Arrays. IPC2 1999/2000 F. Nunes Ferreira. Acetatos baseados no livro C: How to Program (second edition) H. M. Deitel P. J. Deitel Prentice Hall, 1994

Transcrição

1 Arrays IPC2 1999/2000 F. Nunes Ferreira Acetatos baseados no livro C: How to Program (second edition) H. M. Deitel P. J. Deitel Prentice Hall, 1994

2 Arrays Introdução 2 Array é uma estrutura de dados, todos do mesmo tipo. Vectores (1D) e Matrizes (2D, 3D,...) são exemplos de arrays Estrutura/Struct é uma estrutura de dados, os quais podem ser de tipos diferentes Ambos os casos são estruturas que, enquanto existem, mantêm o mesmo tamanho. Mais tarde, também serão consideradas estruras dinâmicas (listas, filas de espera, pilhas e árvores)

3 Arrays Um exemplo 3 Um array de 6 elementos c[0] 6 - O primeiro elemento é c[0]... c[1] 742 c[2] c[4 + 1] += 2; faz c[5] = 20 c[3] 0 c[4] 32 c[5] 18 Declaração int c[6];

4 Arrays Declarações 4 Declaração com inicialização int c[6] = 6, 742, -15, 0, 32, 18; int n[30] = 9, 45; /* os 2 primeiros elementos de n[] são inicializados com 9 e 45, e os restantes 28 com 0 */ int m[] = 6, 742, -15; /* cria e inicializa um array com 3 elementos */

5 Arrays Um exemplo 5 Os elementos de um array são inicializados com c[j] = * j; #include <stdio.h> #define SIZE 10 int main(void) int c[size], j; for (j = 0; j <= SIZE - 1; j++) c[j] = * j; printf("%s%10s\n", "Indice", "Valor"); for (j = 0; j <= SIZE - 1; j++) printf("%6d%10d\n", j, c[j]); return 0; Indice Valor

6 Numa turma de 40 alunos, foi feito um inquérito à qualidade da comida de uma cantina: 1- má; excelente. As respostas ao inquérito são colocadas num array de 40 elementos e um programa sumariza o resultado numa tabela de 10 entradas #include <stdio.h> #define N_ALUNOS 40 #define NIVEIS 11 int main(void) int resposta, nivel; int respostas[n_alunos] = 5, 6, 4, 8, 4, 10, 8, 4, 5, 4, 5, 2, 5, 1, 5, 7, 3, 5, 9, 5, 7, 6, 6, 5, 5, 3, 6, 7, 6, 8, 2, 5, 7, 6, 4, 3, 9, 5, 3, 7; int frequencia[niveis] = 0; for (resposta = 0; resposta <= N_ALUNOS - 1; resposta++) ++frequencia[respostas[resposta]]; printf("%s%10s\n", "Nivel", "Votacao"); Nivel Votacao for (nivel = 1; nivel <= NIVEIS - 1; nivel++) printf("%5d%10d\n", nivel, frequencia[nivel]); return 0;

7 Arrays Algumas considerações 7 Definir o tamanho dos arrays com constantes simbólicas torna os programas mais portáveis Utilizar letras maiúsculas para as constantes simbólicas lembra os programadores que estas constantes não variáveis Garantir que nenhuma referência a um array se fará para além dos seus limites

8 Arrays Cadeia de caracteres (string) 8 Uma cadeia de caracteres (string) é um array de caracteres char experienc1[] = "um"; cria e inicializa um array de comprimento 3, com os caracteres 'u' 'm' e '\0'. É equivalente a char experienc1[] = 'u', 'm', '\0'; Quando se preenche um array de caracteres a partir do teclado, é necessário prever espaço no array até ao primeiro caracter whitespace (ver exemplo seguinte)

9 Inicialização de cadeias de caracteres através de uma constante literal e do teclado #include <stdio.h> int main(void) char cadeia1[20], cadeia2[] = "constante literal"; int i; printf("indicar uma cadeia: "); scanf("%s", cadeia1); printf("cadeia1 e': %s\ncadeia2 e': %s\n", cadeia1, cadeia2); & não é necessário for (i = 0; cadeia1[i]!= '\0'; i++) printf("%c ", cadeia1[i]); printf("\n"); return 0; Indicar uma cadeia: uma cadeia cadeia1 e': uma cadeia2 e': constante literal u m a

10 Arrays estáticos e dinâmicos #include <stdio.h> void iniestatica(void); void inidinamica(void); int main(void) printf("primeira chamada:\n"); iniestatica(); inidinamica(); printf("\n\nsegunda chamada:\n"); iniestatica(); inidinamica(); return 0; void iniestatica(void) static int a[] = 3, 2, 1; for (i = 0; i <= 2; i++) printf("a[%d] = %d ", i, a[i] += 5); void inidinamica(void) int b[] = 3, 2, 1; for (i = 0; i <= 2; i++) printf("b[%d] = %d ", i, b[i] += 5); Primeira chamada: a[0] = 8 a[1] = 7 a[2] = 6 b[0] = 8 b[1] = 7 b[2] = 6 Segunda chamada: a[0] = 13 a[1] = 12 a[2] = 11 b[0] = 8 b[1] = 7 b[2] = 6

11 Arrays Arrays como argumentos de funções 11 C passa arrays completos para funções, simulando uma chamada por referência. Boa solução em termos de desempenho O nome de um array corresponde ao endereço do seu primeiro elemento, &nome-array[0] A especificação de conversão %p é utilizada na visualização de apontadores em hexadecimal #include <stdio.h> int main(void) char cadeia[5]; printf(" cadeia = %p\n&cadeia[0] = %p\n", cadeia, &cadeia[0]); cadeia = 0064FDF0 return 0; &cadeia[0] = 0064FDF0

12 #include <stdio.h> #define TAMANHO 5 void modificarray(int [], int); int main(void) int i, a[5] = 0, 10, 20, 30, 40; printf("valores originais:\n"); for (i = 0; i <= TAMANHO - 1; i++) printf("%4d", a[i]); modificaarray(a, TAMANHO); printf("\nvalores modificados:\n"); for (i = 0; i <= TAMANHO - 1; i++) printf("%4d", a[i]); Valores originais: Valores modificados: return 0; void modificaarray(int x[], int comprimento) int j; for (j = 0; j <= comprimento - 1; j++) x[j] *= 5; O que resultaria se fosse: modificaarray(&a[2], TAMANHO - 2);

13 Arrays Qualificador const aplicado a arrays 13 Qualificador const utilizado para evitar alterações (não desejadas) de arrays dentro de funções void tentamodificar(const int []); int main(void) int a[] = 10, 20, 30; tentamodificar(a);... return 0; void tentamodificar(const int b[]) b[0] *= 10; b[1] *= 20; b[2] *= 30; Erros de compilação, por tentativa de modificar constantes!... Desempenho da referência, segurança da passagem por valor

14 Arrays Ordenação - bubble sort 14 O array vai ser percorrido tantas vezes quantos os seus elementos menos 1. Em cada percurso o maior valor encontrado é puxado para o final... Valores originais: Vai comparando Valores em ordenacao: pares de valores e trocando-os entre si, se necessário Pouco eficiente, mas fácil de programar

15 #include <stdio.h> #define TAMANHO 10 int main(void) int i, passo, temp; int array[tamanho] = 5, 1, 7, 3, 2, 4, 0, 9, 8, 6; printf("valores originais:\n"); for (i = 0; i <= TAMANHO - 1; i++) printf("%3d", array[i]); printf("\nvalores em ordenacao:\n"); for (passo = 1; passo <= TAMANHO - 1; passo++) for (i = 0; i <= TAMANHO - 2; i++) if (array[i] > array[i + 1]) temp = array[i]; array[i] = array[i + 1]; array[i + 1] = temp; for (i = 0; i <= TAMANHO - 1; i++) printf("%3d", array[i]); printf("\n"); return 0;

16 Arrays Ordenação - bubble sort 16 Uma versão em que o bubble sort só trata da ordenação #include <stdio.h> #define DIM_MAX 100 #define N_COL 6 int levector(int vec[], int dim); void visuvector(const int vec[], int dim, int ncol); void bublesort(int vec[], int dim); int main(void)... - ler nº inteiros a ordenar - ler vector - visualizar vector a ordenar - ordenar vector - visualizar vector ordenado

17 int main(void) int valores[dim_max], num; do printf("\nnumero valores (< %d):\n", DIM_MAX); scanf("%d", &num); while (num < 1 num > 100); printf("\nleitura dos elementos do vector:"); levector(valores, num); printf("\n\nvector a ordenar:\n"); visuvector(valores, num, N_COL); bublesort(valores, num); printf("\nvector ordenado:\n"); visuvector(valores, num, N_COL); return 0;

18 int levector(int vec[], int dim) int i; for(i = 0; i < dim; i++) printf("\ninteiro: "); scanf("%d", &vec[i]); return i; void visuvector(const int vec[], int dim, int ncol) int i, c; for (i = 0; i <= dim - 1; i++) putchar(c = (i % ncol == 0)? '\n' : ' '); printf("%6d", vec[i]);

19 Arrays Ordenação - A função bubble sort 19 Recebe um vector de inteiros e devolve-o ordenado void bublesort(int vec[], int dim) int passo, i, temp; for (passo = 1; passo <= dim - 1; passo++) for (i = 0; i <= dim - 2; i++) if (vec[i] > vec[i + 1]) temp = vec[i]; vec[i] = vec[i + 1]; vec[i + 1] = temp;

20 Arrays Exemplo: pesquisa linear 20 Pesquisa linear (arrays pequenos e não necessariamente ordenados)... Pesquisa binária (arrays grandes e necessariamente ordenados)... O programa cria um array com valores inteiros (vamos supor que são apenas inteiros pares) e responde da seguinte maneira: Indicar o valor inteiro a procurar: 36 Valor encontrado na posicao 18 Função a usar... const Indicar o valor inteiro a procurar: 37 Valor nao encontrado int procuralin( int a[], int valor, int tamanho)

21 #include <stdio.h> #define SIZE 10 int procuralin (int [], int, int); int main(void) int a[size], i, valor, indice; /* criar um array de inteiros */ for (i = 0; i < SIZE; i++) a[i] = 2 * i; printf("valor a procurar: "); scanf("%d", &valor); indice = procuralin(a, valor, SIZE); if (indice == -1) printf("valor nao encontrado\n"); else printf("valor encontrado na posicao de indice %d\n", indice); return 0;

22 int procuralin (int a[], int valorprocurado, int comprimento) int i; for (i = 0; i < comprimento; i++) if (a[i] == valorprocurado) return i; return -1;

23 Arrays Exercício: pesquisa binária 23 Idêntido ao anterior, mas com pesquisa binária int procbin(const int quad[], int valor, int indinf, int indsup) índice Indicar um valor entre 0 e 28: * * * 28 24* 25 nao foi encontrado vector Indicar um valor entre 0 e 28: * * foi encontrado na posicao 3

24 Arrays arrays multidimensionais 24 Array bidimensional: int q [3][4] Coluna Coluna Coluna Coluna Linha 0 q[0][0] q[0][1] q[0][2] q[0][3] Linha 1 q[1][0] q[1][1] q[1][2] q[1][3] Linha 2 q[2][0] q[2][1] q[2][2] q[2][3] array de 3 linha e 4 colunas: array 3 x 4 ou int q [3] [4] array de 3 elementos, sendo cada um deles um array de 4 elementos (inteiros) Exemplo, q[1] corresponde a um array de 4 inteiros

25 Arrays arrays multidimensionais 25 Para percorrer um array (linha a linha, coluna...) soma = 0; for (linha = 0; linha <= 2; linha++) for (coluna = 0; coluna <= 3; coluna++) soma += q[linha][coluna]; Inicialização int a[2][3] = 1, 2, 3,4, 5, 6; a: int b[2][3] = 1, 2, 3, 4, 5; b: int c[2][3] = 1, 2, 4; c:

26 Exercícios Simulação de um helicóptero digital Um helicóptero imaginário é comandado através do teclado. O helicóptero, quando no ar, não deixa rasto. Para deixar rasto deverá estar em contacto com o terreno. Comando Efeito 1 Põe o helicóptero no ar 2 Põe o helicóptero em contacto com o terreno 3 Faz o helicóptero rodar 90 o para a direita 4 Faz o helicóptero rodar 90 o para a esquerda 5 d Desloca o helicóptero (pelo ar ou em contacto com o terreno) d posições para a frente 6 Visualiza o terreno (com os rastos feitos pelo helicóptero) 7 Limpa os rastos do helicóptero no terreno 9 Termina o programa

27 Exercícios Simulação de um helicóptero digital - 2 O terreno é suposto ser um quadrado de dimensão 20 x 20, a que corresponde 20 x 20 células, cada uma identificada pela linha e coluna respectivas. O helicóptero é caracterizado pela sua posicao, dada pela linha e coluna onde se encontra (não necessariamente uma linha e uma coluna do terreno, pois o helicóptero pode deslocar-se para fora dos limites daquele), e é ainda caracterizado pela sua orientacao (um dos pontos cardeais: N, S, E ou O) e situacao (no ar ou no plano do terreno). 27 linha Helicóptero posição: situação: terreno H orientação: N... N linha

28 Exercícios Simulação de um helicóptero digital - 3 O helicóptero é visualizado pela letra H, as células ainda não visistadas por ele são visualizadas com -, enquanto que as já visitadas serão representadas por O. Por exemplo, após o comando 5 com d=2, obtém-se: 28 linha Helicóptero H posição: O situação: terreno O orientação: N... linha Exemplo de uma sessão com o programa helicopterodigital, em que as condições iniciais correspondem a terreno limpo e o helicóptero com posicao: 16 11; situacao: no-terreno; orientacao: N.

29 Exercícios Simulação de um helicóptero digital - 4 Comando: 3 ; roda para a direita 90 o Comando: 5 ; avança Posicoes em frente: 3 ; 3 posições Comando: 4 ; roda para a esquerda 90 o Comando: 5 ;... Posicoes em frente: 2 Comando: 4 Comando: 5 Posicoes em frente: 6 Comando: 6 29 linha HOOOOOO O OOOO linha

30 Exercícios Simulação de um helicóptero digital Definir e implementar, se necessário, uma abstracção de dados compatível com o problema exposto. 2- Fazer uma abordagem de-cima-para-baixo ao programa helicoptero-digital, para identificar as suas tarefas e sub-tarefas principais. 3- Escrever em C o programa helicoptero-digital, tomando por base os resultados da abordagem anterior. Nota: O helicóptero na sua deslocação pode ultrapassar os limites do terreno, situação em que não deixa rasto. O programa continuará a actualizar as suas características, de acordo com os comandos que vai recebendo.

31 Exercícios Bubble sort 31 A ordenação bubble sort já apresentada é extremamente ineficiente para arrays de grandes dimensões. Introduzir os seguintes melhoramentos àquela solução. 1- Depois do 1º passo é garantido que o maior valor está na última posição, que não necessitará de ser visitada no passo seguinte O array a ordenar pode já estar próximo da ordenação pretendida, não sendo necessários todos os passos. Basta detectar quando, num dado passo, não se verifique qualquer alteração de posições...

32 Arrays Ordenação - A função bubble sort 32 Recebe um vector de inteiros e devolve-o ordenado void bublesort(int vec[], int dim) int passo, i, temp; for (passo = 1; passo <= dim - 1; passo++) for (i = 0; i <= dim - 2; i++) if (vec[i] > vec[i + 1]) temp = vec[i]; vec[i] = vec[i + 1]; vec[i + 1] = temp;

33 Exercícios Bucket Sort Um array contém n inteiros positivos para ordenar. Considerar um array auxiliar 10 x n. Cada uma das suas 10 linhas é designada por bucket. Escrever a função bucketsort que toma um array de inteiros e o seu comprimento como argumentos e implementa o seguinte algoritmo: 1- Percorre o array e coloca os seus elementos nas linhas do array 10 x n, de acordo com o seu dígito das unidades. Por exemplo, 97 é colocado na linha 7, 3 é colocado na linha 3, e 100 na linha Percorre o array auxiliar e obtém o array inicial agora ordenado da seguinte maneira: 100, 3, Repete 1- e 2- agora com o dígito das dezenas, depois das centenas,... e termina quando é tratado o dígito mais significativo do maior número.

34 Exercícios Bucket Sort Array a ordenar 10 buckets B0 B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 B8 B <--- termina, pois não há mais dígitos... Se continuasse, cairiam todos em B0.

35 Exercícios Selection sort 35 O algoritmo Selection sort inicia-se procurando o elemento mais pequeno de um array. Esse elemento é trocado com o primeiro elemento do array. O processo continua com o sub-array constituido a partir do segundo elemento do array... O processo termina quando o sub-array tem apenas um elemento. Escrever uma função recursiva para este algoritmo.

36 Exercícios Pesquisas linear e binária Foi apresentado um exemplo relativo à procura linear (para arrays pequenos e com os respectivos elementos não ordenados). Escrever agora uma função recursiva que faz a mesma pesquisa e recebe como argumentos um array de inteiros, um inteiro que é o valor a procurar e um inteiro que é o tamanho daquele array. Se o valor é encontrado, a função devolve a sua posição. Se não for encontrado, devolve -1. Também foi apresentado um exemplo relativo à procura binária (para arrays grandes e com os respectivos elementos ordenados). Escrever a função recursiva que faz a mesma pesquisa e recebe como argumentos um array de inteiros, um inteiro que é o valor a procurar, e dois inteiros que representam, respectivamente, o índice mais baixo e o índice mais alto do array a pesquisar. Se o valor é encontrado, a função devolve a sua posição. Caso não seja encontrado, devolve

37 Exercícios Recursividade 37 Escrever a função recursiva visuarray que toma um array e o seu tamanho como argumentos e não devolve nada. A função visualiza os elementos do array e pára quando recebe um array de tamanho zero. Escrever a função recursiva visucadeiaaocontrario que toma um array de caracteres como argumento e visualiza a cadeia ao contrário, com um espaço entre caracteres. A função pára quando encontra o caracter nulo, '\0'.

38 #include <stdio.h> void visucadeiaaocontrario(char []); int main(void) char cadeia[] = "123abcdfgh"; printf("\ncadeia original: %s\n", cadeia); printf("\ncadeia ao contrario: "); if ('\0'!= cadeia[0]) visucadeiaaocontrario(cadeia); printf("\n"); return 0; void visucadeiaaocontrario(char cadeia[]) if ('\0' == cadeia[1]) printf("%c ", cadeia[0]); else visucadeiaaocontrario(&cadeia[1]); printf("%c ", cadeia[0]);

39 Exercícios Recursividade 39 Escrever a função recursiva minnoarray que toma um array de inteiros e um inteiro que é o seu tamanho como argumentos e devolve o mais pequeno valor no array. A função pára quando recebe um array com um valor. Escrever a função recursiva capicua que toma uma cadeia de caracteres como argumento e devolve 1 se essa cadeia for uma capicua ou zero, se não for capicua.

40 #include <stdio.h> #define TAMANHO 10 int minnoarray(int [], int); int main(void) int i; int array[tamanho] = 9, 8, 7, 6, -5, 4, 0, 2, 1, 78; printf("\nvalores originais:\n"); for (i = 0; i <= TAMANHO - 1; i++) printf("%3d", array[i]); printf("\nvalor minimo: %d\n", minnoarray(array, TAMANHO)); return 0; int minnoarray(int quad[], int tamanho) int valormin; if (1 == tamanho) return quad[0]; else valormin = minnoarray(&quad[1], --tamanho); return quad[0] < valormin? quad[0]: valormin;

41 #include <stdio.h> #include <string.h> int capicua(char []); int capicuaaux(char [], size_t); int main(void) char cadeia[] = "abc d cba"; printf("\ncadeia original: %s\n", cadeia); if (capicua(cadeia)) printf("e uma capicua\n"); else printf("nao e uma capicua\n"); return 0; int capicua(char cadeia[]) return capicuaaux(cadeia, strlen(cadeia)); int capicuaaux(char cadeia[], size_t comp) if (comp == 0 comp == 1) return 1; else return cadeia[0] == cadeia[comp - 1] && capicuaaux(&cadeia[1], comp - 2);