Computadores Digitais 2. Prof. Rodrigo de Souza Couto

Transcrição

1 Computadores Digitais 2 Linguagens de Programação DEL-Poli/UFRJ Prof. Miguel Campista

2 Tópicos Listas Encadeadas Introdução às listas encadeadas Manipulação de elementos Implementações recursivas Listas Circulares Listas Duplamente Encadeadas Listas de Tipos Estruturados

3 ATENÇÃO Esta apresentação foi baseada nos seguinte trabalhos: Notas de aula do Prof. Marco Casanova da PUC-Rio Waldemar Celes, Renato Cerqueira, José Lucas Rangel, Introdução a Estruturas de Dados, Editora Campus, 2004

4 Parte 1 Programação (linguagem C) Listas Encadeadas

5 Motivação Vetor estaticamente alocado É necessário especificar um tamanho fixo na escrita do código Posição contígua na memória Acesso aleatório de elementos Isto é, elementos são acessados pelos seus índices, sem precisar percorrer outros elementos vet

6 Motivação Vetor dinamicamente alocado Tamanho do vetor pode ser especificado em tempo de execução Também permite acesso aleatório por ocupar posição contígua na memória vet

7 Motivação Vetor dinamicamente alocado Tamanho do vetor pode ser especificado em tempo de execução Também permite acesso aleatório por ocupar posição contígua na memória vet E se a dimensão do vetor mudar em tempo de execução??? Por exemplo, numa estrutura que armazena funcionários de uma empresa. Funcionários constantemente entram e saem da empresa.

8 Motivação Vetor dinamicamente alocado Pode ser redimensionado com a função realloc Modifica o tamanho do conteúdo previamente alocado Como vetor deve ser contíguo, função pode precisar copiar todo o conteúdo do vetor original para uma nova posição de memória para acomodar a nova alocação vet > 116 a vet > Realocando um vetor de 3 elementos a

9 Motivação Vetor dinamicamente alocado realloc muitas vezes não é recomendada por não ser eficiente Quando o número de elementos muda em tempo de execução, é preferível utilizar estruturas dinâmicas Listas encadeadas, árvores, etc. Neste curso, abordaremos apenas listas encadeadas

10 Listas Encadeadas Cada elemento (também chamado de nó) é uma estrutura listapessoas Um dos itens da estrutura é ponteiro para o próximo elemento da lista Ex: Lista de pessoas Fim da lista é indicado por um ponteiro para Nome1 Nome2 Nome3

11 Listas Encadeadas Adição de um novo elemento listapessoas Aloca-se dinamicamente o novo elemento Alocação da estrutura Ponteiro para um dos elementos (p.ex. o último) aponta para essa estrutura Nome1 Nome2 Nome3 Nome4

12 Listas Encadeadas Diferente dos vetores, essas listas não precisam estar em posições contíguas na memória Acesso não aleatório Elementos devem ser percorridos para encontrar o elemento desejado listapessoas Pessoa2 Nome Nome1 Nome2 Pessoa1 120 Nome listapessoas

13 Listas Encadeadas Declaração de estrutura para lista com uma informações do tipo int typedef struct lista { int info; struct lista* prox; Lista; listainfos Declaração para uma estrutura isolada Info1 Info2

14 Listas Encadeadas Declaração de estrutura para lista com uma informações do tipo int typedef struct lista { int info; struct lista* prox; Lista; listainfos Ponteiro para o próximo elemento da lista Info1 Info2

15 Listas Encadeadas Declaração de estrutura para lista com uma informações do tipo int typedef struct lista { int info; struct lista* prox; Lista; listainfos Estrutura autorreferenciada Info1 Info2

16 Listas Encadeadas Exemplo: Função de criação de uma nova lista Retorna variável do tipo Lista com ponteiro para Lista* _cria(void){ return ; listainfos

17 Listas Encadeadas Exemplo: Inserção de novos elementos Lista* _insere(lista*, int i){ Lista* novo = (Lista*) malloc(sizeof(lista)); novo->info = i; novo->prox = ; return novo; Info1

18 Listas Encadeadas Exemplo: Inserção de novos elementos Lista* _insere(lista*, int i){ Lista* novo = (Lista*) malloc(sizeof(lista)); novo->info = i; novo->prox = ; novo return novo; Info2 Info1

19 Listas Encadeadas Exemplo: Inserção de novos elementos Lista* _insere(lista*, int i){ Lista* novo = (Lista*) malloc(sizeof(lista)); novo->info = i; novo->prox = ; novo return novo; i Info1

20 Listas Encadeadas Exemplo: Inserção de novos elementos Lista* _insere(lista*, int i){ Lista* novo = (Lista*) malloc(sizeof(lista)); novo->info = i; novo->prox = ; novo return novo; i Info1

21 Listas Encadeadas Exemplo: Inserção de novos elementos Lista* _insere(lista*, int i){ Lista* novo = (Lista*) malloc(sizeof(lista)); novo->info = i; novo->prox = ; novo return novo; i Endereço indicado pela variável novo representará o novo ponteiro da lista Info1

22 Listas Encadeadas Exemplo: Trecho de código que utiliza as funções anteriores int main(void){ Lista *; = _cria(); = _insere(,23); = _insere(,45);...

23 Lista* _cria(void){ return ; int main(void){ Lista *; = _cria(); = _insere(,23); = _insere(,45);...

24 Lista* _insere(lista*, int i){ Lista* novo = (Lista*) malloc(sizeof(lista)); novo->info = i; novo->prox = ; return novo; 23 int main(void){ Lista *; = _cria(); = _insere(,23); = _insere(,45);...

25 Lista* _insere(lista*, int i){ Lista* novo = (Lista*) malloc(sizeof(lista)); novo->info = i; novo->prox = ; return novo; int main(void){ Lista *; = _cria(); = _insere(,23); = _insere(,45);... 23

26 Lista* _insere(lista*, int i){ Lista* novo = (Lista*) malloc(sizeof(lista)); novo->info = i; novo->prox = ; return novo; 45 int main(void){ Lista *; = _cria(); = _insere(,23); = _insere(,45);... 23

27 Lista* _insere(lista*, int i){ Lista* novo = (Lista*) malloc(sizeof(lista)); novo->info = i; novo->prox = ; return novo; int main(void){ Lista *; = _cria(); = _insere(,23); = _insere(,45);

28 Listas Encadeadas Função alternativa para inserção de elementos Modifica o próprio ponteiro da lista Lista* _insere(lista**, int i){ Lista* novo = (Lista*) malloc(sizeof(lista)); novo->info = i; novo->prox = *; * = novo; int main(void){ Lista *; = _cria(); _insere(&,23);...

29 Listas Encadeadas Função alternativa para inserção de elementos Modifica o próprio ponteiro da lista Lista* _insere(lista**, int i){ Lista* novo = (Lista*) malloc(sizeof(lista)); novo->info = i; novo->prox = *; * = novo; int main(void){ Função recebe um ponteiro para o ponteiro da lista Lista *; = _cria(); _insere(&,23);...

30 Listas Encadeadas Exemplo: Função que imprime todos os valores da lista Variável auxiliar que indica o elemento atual void _imprime(lista* ){ Lista* p; for (p = ; p!= ; p = p->prox) printf( info = %d\n, p->info);

31 Listas Encadeadas Exemplo: Função que imprime todos os valores da lista Variável auxiliar que indica o elemento atual void _imprime(lista* ){ Lista* p; for (p = ; p!= ; p = p->prox) printf( info = %d\n, p->info); p

32 Listas Encadeadas Exemplo: Função que imprime todos os valores da lista void _imprime(lista* ){ Lista* p; for (p = ; p!= ; p = p->prox) printf( info = %d\n, p->info); p

33 Listas Encadeadas Exemplo: Função que imprime todos os valores da lista void _imprime(lista* ){ Lista* p; for (p = ; p!= ; p = p->prox) printf( info = %d\n, p->info); p

34 Listas Encadeadas Exemplo: Função que imprime todos os valores da lista void _imprime(lista* ){ Lista* p; for (p = ; p!= ; p = p->prox) printf( info = %d\n, p->info); p

35 Listas Encadeadas Exemplo: função de busca Como posso retornar um ponteiro para o elemento com valor v? Retorna se elemento não for encontrado Lista* _busca(lista*, int v)

36 void Lista* _busca(lista*, int v){ Lista* p; for (p = ; p!= ; p = p->prox) if (p->info == v) return p; return v= p

37 void Lista* _busca(lista*, int v){ Lista* p; for (p = ; p!= ; p = p->prox) if (p->info == v) return p; return Retorna endereço do elemento, pois encontrou o valor! p

38 Listas Encadeadas Exemplo: Retirada de Elemento da lista Se elemento for o primeiro, libera a memória e atualiza o ponteiro Senão, o elemento anterior deve apontar par o seguinte

39 Lista* _retira(lista*, int v){ Lista* ant = ; Lista* p = ; while (p!= && p->info!= v){ ant = p; p = p->prox; if (p == ) return ; Procura o elemento na lista, guardando o anterior if (ant == ){ = p->prox; else{ 23 ant 45 p 67 ant->prox = p->prox; free(p); return ;

40 Lista* _retira(lista*, int v){ Lista* ant = ; Lista* p = ; while (p!= && p->info!= v){ ant = p; p = p->prox; if (p == ) return ; Procura o elemento na lista, guardando o anterior if (ant == ){ = p->prox; else{ ant->prox = p->prox; ant p free(p); return ;

41 Lista* _retira(lista*, int v){ Lista* ant = ; Lista* p = ; while (p!= && p->info!= v){ ant = p; p = p->prox; if (p == ) return ; if (ant == ){ = p->prox; else{ ant->prox = p->prox; free(p); Se o valor não for encontrado, retorna sem retirada de elementos ant p return ;

42 Lista* _retira(lista*, int v){ Lista* ant = ; Lista* p = ; while (p!= && p->info!= v){ ant = p; p = p->prox; if (p == ) return ; if (ant == ){ = p->prox; else{ ant->prox = p->prox; Se temos ant==, o primeiro elemento foi escolhido para ser retirado. Atualiza-se o ponteiro para a próxima posição p free(p); return ; ant

43 Lista* _retira(lista*, int v){ Lista* ant = ; Lista* p = ; while (p!= && p->info!= v){ ant = p; p = p->prox; if (p == ) return ; if (ant == ){ Memória alocada para o elemento = p->prox; será liberada posteriormente else{ ant->prox = p->prox; p free(p); return ; ant

44 Lista* _retira(lista*, int v){ Lista* ant = ; Lista* p = ; while (p!= && p->info!= v){ ant = p; p = p->prox; if (p == ) return ; if (ant == ){ = p->prox; ant p else{ ant->prox = p->prox; Se quisermos retirar elementos do meio, atualizamos elemento anterior free(p); com o endereço do próximo return ;

45 Lista* _retira(lista*, int v){ Lista* ant = ; Lista* p = ; while (p!= && p->info!= v){ ant = p; p = p->prox; if (p == ) return ; if (ant == ){ = p->prox; ant p else{ ant->prox = p->prox; Memória alocada para o elemento será liberada posteriormente free(p); return ;

46 Listas Encadeadas Liberação de memória após o uso da lista void _libera(lista* ){ Lista* p = ; while (p!= ){ Lista* proximo = p->prox; free(p); p = proximo; Guarda referência para o próximo elemento, antes de liberar o atual

47 Listas Encadeadas Exercício: Fazer uma função que coloque na lista elementos na ordem crescente Item info Considerar que a lista recebida já está ordenada Isto é não são necessários procedimentos de ordenação Lista* _insere_ordenado(lista*, int v) typedef struct lista { int info; struct lista* prox; Lista;

48 Lista* _insereordenado(lista*, int v){ Lista* novo = (Lista*) malloc(sizeof(lista)); Lista* ant = ; Lista* p = ; novo novo->info = v;

49 Lista* _insereordenado(lista*, int v){ Lista* novo = (Lista*) malloc(sizeof(lista)); Lista* ant = ; Lista* p = ; novo novo->info = v; 55 while (p!= && p->info < v){ ant = p; p = p->prox; Varre a lista até achar um elemento com valor igual o maior que v. p apontará para esse elemento. Função também guarda o elemento anterior ant p

50 Lista* _insereordenado(lista*, int v){ Lista* novo = (Lista*) malloc(sizeof(lista)); Lista* ant = ; Lista* p = ; novo->info = v; novo while (p!= && p->info < v){ ant = p; p = p->prox; if (ant == ){ novo->prox = ; = novo; Caso o elemento a ser inserido seja menor que o primeiro da lista p ant

51 Lista* _insereordenado(lista*, int v){ Lista* novo = (Lista*) malloc(sizeof(lista)); Lista* ant = ; Lista* p = ; novo->info = v; novo while (p!= && p->info < v){ ant = p; p = p->prox; if (ant == ){ novo->prox = ; = novo; Caso o elemento a ser inserido seja menor que o primeiro da lista p ant

52 Lista* _insereordenado(lista*, int v){ Lista* novo = (Lista*) malloc(sizeof(lista)); Lista* ant = ; Lista* p = ; novo->info = v; while (p!= && p->info < v){ ant = p; 55 p = p->prox; if (ant == ){ novo->prox = ; = novo; else{ novo->prox = ant->prox; ant->prox = novo; return ; novo ant Caso o elemento a ser inserido esteja no meio da lista p

53 Lista* _insereordenado(lista*, int v){ Lista* novo = (Lista*) malloc(sizeof(lista)); Lista* ant = ; Lista* p = ; novo->info = v; while (p!= && p->info < v){ ant = p; 55 p = p->prox; if (ant == ){ novo->prox = ; = novo; else{ novo->prox = ant->prox; ant->prox = novo; return ; novo ant Caso o elemento a ser inserido esteja no meio da lista p

54 Implementações Recursivas Uma lista pode ser considerada como um elemento seguido de uma sublista lista 23 sublista1

55 Implementações Recursivas Uma lista pode ser considerada como um elemento seguido de uma sublista lista 23 sublista1 sublista1 45 sublista2

56 Implementações Recursivas Uma lista pode ser considerada como um elemento seguido de uma sublista lista 23 sublista1 sublista1 45 sublista2 sublista2 67

57 Implementações Recursivas Uma lista pode ser considerada como um elemento seguido de uma sublista lista sublista sublista2

58 Implementações Recursivas Exemplo: Impressão dos elementos void _imprime_rec(lista* ){ if (!= ){ printf( info = %d\n, ->info); _imprime_rec(->prox); lista sublista sublista2

59 Listas Encadeadas Circulares Último elemento aponta para o primeiro Estrutura do elemento idêntica ao caso das listas simples Funções de percurso da lista devem detectar fim da lista pela volta ao primeiro elemento Nas listas simples, utiliza-se o valor Nome1 Nome2 Nome3

60 Listas Encadeadas Circulares Exemplo: Função para imprimir todos os elementos void Circ_imprime(Lista* ){ Lista* p = ; if (p) do{ printf( info = %d\n, p->info); p = p->prox; while (p!= ) Verifica se a lista não é vazia. Lista vazia é iniciada com, como visto para listas simples

61 Listas Encadeadas Circulares Exemplo: Função para imprimir todos os elementos void Circ_imprime(Lista* ){ Lista* p = ; if (p) do{ printf( info = %d\n, p->info); p = p->prox; while (p!= ) Quando p aponta de novo para o primeiro elemento, a lista chegou ao fim

62 Listas Duplamente Encadeadas Cada elemento tem um ponteiro para o próximo elemento e para o elemento anterior Dado um ponteiro para o último elemento da lista, é possível percorrer na ordem inversa Torna algumas operações mais eficientes, como remoção de elementos Info1 Info2 Info3

63 Listas Duplamente Encadeadas Cada elemento tem um ponteiro para o próximo elemento e para o elemento anterior Dado um ponteiro para o último elemento da lista, é possível percorrer na ordem inversa Torna algumas operações mais eficientes, pois não é necessário ter uma referência para o elemento anterior Info1 Info2 Info3

64 Listas Duplamente Encadeadas Declaração de estrutura para lista com informações do tipo int typedef struct lista2 { int info; struct lista2* ant; struct lista2* prox; Lista2; Declaração para uma estrutura isolada Info1 Info2 Info3

65 Listas Duplamente Encadeadas Exemplo: inserção de novos elementos Lista2* 2_insere(Lista2*, int v){ Lista2* novo = (Lista2*) malloc(sizeof(lista2)); novo->info = v; novo->ant = ; novo->prox = ; if (!= ) ->ant = novo; return novo; 34 23

66 Listas Duplamente Encadeadas Exemplo: inserção de novos elementos Lista2* 2_insere(Lista2*, int v){ Lista2* novo = (Lista2*) malloc(sizeof(lista2)); novo->info = v; novo->ant = ; novo->prox = ; if (!= ) ->ant = novo; return novo; novo

67 Listas Duplamente Encadeadas Exemplo: inserção de novos elementos Lista2* 2_insere(Lista2*, int v){ Lista2* novo = (Lista2*) malloc(sizeof(lista2)); novo->info = v; novo->ant = ; novo->prox = ; if (!= ) ->ant = novo; return novo; novo

68 Listas Duplamente Encadeadas Exemplo: inserção de novos elementos Lista2* 2_insere(Lista2*, int v){ Lista2* novo = (Lista2*) malloc(sizeof(lista2)); novo->info = v; novo->ant = ; novo->prox = ; if (!= ) ->ant = novo; return novo; novo

69 Listas Duplamente Encadeadas Exemplo: Busca de elementos Idêntica à função para listas simples Só é utilizado o ponteiro para ao próximo elemento Lista2* 2_busca(Lista2*, int v){ Lista2* p; for (p = ; p!= ; p = p->prox) if (p->info == v) return p; return

70 Listas Duplamente Encadeadas Exemplo: Remoção de elementos É possível remover elementos apenas sabendo o endereço o elemento a ser retirado Como temos a informação do elemento anterior, não é necessários buscar na lista o elemento anterior ao retirado Primeiro busca-se o elemento e depois realiza-se sua remoção Info1 Info2 Info3

71 Listas Duplamente Encadeadas Exercício: Fazer a função de remoção Lista2* 2_retira(Lista2*, int v) Dica: Utilizar a função de busca Lista2* 2_busca(Lista2*, int v)

72 Lista2* 2_retira(Lista2*, int v){ Lista2* p = busca(,v); Busca o ponteiro para o elemento da lista a ser retirado Ex: v = p 67 45

73 Lista2* 2_retira(Lista2*, int v){ Lista2* p = busca(,v); if (p == ) return ; Se elemento não for encontrado, nada se faz

74 Lista2* 2_retira(Lista2*, int v){ Lista2* p = busca(,v); if (p == ) return ; if ( == p) = p->prox; Testa se elemento a ser retirado é o primeiro elemento p Ex: v =

75 Lista2* 2_retira(Lista2*, int v){ Lista2* p = busca(,v); if (p == ) return ; if ( == p) = p->prox; Ponteiro inical da lista pula o primeiro elemento Os outros ponteiro serão desfeitos depois p Ex: v =

76 Lista2* 2_retira(Lista2*, int v){ Lista2* p = busca(,v); if (p == ) return ; if ( == p) = p->prox; else p->ant->prox = p->prox; No caso de ser um elemento do meio Ex: v = p

77 Lista2* 2_retira(Lista2*, int v){ Lista2* p = busca(,v); if (p == ) return ; Ponteiro prox do elemento anterior if ( == p) receberá o próximo elemento de p = p->prox; else p->ant->prox = p->prox; p

78 Lista2* 2_retira(Lista2*, int v){ Lista2* p = busca(,v); if (p == ) return ; if ( == p) = p->prox; else p->ant->prox = p->prox; if (p->prox!= ) p->prox->ant = p->ant; Se p não for elemento final, o pointeiro ant do próximo elemento recebe seu elemento anterior p

79 Lista2* 2_retira(Lista2*, int v){ Lista2* p = busca(,v); if (p == ) return ; if ( == p) = p->prox; else p->ant->prox = p->prox; Isso também é realizado se o primeiro elemento for retirado if (p->prox!= ) p->prox->ant = p->ant; p

80 Lista2* 2_retira(Lista2*, int v){ Lista2* p = busca(,v); if (p == ) return ; if ( == p) = p->prox; else p->ant->prox = p->prox; Mas nesse caso é um ponteiro para if (p->prox!= ) p->prox->ant = p->ant; p

81 Lista2* 2_retira(Lista2*, int v){ Lista2* p = busca(,v); if (p == ) return ; p if ( == p) = p->prox; else p->ant->prox = p->prox; if (p->prox!= ) p->prox->ant = p->ant; free(p); return ; Memória é liberada, retirando o elemento

82 Lista2* 2_retira(Lista2*, int v){ Lista2* p = busca(,v); if (p == ) return ; if ( == p) = p->prox; else p->ant->prox = p->prox; if (p->prox!= ) p->prox->ant = p->ant; p free(p); return ; Memória é liberada, retirando o elemento

83 Listas de Tipos Estruturados Listas vista até agora têm conteúdo simples P.ex. Cada nó tem um número inteiro

84 Listas de Tipos Estruturados A informação associada a cada nó pode ser mais complexa, sem alterar o encadeamento dos nós Ex: Matrícula e nome de aluno 2323 Rodrigo 2329 Ana 2321 José

85 Listas de Tipos Estruturados Independente da informação armazenada na lista, a estrutura do nó é sempre composta por Um variável para a informação Um ponteiro para o próximo nó da lista typedef struct aluno { int mat; char nome[81]; Aluno; typedef struct lista { Aluno info; struct lista *prox; Lista;

86 Listas de Tipos Estruturados Inserção de novos elementos #include <string.h> Lista* _insere(lista*, int mat, char* nome){ Lista* novo = (Lista*) malloc(sizeof(lista)); novo->info.mat = mat; strcpy(novo->info.nome,nome); novo->prox = ; return novo;