Estruturas. AED 2003/2004 p.1/65
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- Rui Sales Bugalho
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1 AED 2003/2004 p.1/65 Estruturas Introdução às Estruturas Estruturas e Funções Vectores de Estruturas Apontadores para Estruturas Estruturas Auto-Referenciadas Typedef Exemplos Tópicos: Unions e Bit-Fields
2 Introdução As estruturas permitem definir estruturas de dados sofisticadas, as quais possibilitam a agregação de diferentes tipos de declarações Exemplo: struct point int x; int y; É possível declararar variáveis do tipo estrutura struct point x, z; É possível manipular os campos de variáveis do tipo estrutura x.x = 1; x.y = 2; z.x = 10; z.y = 20; AED 2003/2004 p.2/65
3 AED 2003/2004 p.3/65 Operações sobre Estruturas Declaração: struct point int x; int y; Introduz um novo tipo de dados Definição: struct point z; Define a variável z como uma estrutura do tipo struct point Inicialização: tipo nome = valores struct point z = 100, 200 ;
4 Operações sobre Estruturas Manipulação: nome-estrutura.membro z.x = 125; z.y = 500; Estruturas podem incluir estruturas: struct rect struct point a, b; ; struct rect p;... p.a.x = 25; p.b.y = 32; Operações válidas: cópia, atribuição como entidade, acesso ao endereço ou acesso aos seus membros Cópia e atribuição incluem passagem de parâmetros para funções e retorno de valores de funções Estruturas não podem ser comparadas AED 2003/2004 p.4/65
5 AED 2003/2004 p.5/65 Estruturas e Funções Funções podem retornar estruturas: struct point makepoint(int x, int y) struct point temp; temp.x = x; temp.y = y; return temp; Função retorna cópia da estrutura temp
6 AED 2003/2004 p.6/65 Estruturas e Funções Passagem de estruturas como parâmetros é feita por valor: struct point addpoint(struct point p1, struct point p2) p1.x += p2.x; p1.y += p2.y; return p1; Chamada addpoint(pa, pb) não altera valores da estrutura pa
7 AED 2003/2004 p.7/65 Estruturas, Funções e Ponteiros Passagem de estruturas grandes como parâmetros é ineficiente Utilizam-se normalmente ponteiros para estruturas: struct point origin, *pp; pp = &origin; printf( Origem: (%d, %d)\n, (*pp).x, (*pp).y); Notação (*pointer).struct-member pode ser substituída por pointer->struct-member struct point origin, *pp; pp = &origin; printf( Origem: (%d, %d)\n, pp->x, pp->y);
8 AED 2003/2004 p.8/65 Vectores de Estruturas Permitem representar conjuntos de dados agregados: struct key char *word; /* palavra-chave */ int count; /* # ocorrências de palavra-chave */ keytab[nkeys]; /* Vector de estruturas */ ou, struct key char *word; /* palavra-chave */ int count; /* # ocorrências de palavra-chave */ ; struct key keytab[nkeys]; /* Vector de estruturas */
9 AED 2003/2004 p.9/65 Vectores de Estruturas Inicialização: struct key char *word; /* palavra-chave */ int count; /* # ocorrências de palavra-chave */ keytab[] = auto, 0, break, 0, case, 0,... ; Chavetas interiores desnecessárias na inicialização de estruturas compostas apenas por variáveis simples ou strings
10 AED 2003/2004 p.10/65 Contador de Palavras Chave Escrever um programa em C que conta o número de ocorrências de cada palavra-chave da linguagem C #include <stdio.h> #include <ctype.h> #include <string.h> struct key char *word; /* palavra-chave */ int count; /* # ocorrências de palavra-chave */ keytab[] = "auto", 0, "break", 0,... ; #define NKEYS 24 #define MAXWORD 100 int getword(char *, int); int binsearch(char *, struct key *, int);
11 AED 2003/2004 p.11/65 Contador de Palavras Chave main() /* count "C" keywords */ int n; char word[maxword]; while (getword(word, MAXWORD)!= EOF) if (isalpha(word[0])) if((n = binsearch(word, keytab, NKEYS)) >= 0) keytab[n].count++; for (n=0; n < NKEYS; n++) if (keytab[n].count > 0) printf("%4d %s\n", keytab[n].count, keytab[n].word);
12 AED 2003/2004 p.12/65 Contador de Palavras Chave /* find word in tab[0]...tab[n-1] */ int binsearch(char *word, struct key tab[], int n) int low, high, mid, cond; low = 0; high = n - 1; while (low <= high) mid = (low+high) / 2; if((cond = strcmp(word, tab[mid].word)) < 0) high = mid - 1; else if (cond > 0) low = mid + 1; else return mid; return -1;
13 Contador de Palavras Chave int getword(char *word, int lim) /* get next word from input */ int c; char *w = word; while (isspace(c = getc(stdin))) ; if (c!= EOF) *w++ = c; if (!isalpha(c)) *w = \0 ; return c; for (; --lim > 0; w++) if (!isalnum(*w = getc(stdin))) ungetc(*w, stdin); break; *w = \0 ; return word[0]; AED 2003/2004 p.13/65
14 Apontadores para Estruturas Escrever um programa em C que conta o número de ocorrências de cada palavra-chave da linguagem C, utilizando apontadores para estruturas #include <stdio.h> #include <ctype.h> #include <string.h> struct key char *word; /* palavra-chave */ int count; /* # ocorrências de palavra-chave */ keytab[] = "auto", 0, "break", 0,... ; #define NKEYS 24 #define MAXWORD 100 int getword(char *, int); struct key *binsearch(char *, struct key *, int); AED 2003/2004 p.14/65
15 AED 2003/2004 p.15/65 Apontadores para Estruturas main() /* count "C" keywords */ char word[maxword]; struct key *p; while (getword(word, MAXWORD)!= EOF) if (isalpha(word[0])) if((p = binsearch(word, keytab, NKEYS))!= NULL) p->count++; for (p=keytab; p < keytab+nkeys; p++) if (p->count > 0) printf("%4d %s\n", p->count, p->word);
16 AED 2003/2004 p.16/65 Apontadores para Estruturas /* find word in tab[0]...tab[n-1] */ struct key *binsearch(char *word, struct key tab[], int n) int cond; struct key *low = &tab[0]; struct key *high = &tab[n]; /* valid address */ struct key *mid; while (low < high) mid = low + (high-low) / 2; /* cannot add pointers, just subtract */ if((cond = strcmp(word, mid->word)) < 0) high = mid; else if (cond > 0) low = mid + 1; else return mid; return NULL;
17 Apontadores para Estruturas int getword(char *word, int lim) /* get next word from input */ int c; char *w = word; while (isspace(c = getc(stdin))) ; if (c!= EOF) *w++ = c; if (!isalpha(c)) *w = \0 ; return c; for (; --lim > 0; w++) if (!isalnum(*w = getc(stdin))) ungetc(*w, stdin); break; *w = \0 ; return word[0]; AED 2003/2004 p.17/65
18 AED 2003/2004 p.18/65 Operações Válidas com Ponteiros Recapitular: Atribuições entre ponteiros do mesmo tipo Somar inteiro a ponteiro Subtrair inteiro a ponteiro Subtrair dois ponteiros (num mesmo vector) Comparar dois ponteiros (num mesmo vector) Atribuição e comparação com 0
19 AED 2003/2004 p.19/65 Estruturas Auto-Referenciadas As estruturas auto-referenciadas permitem criar estruturas de dados dinâmicas, utilizando ponteiros: listas (simplesmente e duplamente ligadas), árvores, tabelas de dispersão, etc. Um exemplo: Implementar pilha de valores inteiros utilizando ponteiros e estruturas
20 AED 2003/2004 p.20/65 istack.h extern void init(); extern int is_empty(); extern void push(int value); extern int pop();
21 AED 2003/2004 p.21/65 istack.c #include <stdio.h> #include <stdlib.h> struct iitem int value; struct iitem *next; ; static struct iitem *top = NULL; static struct iitem *alloc_item() return (struct iitem *) malloc(sizeof(struct iitem)); void init() top = NULL; int is_empty() return top == NULL;
22 AED 2003/2004 p.22/65 istack.c void push(int value) struct iitem *nitem = alloc_item(); nitem->value = value; nitem->next = top; top = nitem; int pop() if (!is_empty()) int rvalue = top->value; struct iitem *ptmp = top; top = top->next; free(ptmp); return rvalue; return -1;
23 AED 2003/2004 p.23/65 Typedef O typedef permite associar um nome com um tipo de dados já existente typedef int Inteiro; main() Inteiro myint;... É usual utilizar typedef na manipulação de estruturas auto-referenciadas struct iitem int value; struct iitem *prev; struct iitem *next; ; typedef struct iitem IntItem; typedef IntItem* IntItemPtr;
24 AED 2003/2004 p.24/65 iqueue2.h extern int init(); extern int is_empty(); extern void push(int value); extern int pop(); extern void unshift(int value); extern int shift();
25 AED 2003/2004 p.25/65 iqueue2.c #include <stdio.h> #include <stdlib.h> struct iitem int value; struct iitem *prev; struct iitem *next; ; typedef struct iitem IntItem; typedef IntItem* IntItemPtr; static IntItemPtr topptr = NULL; static IntItemPtr botptr = NULL; static IntItemPtr alloc_item() return (struct iitem *) malloc(sizeof(struct iitem)); void init() topptr = NULL; botptr = NULL; int is_empty() return topptr == NULL;
26 AED 2003/2004 p.26/65 iqueue2.c void push(int value) IntItemPtr nitem = alloc_item(); nitem->value = value; nitem->prev = topptr; nitem->next = NULL; if (topptr) topptr->next = nitem; else botptr = nitem; topptr = nitem;
27 AED 2003/2004 p.27/65 iqueue2.c int pop() int rvalue; IntItemPtr ptmp; if (is_empty()) return -1; rvalue = topptr->value; ptmp = topptr; topptr = topptr->prev; if (topptr) topptr->next = NULL; else botptr = NULL; free(ptmp); return rvalue;
28 AED 2003/2004 p.28/65 iqueue2.c void unshift(int value) IntItemPtr nitem = alloc_item(); nitem->value = value; nitem->next = botptr; nitem->prev = NULL; if (botptr) botptr->prev = nitem; else topptr = nitem; botptr = nitem;
29 AED 2003/2004 p.29/65 iqueue2.c int shift() int rvalue; IntItemPtr; if (is_empty()) return -1; rvalue = botptr->value; ptmp = botptr; botptr = botptr->next; if (botptr) botptr->prev = NULL; else topptr = NULL; free(ptmp); return rvalue;
30 AED 2003/2004 p.30/65 Tabelas de Dispersão I Permitem manter conjuntos de palavras Operações: lookup(char*) insert(char*) delete(char*) Exemplo simples, para ilustrar utilizações de listas com tabelas
31 AED 2003/2004 p.31/65 Tabela de Símbolos symtab.h extern void init(); extern char *lookup(char *word); extern char *insert(char *word); extern char *delete(char *word);
32 AED 2003/2004 p.32/65 Tabela de Símbolos symtab.c #include <string.h> #include <stdlib.h> #define TABDIM 101 struct witem char *word; struct witem *next; ; typedef struct witem WORDITEM; typedef WORDITEM* WORDITEMPTR; static WORDITEMPTR *symtab = NULL;
33 AED 2003/2004 p.33/65 symtab.c #define HBASE 31 static unsigned hashvalue(char *word) unsigned hval = 0; for(hval=0; *word;) hval = *(word++) + HBASE * hval; return hval % TABDIM; void init() WORDITEMPTR *px; symtab = (WORDITEMPTR*) malloc(tabdim*sizeof(worditemptr)); for(px=symtab; px<symtab+tabdim; px++) *px = NULL;
34 AED 2003/2004 p.34/65 symtab.c char *lookup(char *word) int whval = hashvalue(word), comp; WORDITEMPTR px = symtab[whval]; for (; px && (comp = strcmp(px->word, word)) < 0; px = px->next) ; if (px &&!comp) return px->word; return NULL;
35 AED 2003/2004 p.35/65 symtab.c char *insert(char *word) int whval = hashvalue(word), comp; char *nword = NULL; WORDITEMPTR px = symtab[whval], py = px, pw; for (; px && (comp = strcmp(px->word, word)) < 0; py = px, px = px->next) ; if (!px comp) nword = (char*) malloc(strlen(word)+1); strcpy(nword, word); pw = (WORDITEMPTR) malloc(sizeof(worditem)); pw->word = nword; pw->next = px; if (px == py) symtab[whval] = pw; else py->next = pw; return nword;
36 AED 2003/2004 p.36/65 symtab.c char *delete(char *word) int whval = hashvalue(word), comp; char *rword = NULL; WORDITEMPTR px = symtab[whval], py = px; for (; px && (comp = strcmp(px->word, word)) < 0; py = px, px = px->next) ; if (px &&!comp) rword = px->word; if (px == py) symtab[whval] = px->next; else py->next = px->next; free(px); return rword;
37 AED 2003/2004 p.37/65 ADTs Tipos de Dados Abstractos Permitem ocultar detalhes de implementação das estruturas de dados Permitem reutilizar código ADTs de primeira classe: Permitem utilizar réplicas do mesmo ADT
38 AED 2003/2004 p.38/65 item.h #ifndef ItemDef #define ItemDef typedef int Item; #endif
39 AED 2003/2004 p.39/65 queue.h #ifndef QueueDef #define QueueDef #include "item.h" #define T Queue_T typedef struct T *T; extern T Queue_new(); extern int Queue_empty(T queue); extern void Queue_queue(T queue, Item item); extern Item Queue_dequeue(T queue); #undef T #endif
40 struct Queue_T QElem put; QElem get; ; AED 2003/2004 p.40/65 queue.c #include <stdlib.h> #include <assert.h> #define NEW(p) ((p) = malloc((long)sizeof *(p))) #define DEL(p) free(p); #include "item.h" #include "queue.h" typedef struct QElem Item item; struct QElem *next; * QElem;
41 AED 2003/2004 p.41/65 queue.c (Cont.) Queue_T Queue_new() Queue_T newq; NEW(newq); return newq; void Queue_queue(Queue_T queue, Item item) QElem nitem; NEW(nitem); nitem->item = item; nitem->next = NULL; if (queue->put) queue->put->next = nitem; else queue->get = nitem; queue->put = nitem;
42 queue.c (Cont.) Item Queue_dequeue(Queue_T queue) Item ritem; QElem ptmp; assert(!queue_empty(queue)); ritem = queue->get->item; ptmp = queue->get; queue->get = queue->get->next; if (!queue->get) queue->put = NULL; DEL(ptmp); return ritem; int Queue_empty(Queue_T queue) return queue->get == NULL; AED 2003/2004 p.42/65
43 Exemplos Adicionais AED 2003/2004 p.43/65
44 AED 2003/2004 p.44/65 Estruturas Auto-Referenciadas Um exemplo: Implementar fila de valores inteiros utilizando ponteiros e estruturas
45 AED 2003/2004 p.45/65 iqueue.h extern void init(); extern int is_empty(); extern void queue(int value); extern int dequeue();
46 AED 2003/2004 p.46/65 iqueue.c #include <stdio.h> #include <stdlib.h> struct iitem int value; struct iitem *next; ; static struct iitem *putptr = NULL; static struct iitem *getptr = NULL; static struct iitem *alloc_item() return (struct iitem *) malloc(sizeof(struct iitem)); void init() putptr = NULL; getptr = NULL; int is_empty() return getptr == NULL;
47 void queue(int value) struct iitem *nitem = alloc_item(); nitem->value = value; nitem->next = NULL; if (putptr) putptr->next = nitem; else getptr = nitem; putptr = nitem; int dequeue() int rvalue; struct iitem *ptmp; if (is_empty()) return -1; rvalue = getptr->value; ptmp = getptr; getptr = getptr->next; if (!getptr) putptr = NULL; free(ptmp); return rvalue; AED 2003/2004 p.47/65 iqueue.c
48 AED 2003/2004 p.48/65 Estruturas Auto-Referenciadas Um exemplo: Implementar fila generalizada de valores inteiros utilizando ponteiros e estruturas Operações: push(int), pop(), unshift(int), shift()
49 AED 2003/2004 p.49/65 iqueue2.h extern int init(); extern int is_empty(); extern void push(int value); extern int pop(); extern void unshift(int value); extern int shift();
50 AED 2003/2004 p.50/65 iqueue2.c #include <stdio.h> #include <stdlib.h> struct iitem int value; struct iitem *prev; struct iitem *next; ; static struct iitem *topptr = NULL; static struct iitem *botptr = NULL; static struct iitem *alloc_item() return (struct iitem *) malloc(sizeof(struct iitem)); void init() topptr = NULL; botptr = NULL; int is_empty() return topptr == NULL;
51 AED 2003/2004 p.51/65 iqueue2.c void push(int value) struct iitem *nitem = alloc_item(); nitem->value = value; if (topptr) topptr->next = nitem; else botptr = nitem; nitem->prev = topptr; nitem->next = NULL; topptr = nitem;
52 AED 2003/2004 p.52/65 iqueue2.c int pop() int rvalue; struct iitem *ptmp; if (is_empty()) return -1; rvalue = topptr->value; ptmp = topptr; topptr = topptr->prev; if (topptr) topptr->next = NULL; else botptr = NULL; free(ptmp); return rvalue;
53 AED 2003/2004 p.53/65 iqueue2.c void unshift(int value) struct iitem *nitem = alloc_item(); nitem->value = value; if (botptr) botptr->prev = nitem; else topptr = nitem; nitem->next = botptr; nitem->prev = NULL; botptr = nitem;
54 AED 2003/2004 p.54/65 iqueue2.c int shift() int rvalue; struct iitem *ptmp; if (is_empty()) return -1; rvalue = botptr->value; ptmp = botptr; botptr = botptr->next; if (botptr) botptr->prev = NULL; else topptr = NULL; free(ptmp); return rvalue;
55 AED 2003/2004 p.55/65 Tabelas Dinâmicas II Um exemplo: Implementar fila generalizada de valores inteiros utilizando uma tabela dinâmica Operações: push(int), pop(), unshift(int), shift()
56 AED 2003/2004 p.56/65 iqueue.c #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #define INITQUEUESIZE 5 static int *iqueue; static int *queue_top; static int queue_dim; static int *topptr = NULL; static int *botptr = NULL;
57 AED 2003/2004 p.57/65 iqueue.c static int is_full() return topptr == botptr-1 (botptr == iqueue && topptr == queue_top-1); void init() iqueue = (int*) malloc(initqueuesize * sizeof(int)); topptr = iqueue; botptr = iqueue; queue_dim = INITQUEUESIZE; queue_top = iqueue+queue_dim; int is_empty() return topptr == botptr;
58 AED 2003/2004 p.58/65 iqueue.c static void increase_queue_size() int *pa, *pb; int *ptmp = iqueue, *ptmptop = queue_top; int prev_dim = queue_dim; queue_dim = 2 * queue_dim; iqueue = (int*) malloc(queue_dim * sizeof(int)); queue_top = iqueue + queue_dim; for (pa=botptr, pb=iqueue; pa!= topptr; ) *(pb++) = *(pa++); if (pa == ptmptop) pa = ptmp; botptr = iqueue; topptr = iqueue + prev_dim - 1; free(ptmp);
59 AED 2003/2004 p.59/65 iqueue.c void push(int value) if (is_full()) increase_queue_size(); *(topptr++) = value; if (topptr == queue_top) topptr = iqueue; int pop() int rvalue; if (is_empty()) return -1; if (topptr == iqueue) topptr = queue_top; rvalue = *(--topptr); return rvalue;
60 AED 2003/2004 p.60/65 iqueue.c void unshift(int value) if (is_full()) increase_queue_size(); if (botptr == iqueue) botptr = queue_top; *(--botptr) = value; int shift() int rvalue; if (is_empty()) return -1; rvalue = *(botptr++); if (botptr == queue_top) botptr = iqueue; return rvalue;
61 AED 2003/2004 p.61/65 Exemplos Adicionais Lista de inteiros simplesmente ligada: Inserção (ordenada) de elemento Remoção de elemento #include <stdlib.h> struct iitem int value; struct iitem *next; ; typedef struct iitem IntItem; typedef IntItem* IntItemPtr; static IntItemPtr first = NULL; static IntItemPtr alloc_item() return (IntItemPtr) malloc(sizeof(intitem)); void init() first = NULL;
62 AED 2003/2004 p.62/65 Inserção Ordenada de Elemento int insert(int value) IntItemPtr px, py, nitem; for (px = first, py = px; px; py = px, px = px->next) if (px->value > value) break; else if (px->value == value) return 0; /* no duplicates */ nitem = alloc_item(); nitem->value = value; nitem->next = px; if (px == first) first = nitem; else py->next = nitem; return 1;
63 AED 2003/2004 p.63/65 Remoção de Elemento int delete(int value) IntItemPtr px, py; for (px = first, py = px; px; py = px, px = px->next) if (px->value == value) if (px == first) first = first->next; else py->next = px->next; free(px); return 1; return 0;
64 AED 2003/2004 p.64/65 Escrever Lista de Inteiros void print_list() IntItemPtr px; printf("[ "); for (px = first; px; px = px->next) printf("%d ", px->value); printf("]\n");
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