Algoritmos e Estruturas de Dados II IEC013

Transcrição

1 Algoritmos e Estruturas de Dados II IEC013 TAD, Pilhas e Filas Prof. César Melo Todos os créditos ao Prof. Leandro Galvão

2 TAD: Definição SE programa = definição de um tipo de dados + operação sobre dados desse tipo + restrições sobre dados e operações ENTÃO Tipo Abstrato de Dados (TAD) Abstrato significa esquecida a forma de implementar Um TAD é caracterizado pela finalidade do tipo e de suas operações, e não pela forma como está implementado.

3 TAD: Definição Criando um tipo abstrato, podemos esconder a estratégia de implementação; Quem usa o tipo abstrato não precisa conhecer a forma como ele é implementado; A conseqüência é a facilidade de manutenção e o re-uso de códigos.

4 TAD: Características Conjunto de dados, operações e restrições integrados em uma única estrutura; Encapsulamento (ocultação de informação): estruturas de dados escondidas; interface bem definida.

5 TAD: Implementação em C Um programa C pode ser divido em vários arquivos fontes; Módulo = um arquivo com funções que representam apenas parte da implementação de um programa completo Programa = pode conter um ou mais módulos Cada um desses módulos deve ser compilado separadamente, gerando um arquivo objeto (geralmente um arquivo com extensão.o )

6 TAD: Implementação em C, exemplo Supondo que um arquivo str.c contenha as funções comprimento, copia e concatena; Suponha que o programa prog.c, faça uso das funções definidas no arquivo str.c A compilação poderia ser feita da seguinte forma: gcc c str.c gcc c prog.c gcc o prog prog.o str.o Como vimos, para que as funções implementadas em str.c possam ser usadas por um outro programa C, este precisa conhecer os cabeçalhos das funções oferecidas por str.c; Isto foi resolvido pela repetição dos cabeçalhos das funções no início do arquivo prog.c.

7 TAD: Implementação em C, exemplo(2) Essa repetição manual é muito trabalhosa e expoem o código a introdução de erros; Como contornar o problema? Uso de arquivos com os cabeçalhos das funções oferecidas pelo módulo; e, eventualmente, os tipos de dados que ele exporte (typedef s, struct s, etc); Padrão de nomeação dos arquivos de cabeçalho os associa ao módulo desenvolvido; A extensão.h é o que os diferencia do arquivo de implementação das funções. Para o nosso exemplo teria-se que: Definir um arquivo str.h, e mudar o programa prog.c.

8 TAD: Ponto Considere a criação de um tipo de dado para representar um ponto no R². Para isso, defina o TAD Ponto. As operações dessa TAD são as seguintes: cria: operação que cria um ponto com coordenadas x e y; libera: operação que libera a memória alocada por um ponto; Acessa: operação que devolve as coordenadas de um ponto; Atribui: operação que atribui novos valores às coordenadas de um ponto; distancia: operação que calcula a distância entre dois pontos.

9 TAD: Círculo Considere a criação de um tipo de dado para representar um círculo no R². Para isso, defina o TAD círculo. As operações dessa TAD são as seguintes: cria: operação que cria um círculo de raio r; libera: operação que libera a memória alocada por um círculo; acessa: operação que devolve o raio de um círculo; redimensiona: operação que atribui novo valor ao raio do círculo;

10 Questões

11 Pilhas e Filas Pilhas e filas são casos especiais das listas encadeadas. Ambas possuem regras rigorosas para acessar os dados armazenados nelas. As operações de recuperação de dados são destrutivas...

12 Pilha, características É uma das estruturas de dados mais simples; Todo o acesso a seus elementos é feito através do seu topo; Quando um novo elemento é introduzido na pilha, ele passa a ser o elemento do topo, e o único elemento que pode ser removido da pilha é o do topo.

13 Pilhas Implementa uma política o primeiro que sai é o último que entrou (LIFO last in, first out). Existem duas operações básicas que devem ser implementadas numa estrutura de pilha: operação para empilhar (push)) um novo elemento, inserindo-o no topo, operação para desempilhar (pop)) um elemento, removendo-o do topo

14 Pilhas :: Push top o x m k top o push(a) a x m k top o push(b) b a x m k

15 Pilhas :: Pop top o b a x m k top o pop(b) a x m k top o pop(a) x m k

16 Pilhas :: Implementação de pilha usando alocação estática Supondo a pilha está armazenada em um vetor pilha[0..n-1]. A parte do vetor ocupada pela pilha será: 0 t n 1 pilha[0..n 1]

17 Pilhas :: Implementação de pilha usando alocação estática #define MAX 50 typedef struct pilha TPilha; struct pilha { int topo; int vet[max]; };

18 Pilhas :: Operações básicas definidas para o TAD Criar uma estrutura de pilha; Inserir um elemento no topo (push); Remover o elemento do topo (pop); Verificar se a pilha está vazia; Verificar se a pilha está cheia(se pilha estática) Liberar a estrutura de pilha

19 As implementações Definição estática da fila; Definição dinâmica da fila; Definição dinâmica da fila para diversos tipos de dados;

20 Pilhas :: Implementação de pilha usando alocação dinâmica typedef struct noh TNo; struct noh { float info; TNo* prox; }; typedef struct pilha TPilha; struct pilha { TNo* topo; };

21 Pilhas :: Criar uma estrutura de pilha

22 Pilhas :: Inserir o elemento do topo - push()

23 Pilhas :: Remover o elemento do topo - pop()

24 Pilhas :: Verificar se a pilha está vazia

25 Pilhas :: Liberar a estrutura de pilha 174

26 Questões

27 Filas São listas lineares que adotam a política FIFO (First In First Out o primeiro que entra é o primeiro que sai) para a manipulação de elementos. As inserções são feitas no final da fila. As remoções são feitas no início da fila. A consulta na fila é feita desenfileirando elemento a elemento até encontrar o elemento desejado ou chegar ao final da fila.

28 Filas :: Aplicações Alocação de recursos para impressão de documentos em uma impressora (spooler de impressão). Atendimento de processos requisitados ao um sistema operacional. Ordenação do encaminhamento dos pacotes em um roteador. Buffer para gravação de dados em mídia.

29 Filas :: Aplicações fila para pouso fila para decolagem

30 Filas de tamanho variável :: Inserção X M K A A X M K B B A X M K

31 Filas de tamanho variável :: Remoção B A X M K k B A X M m B A X

32 Filas de tamanho fixo X M K A A X M K B B A X M

33 Filas :: Estrutura de uma fila

34 Filas :: Operações básicas Criação Destruição Inserção de um elemento Remoção de um elemento Localização de um elemento para consulta ou alteração Ordenação de uma lista Intercalação de duas listas Concatenação de duas listas Divisão de uma lista em duas

35 Filas :: Criação de uma fila typedef struct { int info; /* outros componentes*/ } tipoitem; typedef struct no { tipoitem item; struct no *prox; } tipono; typedef struct { tiponoh frente; tiponoh tras; } tipofila;

36 Filas :: Inserção de um elemento void ffvazia(tipofila *fila) { fila >frente = (tipono) malloc(sizeof(tipono)); fila >tras = fila >frente; fila >frente >prox = NULL; } int vazia(tipofila fila) { return (fila.frente == fila.tras); } void enfileira(tipoitem x, tipofila *fila) { fila >tras >prox = (tipono) malloc(sizeof(tipono)); fila >tras = fila >tras >prox; fila >tras >item = x; fila >tras >prox = NULL; }

37 Filas :: Remoção de um elemento void desenfileira(tipofila *fila) { ptr p; if (vazia(*fila)) { printf("erro: Fila vazia.\n"); return; } p = fila >frente; fila >frente = fila >frente >prox; free(p); printf("item da fila excluido com sucesso."); getch(); } 175