine dell’elaborazione (con l’inserimento del numero 0), svuotando la coda si ha il risultato desiderato. Dati di input Numeri della sequenza. Dati di output Gli ultimi numeri inseriti secondo l’ordine di inserimento.

La coda come struttura dinamica Pop Si distingue una parte di dati e una parte di puntatori di collegamento (link). dati link dati 1 dati link 2 dati dati link 3 Push

Struttura dati di una coda La realizzazione di una coda generica prevede la stessa struttura dati vista per la pila, cioè una classe per la gestione della lista e una classe per la definizione degli elementi. In questo caso la lista contiene due puntatori ai suoi elementi in modo da gestire il caricamento, metodo Push(), e l’estrazione, metodo Pop(), attraverso la modalità FIFO.

Esempio “coda” Scrivere il codice in grado di gestire una coda. Verificarne il funzionamento utilizzando un programma di collaudo in cui la struttura dei dati contenga un intero e un reale. “Soluzione per la gestione di una generica coda”

Esempio “coda” - DESCRIZIONE DEGLI OGGETTI In una gestione generica delle code la classe della lista dispone dei seguenti metodi: Push() , che aggiunge un elemento alla coda; Pop() , che estrae l’elemento inserito da più tempo; Size() , che restituisce il numero di elementi presenti nella lista attraverso l’attributo conta. Coda *cima *coda conta ~ Coda Push Pop Size Nodo dato *successivo ~ Coda è il distruttore definito per l’eliminazione di eventuali dati rimasti in memoria.

Algoritmo in pseudocodifica INIZIO crea oggetto coda di tipo Coda chiedi “numero intero”, leggi (dato.x) MENTRE (dato.x<>0) chiedi “numero reale”, leggi (dato.y) inserisci dato nella coda chiedi “svuotamento della pila”, leggi (risp) SE (risp==“si”) MENTRE (dimensione della coda<>0 estrai dato dalla coda scrivi(dato.x, dato.y) scrivi (“la memoria è stata liberata”) FINE

Esempio “coda” – Codice C++ (1) //STRUTTURA DEI DATI typedef struct Dato { int x; float y; } Dato; const Dato Dato_NULLO = {0,0.0}; //CODA #include <iostream.h> class Nodo { public: Dato dato; Nodo *successivo ; Nodo(Dato d=Dato_NULLO, Nodo *n=0): dato(d), successivo(n) {} }; // fine classe

Esempio “coda” – Codice C++ (2) class Coda { Nodo *cima; Nodo *coda; double conta public: Coda() : cima(0), conta(0) {} ~ Coda () {while (Size() ) Pop();} virtual bool Push(Dato &d) { Nodo *p = new Nodo(d); if (!p) { cerr<< “\nMemoria esaurita\n”; return false; } if (cima) coda->successivo =p; else cima=p; coda = p; conta++; return true;

Esempio “coda” – Codice C++ (3) virtual Dato Pop() { Nodo *p = cima; Dato d = Dato_NULLO; if (p) { d =p->dato; cima = p ->successivo; delete p; conta--; } return d; virtua double Size() { return conta; } }; // fine classe

Esempio “coda” – Codice C++ (4) void main() { Coda coda; Dato dato = Dato_NULLO; char risposta; cout << “Immissione di un intero e di un reale (0 = fine): “; cin >> dato.x; while (dato.x) { cin >> dato.y; if (!(coda.Push(dato))) return ; } // fine while …

Esempio “coda” – Codice C++ (5) … cout << endl; cout << “Procedere allo svuotamento della coda (S/N) ? “; cin >> risposta; if risposta == ‘ S ’ ׀ ׀ risposta == ‘ s ’) { while (coda.Size() ) { dato = coda.Pop(); cout << dato.x << “ “ << dato.y << endl; } cout << “La memoria è stata liberata” << endl;

Osservazioni La gestione di una coda richiede una particolare attenzione per l’implementazione per l’inserimento di nuovi elementi. La struttura dell’elemento che è rappresentato dalla classe Nodo, il metodo di estrazione Pop() e il metodo che restituisce la dimensione della lista Size() , rimangono invece invariati.

Si può pensare di derivare la classe Coda dalla classe Pila Il distruttore della classe derivata viene omesso in quanto la lista viene svuotata dal distruttore della classe di base. La cima della pila non potrà più essere di tipo private. class Coda : public Pila { Nodo *coda; double conta public: Coda() : Pila(), coda(0) {} virtual bool Push(Dato &d) { Nodo *p = new Nodo(d); if (!p) { cerr<< “\nMemoria esaurita\n”; return false; } if (cima) coda->successivo =p; else cima=p; coda = p; conta++; return true; }; // fine classe

FINE