Algoritmos e Estruturas de Dados I

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1 Algoritmos e Estruturas de Dados I Prof. Daniel M. Martin (daniel.martin@ufabc.edu.br) Aula 1

2 Tópicos introdução à linguagem C vetores não ordenados ordenação vetores ordenados listas ligadas pilhas / filas

3 Tópicos filas de prioridades heap-sort estruturas abstratas de dados árvores binárias árvores balanceadas (AVL / rubro-negra) tabelas de hashing

4 Introdução à linguagem C C é uma linguagem de programação estruturada desenvolvida nos laboratórios Bell entre 1969 e 1972, por Dennis Ritchie. Preferida no meio científico e acadêmico: Poucas palavras reservadas Bom controle da máquina SO livres (Linux/UNIX) são feitos em C Base de outras linguagens: C++, Java, C#

5 Introdução à linguagem C Na década de 1980, o ANSI (American National Standards Institute) iniciou o processo de padronização do C e deu-se origem ao ANSI C Objetivos do ANSI C: Promover a portabilidade entre compiladores e entre SOs Garantir a manutenção coerente da linguagem Manter eficiência independente da plataforma

6 C x Java Não possui suporte a orentação a objetos Linguagem de nível intermediário: controle mais direto do hardware, porém também suporta estruturas complexas Gerenciamento de memória explícito Detecção de erro explícita (sem try/catch) Maior performance do programa final Maior dificuldade de manutenção

7 Linguagem C Exemplo 1 // exemplo01.c #include <stdio.h> int main() { printf("hello World!\n"); return 0; } Escreve Hello World! (sem aspas) na saida padrão (no caso: um terminal no Linux ou um prompt de comando no Windows)

8 Exemplo 1 Compilação (gcc) /* exemplo01.c */ #include <stdio.h> int main() { printf("hello World!\n"); return 0; } Em um terminal shell: $ gcc exemplo01.c -o hello $./hello Hello World! $

9 Linguagem C Compiladores No Linux: gcc Compilador padrão do Linux Software Livre Será usado para compilar seus Eps No Windows: Microsoft Visual C++ Código fechado Express Edition é completo e grátis! IDE com excelente debugger integrado

10 Linguagem C Compilação arquivo.c arquivos.o (bibliotecas) pré-processador linker compilador arquivo.o executável

11 Linguagem C Tipos primitivos C x Java: char tem 8 bits (não é 16 bits como em Java) não existe tipo booleano (usar int ou char): = 0 falso 0 verdadeiro tipos inteiros podem ser signed ou unsigned não tem tipo string: usa-se vetor de char

12 Linguagem C Tipos primitivos Numa máquina 64 bits, os tipos de dados primitivos são: Nome # bytes signed unsigned char 1-2^07 a (2^07-1) 0 a 255 short 2-2^15 a (2^15-1) 0 a int 4-2^31 a (2^31-1) 0 a long 8-2^63 a (2^63-1) 0 a float 4 7 dígitos de precisão - double 8 15 digitos de precisão - Todos os tipos inteiros são signed por default Número de bytes depende da máquina Em caso de dúvida use sizeof(tipo): retorna número de bytes que o tipo ocupa na memória

13 Linguagem C Literais int: 1234 ou (octal) ou 0x4D2 (hexa.) long: ou sufixo L; exemplo: 1234L ou 02322L ou 0x4D2L double: ou ou 12e-2 (= 0.12) char: literal inteiro entre -128 e 127 ou um caractere entre aspas simples: 'a' (= 97 em ASCII) '0' (= 48 em ASCII) etc...

14 Linguagem C Literais (char) Caractéres especiais (escape characters): \n newline \t tab \r carriage return \b backspace \a bell \\ backslash \" double quote \0 null (tem valor 0)

15 C Declarações de Variáveis Exemplos: tipo nome1, nome2,...; tipo n1 = v1, n2 = v2,...; int i, j, k; long a, b = 0x2322L; double x, y = 2.36, z; char c = 'a', d = '\n'; Declarar variáveis antes de usá-las Variáveis não inicializadas contêm lixo

16 C Declaração de Variáveis Nome da variável pode conter os caractéres: A-Z, a-z, 0-9, _ (underscore) não pode começar com número não pode ser uma palavra chave de C nomes de funções seguem a mesma regra Exemplos: int senha_fraca = 17, usuario1; int usuario2;

17 Linguagem C Conversão de tipo Exemplo 1: int a = 10; long b; b = (long) a; Valor preservado, só o tipo é alterado Exemplo 2: int a; long b = 23; a = (int) b; Perigoso: se b não cabe num int, seu valor será truncado

18 Linguagem C Conversão de tipo int a = 17, b = 3; double x = a / b; Neste caso x contém o valor 5 int a = 17, b = 3; double x = a / (double) b; Neste caso x contém o valor double x = ; int j = (int) x; Neste caso j contém o valor 5

19 Linguagem C Vetores Para declarar um vetor de inteiros de comprimento 100 faça: int v[100]; Note que os índices vão de 0 a 99 Para inicializar o vetor com zeros faça: int v[100] = {0}; Para inicializar com outra constante faça manualmente (usando um laço for) O gcc aceita a sintaxe int v[100] = {[ ] = 5};

20 Linguagem C Vetores Literais de vetores só podem ser usados na ininicialização de um vetor recém-declarado O código abaixo é válido: int v[7] = {6, 34, 8, 265, 4, 8, 3}; O código abaixo não é válido: int v[7]; v[7] = {6, 34, 8, 265, 4, 8, 3}; v[7] = {0,};

21 Linguagem C Strings São vetores de char terminados por '\0' char nome[4] = {'a', 'b', 'a', '\0'}; Também é possível deixar que o compilador determine o tamanho do vetor ao fazer: char nome[] = "Estrutura de dados"; O vetor acima tem 19 posições: 18 para os caracteres e mais uma que contém o caractere nulo '\0' para indicar o fim da string. Funções de manipulação de strings são declaradas em <string.h>

22 Linguagem C Funções Como em java: podem receber parâmetros podem devolver um valor podem ser recursivas Devem ser declaradas antes de serem usadas Declaração de função (sem sua definição): double divide(double, double); long fatorial(int); int lg(long);

23 Linguagem C Funções Definição pode vir depois da declaração (e também do seu uso), mas deve ser coerente: double divide(double a, double b) { return a / b; } int lg(long N) { int i; for (i = 0; N > 0; i ++, N /= 2); return i; }

24 Linguagem C Funções Funções podem ser recursivas: long fatorial(int n) { if (n <= 2) return (long) n; return n * fatorial(n 1); } int lg(long N) { if (N <= 0) return 0; return 1 + lg(n / 2); }

25 Linguagem C Entrada e Saída Usa funções da biblioteca <stdio.h> printf() imprime texto formatado na saída padão (ponteiro de arquivo stdout) scanf() lê dados formatados da entrada padrão (ponteiro de arquivo stdin) Outras: getc(), ungetc() Para manipular dados em arquivos: fopen(), fclose(), fprintf(), fscanf(), fread(), fwrite(), fgetc().

26 Linguagem C Entrada e Saída Usa funções da biblioteca <stdio.h> printf() imprime texto formatado na saída padão (ponteiro de arquivo stdout) scanf() lê dados formatados da entrada padrão (ponteiro de arquivo stdin) Outras: getc(), ungetc() Para manipular dados em arquivos: fopen(), fclose(), fprintf(), fscanf(), fread(), fwrite(), fgetc().

27 Linguagem C Saída printf(texto-formato, arg1, arg2,...); Cada % na string de texto-formato corresponde a um argumento adicional do printf. Exemplo: int var_x = 7; printf("x = %d\n", var_x); int x = 10, y = 20; printf("x = %d, y = %d\n", x, y);

28 Linguagem C Saída Especificadores de formato: %d int %ld long %f float %lf ou %g double %c char %s string (vetor de char) %% imprime o próprio % O tipo de cada parâmetro extra do printf deve casar com a entrada % correspondente.

29 Linguagem C Saída Exemplo: char c = 101, nome[] = "Gonçalves"; double peso = 82.4; int idade = 25; printf("meu nome é %s, tenho %d anos %c peso %lf kilos.\n", nome, idade, c, peso); O trecho de código acima imprime: "Meu nome é Gonçalves, tenho 25 anos e peso 82.4 kilos." Obs: não pode quebrar a linha do printf!

30 Linguagem C Saída Há outros formatos para inteiros: %o ou %lo (imprime em octal) %x ou %lx (imprime em hexadecimal) O especificador de formato também admite parâmetros adicionais. Por exemplo, a chamada printf("%04d; %.2lf%%", 97, ); imprime na saída a string "0097; 23.35%"

31 Linguagem C Entrada scanf(texto-formato, &var1, &var2,...); Cada % do texto-formato deve corresponder a uma variável extra (do tipo especificado) a ser lida pelo scanf. Exemplo: int x, y; double z; scanf("%d %d %lf", &x, &y, &z);

32 Linguagem C Entrada A função scanf pula espaços em branco da entrada enquanto tenta ler os dados pedidos (ou seja, ' ', \n', '\t' e '\r' são ignorados). Por exemplo, se sua entrada é: Após a chamada do scanf tem-se: X = 234, y = 32 e z =

33 Linguagem C Entrada Após a chamada do scanf, ele retorna o número de campos lidos com sucesso. Caso o fim da entrada seja atingido, a função scanf retorna a constante EOF, que está definida em <stdio.h> Exemplo: int j; while (scanf("%d", &j)!= EOF) printf("2 * %d = %d\n", j, 2 * j);

34 Sintaxe comum de C e Java Operadores: aritméticos: binários: +, -, *, /, % unários: -, ++, -- de atribuição: +=, -=, *=, /=, %= relacionais: <, >, <=, >=, ==,!= lógicos: &&,,!, (? : ) de bits: &,, ˆ, <<, >>, ~

35 Recordação (ou não) int n = 9; Se fizermos m = (n ++); o valor de m será Se fizermos m = (++ n); o valor de m será Se m = (n < 7? 2 : 4); o valor de m é Se fizermos m = n % 7; o valor de m será 13 & ^ 3 13 >> 1 13 <<

36 Sintaxe comum de C e Java if ( condição ) {... } else {... } while ( condição ) {... } do {... } while ( condição ) for (i = 0; i < 100; i ++) {... } switch ( expressão ) { case 0:... } break*, continue, return * (Em Java: break line; em C: goto line;)

37 Linguagem C Estruturas É possível criar tipos de dados estruturados através do comando struct: struct s_cliente { char nome[63]; int idade; float peso; }; Declara-se uma variável C do tipo cliente da seguinte forma: struct s_cliente C;

38 Linguagem C Estruturas É possível inicializar variáveis desse tipo como se inicia um vetor struct s_cliente C = {"Eva", 23, 96.3}; Para acessar (ler/guardar) o valor de um campo de C use um ponto. C.nome[0] = 'I'; C.nome[2] = 'o'; printf("%s, %d\n" C.nome, C.idade"); Para descobrir quantos bytes essa estrutura ocupa na memória: sizeof(struct s_cliente)

39 Uso de memória Stack Toda thread tem um espaço de memória privado chamado stack. Ficam na stack: variáveis locais valor de retorno das funções outras informações da thread Vantagens: disponível assim que a thread é iniciada gerenciada pela própria thread custo 0 de se alocar novas variáveis locais

40 Uso de memória Stack Desvantagens: tamanho fixado em tempo de compilação geralmente entre 1 e 10Mb

41 Uso de memória Heap Compreende toda a memória RAM Vantagens: Pode ser alocada/liberada conforme necessidade. Permite alocação de grandes blocos Desvantagens: Gerenciada pelo SO Alocação leva mais tempo

42 Endereçamento de Memória Posições (bytes) de memória têm endereços Cada variável ocupa uma ou mais posições de memória Para encontar o endereço da posição inicial (primeiro byte) de uma variável x, usa-se: &x &x é o endereço de x

43 Endereçamento de Memória Exemplo: char c1, c2, c3; int i; Suponha: &c1 == 18, &c2 == 19, &c3 == 20 e &i == 21. Nesse caso: c1 == 97, c2 == 98, c3 == 66 e i ==...

44 Endereçamento de memória Vetores são armazenados em posições contíguas de memória. Por exemplo, considere o vetor de char: char curso[5] = {'t','u','r','a','s'}; Se &curso[0] == 20, então temos a tabela: 15 'E' 16 's' 17 't' 18 'r' 19 'u' 20 't' 21 'u' 22 'r' 23 'a' 24 's' 25 ' ' 26 'd' 27 'e' 28 ' ' 29 'd' 30 'a' 31 'd' 32 'o' 33 's' 34 '\0'

45 Endereçamento de memória Considere a string: char curso[] = "Estruturas de dados"; Suponha &curso[0] == 15. Nesse caso temos a seguinte tabela: 15 'E' 16 's' 17 't' 18 'r' 19 'u' 20 't' 21 'u' 22 'r' 23 'a' 24 's' 25 ' ' 26 'd' 27 'e' 28 ' ' 29 'd' 30 'a' 31 'd' 32 'o' 33 's' 34 '\0'

46 Endereçamento de memória Considere agora um vetor de inteiros: int v[4] = {16, 37, 512, 2}; Como cada int ocupa 4 bytes de memória, se &v[0] fosse 17, o mapa da memória ficaria da seguinte forma: 15 'E' 16 's' 's' 34 '\0'

47 Linguagem C Ponteiros São variáveis que guardam endereços de memória. São declarados com um * antes do nome Exemplo: char d = 'a'; char *p; p = &d; d p

48 Linguagem C Ponteiros São variáveis que guardam endereços de memória. São declarados com um * antes do nome Exemplo: char d = 'a'; char *p; p = &d; 8 bytes d p

49 Linguagem C Ponteiros Usa-se um * à esquerda de um ponteiro para derreferenciá-lo, ou seja, para denotar o dado apontado por ele. Exemplo: char d; char *p; p = &d; *p = 'a'; printf("d = %c\n", d); A expressão *p refere-se ao conteúdo no endereço de memória apontado por p O texto impresso será "d = a"

50 Linguagem C Ponteiros Ponteiros são úteis na passagem de parâmetros que precisam ser alterdos por uma função. Suponha que você deseja escrever uma função que recebe dois inteiros e troca seus valores. Jeito errado de fazer: void troca(int a, int b) { int tmp = a; a = b; b = tmp; }

51 Linguagem C Ponteiros Jeito correto de se fazer: void troca(int *a, int *b) { int tmp; tmp = *a; *a = *b; *b = tmp; } Para chamar a função faça: int x = 7, y = 18; troca(&x, &y);