Tipos de dados estruturados

Transcrição

1 Tipos de dados estruturados Tipos de dados intrínsecos em Fortran INTEGER REAL COMPLEX CHARACTER LOGICAL É possível definir tipos (estruturas) ou fichas. Ficha - armazena elementos de tipos diferentes Exemplo: ficha de aluno de IP contém: Nome (cadeia de caracteres) Número (inteiro) Nota exame (real) Nota projecto (real) Nota final (inteiro) João Miguel da Costa Sousa 248 Tipos estruturados Definição de tipos estruturados (fichas) Forma: TYPE nome_tipo declaracao 1 declaracao 2... declaracao k END TYPE nome_tipo O nome_tipo é um identificador em Fortran; Cada declaracao i declara um ou mais componentes da estrutura deste tipo. Objectivo: declara tipo estruturado (ficha) cujos componentes são declarados em declaracao 1,, declaracao k. Estas definições são efectuadas na zona de especificações do programa. João Miguel da Costa Sousa 249 1

2 Exemplos de fichas Exemplo 1: ficha de aluno TYPE Ficha_Aluno CHARACTER(20) :: Nome INTEGER :: Numero REAL :: Exame, Projecto INTEGER :: NotaFinal END TYPE Ficha_Aluno Aluno1 Nome Numero Exame Projecto NotaFinal Nome Numero Exame Projecto NotaFinal Aluno2 Exemplo 2: ponto no espaço 2-D TYPE Ponto2D REAL :: X, Y END TYPE Ponto2D João Miguel da Costa Sousa 250 Declaração de estruturas Declaração de estruturas Forma: TYPE(nome_tipo) :: lista_identificadores Objectivo: declara os identificadores que serão os nomes das estruturas cujos componentes são declarados na definição do tipo nome_tipo. Exemplo: estruturas dos tipos definidos no Ex. 1 e no Ex. 2 anteriores: ou: TYPE(Ficha_Aluno) :: Aluno1, Aluno2 TYPE(Ficha_Aluno), DIMENSION(50) :: Alunos TYPE(Ficha_Aluno):: Alunos(50) TYPE(Ponto2D) :: Ponto1, Ponto2 João Miguel da Costa Sousa 251 2

3 Construtores de fichas Forma: nome_tipo(lista_componentes) Exemplo 1: Ponto2D(2.5, 3.2) é um valor do tipo Ponto2D e pode ser atribuida a P: P = Ponto2D(2.5, 3.2) Declaração da constante Centro: TYPE(Ponto2D), PARAMETER :: Centro = Ponto2D(2.5, 3.2) Declaração da constante Centro: TYPE(Ponto2D), PARAMETER :: Centro = Ponto2D(2.5, 3.2)... A = 1.1 P = Ponto2D(A, 2*A) Exemplo 2: Aluno1 = Ficha_Aluno( J. Silva, 10000, 15., 17., 16) Alunos(1) = Aluno1 João Miguel da Costa Sousa 252 Acesso a componentes de fichas Componentes individuais são acedidos por variáveis qualificadas dadas por: Nome da estrutura e Nome do componente, juntos pelo selector de componente: % : Exemplos: nome_estrutura%nome_componente P%X é o primeiro componente da estrutura P do tipo Ponto2D, e P%Y é o segundo componente. Alunos(1)%Nome é o primeiro componente da estrutura Alunos(1) do tipo Ficha_Aluno, etc. Aluno1%Nome = Jose Silva READ(*, *) Aluno1%Nome PRINT(*, *) Aluno1%Nome Aluno1%Nome(1:1) = J João Miguel da Costa Sousa 253 3

4 Estruturas encadeadas Os componentes de um tipo podem ser de qualquer tipo; mesmo de outra estrutura. Exemplo: TYPE Ponto2D REAL :: X, Y END TYPE Ponto2D TYPE Circulo TYPE(Ponto2D) :: Centro REAL :: Raio END TYPE Circulo TYPE(Circulo) :: C declara C que é uma variável do tipo Circulo e tem dois componentes, onde o primeiro é do tipo Ponto2D, e o segundo do tipo REAL. C = Circulo(Ponto2D(2.5, 3.2), 10.0) representa um círculo de raio 10.0 e centrado em (2.5, 3.2). O valor de C%Centro%X é de 2.5. João Miguel da Costa Sousa 254 Processamento e atribuições E/S de estruturas tem de ser efectuada componente a componente Exemplos: leitura e escrita da variável Aluno do tipo Ficha_Aluno, e atribuição por componentes. READ(*, *) Aluno%Nome, Aluno%Numero, Aluno%Exame, & Aluno%Projecto, Aluno%NotaFinal WRITE(*, (1X, Nome:, A) ) Aluno%Nome WRITE(*, (1X, Numero:, I5) ) Aluno%Numero WRITE(*, (1X, Exame:, F6.1) ) Aluno%Exame WRITE(*, (1X, Projecto:, F6.1) ) Aluno%Projecto WRITE(*, (1X, Nota Final:, I4) ) Aluno%NotaFinal Aluno2%Nome = Aluno%Nome Aluno2%Numero = Aluno%Numero Aluno2%Exame = Aluno%Exame Aluno2%Projecto = Aluno%Projecto Aluno2%NotaFinal = Aluno%NotaFinal Atribuição: variavel_estrutura = expressao_estrutura Exemplo: Aluno2 = Aluno João Miguel da Costa Sousa 255 4

5 Estruturas como argumentos As estruturas podem ser usadas como argumentos de subprogramas. Os parâmetros actuais e formais devem ser do mesmo tipo! Exemplo: programa que dados dois pontos calcula a distância entre eles e a recta que passa pelos dois. Distância entre 2 pontos P 1 com coordenadas (x 1, y 1 ) e P 2 com coordenadas (x 2, y 2 ): 2 2 ( x2 x1) + ( y2 y1 ) Recta que passa nos pontos P 1 e P 2 : y = mx + b y2 y1 m =, x x b = y1 m x1 2 1 João Miguel da Costa Sousa 256 Programa: Pontos e linhas (1) PROGRAM Pontos_e_Linhas! ! Programa que le dois pontos P1 e P2 representados como estruturas, calcula a! distancia entre P1 e P2 e calcula a equacao da recta unindo os dois pontos.! Identificadores usados:! Ponto : ficha representada em 2 dimensoes! P1, P2 : dois pontos a ser processados! Distancia : funcao que calcula distancia entre pontos! EquacaoRecta : subrotina que calcula a equacao duma recta! Resposta : resposta do utilizador!! Entradas: Coordenadas dos pontos P1 e P2! Saidas: distancia entre 2 pontos e recta entre eles! IMPLICIT NONE TYPE Ponto REAL :: X, Y END TYPE Ponto TYPE(Ponto) :: P1, P2 CHARACTER(1) :: Resposta DO WRITE(*, (1X, A), ADVANCE = NO ) & Introduza as coordenadas dos pontos P1 e P2: READ (*, *) P1%X, P1%Y, P2%X, P2%Y WRITE(*, (1X,2(A, (,F5.2,,,F5.2, ) ), e, F5.2) ) & Distancia entre, P1%X, P1%Y, e, P2%X, P2%Y, & Distancia(P1, P2) CALL EquacaoRecta(P1, P2) João Miguel da Costa Sousa 257 5

6 Programa: Pontos e linhas (2) WRITE(*, (/ 1X, A), ADVANCE = NO ) & Mais pontos (S ou N)? READ(*, *) Resposta IF (Resposta /= S ) EXIT END DO CONTAINS!--Distancia ! Funcao que calcula a distancia entre os pontos P1 e P2!! Aceita: Estruturas P1 e P2 do tipo Ponto! Retorna: Distancia entre P1 e P2! FUNCTION Distancia(P1, P2) TYPE(Ponto), INTENT(IN) :: P1, P2 REAL :: Distancia Distancia = SQRT((P2%X - P1%X)**2 + (P2%Y - P1%Y)**2) END FUNCTION Distancia!--EquacaoRecta ! Subrotina que calcula a equacao da recta y = mx + b da! linha que passa nos pontos P1 e P2. Variaveis locais:! M : declive da recta! B : interseccao da recta com o eixo dos yy! Aceita: Estruturas P1 e P2 do tipo Ponto! Retorna: Escreve equacao da recta que passa em P1 e P2! João Miguel da Costa Sousa 258 Programa: Pontos e linhas (3) SUBROUTINE EquacaoRecta(P1, P2) TYPE(Ponto), INTENT(IN) :: P1, P2 REAL :: M, B IF (P1%X == P2%X) THEN WRITE (*, (1X, A, F5.2) ) Linha vertical x =, P1%X ELSE M = (P2%Y - P1%Y) / (P2%X - P1%X) B = P1%Y - M * P1%X WRITE (*, (1X, 2(A, F5.2)) ) Equacao da recta e y =, M, x +, B END IF END SUBROUTINE EquacaoRecta END PROGRAM Pontos_e_Linhas Exemplo de execução: > Introduza as coordenadas dos pontos P1 e P2: 0,0 1,1 > Distancia entre ( 0.00, 0.00) e ( 1.00, 1.00) e 1.41 > Equacao da recta e y = 1.00x > > Mais pontos (S ou N)? S > Introduza as coordenadas dos pontos P1 e P2: 1,1 1,5 > Distancia entre ( 1.00, 1.00) e ( 1.00, 5.00) e 4.00 > Linha vertical x = 1.00 > > Mais pontos (S ou N)? S > Introduza as coordenadas dos pontos P1 e P2: 3.1, ,7.2 > Distancia entre ( 3.10, 4.20) e (-5.30, 7.20) e 8.92 > Equacao da recta e y = -0.36x > > Mais pontos (S ou N)? N João Miguel da Costa Sousa 259 6

7 Exemplo: Tabela de utilizadores Pretende-se procurar um utilizador numa base de dados, e verificar a utilização dos seus recursos computacionais. Um dado ficheiro deverá conter o apelido, nome, número de identificação, recursos disponíveis e recursos utilizados, i.e.: Babbage Charles ADA Newton Isaac APPLE Leibnitz Gottfried CALC Fahreneit Freda FRZ Celsius Christine FRZ Tower Lean PISA VanderVan Henry VAN Yale Harvard IVY Dado um número de utilizador, pretende-se que o programa indique o seu nome, apelido e a percentagem dos recursos disponíveis já utilizados. João Miguel da Costa Sousa 260 Ex: Registo Utiliz. Computadores PROGRAM Registos_Utilizacao_Computadores! ! Este programa le numeros de identificacao do teclado,! e procura numa base de dados se esse numero existe, e! nesse caso retorna informacao sobre esse utilizador.! Os identificadores usados sao os seguintes:!! Tp_Registo_Utilizacao : nome do tipo com informacao! Nome_Ficheiro : nome do ficheiro com dados! Estado_Abertura : variavel de estado para OPEN! Estado_Leitura : variavel de estado para READ! Utilizadores : tabela do Tp_Registo_Utilizacao! Num_Utilizadores : numero de utilizadores! Numero_Procurado : numero de id a procurar! Localizacao : indice do utilizador procurado! Encontrado : indica se a id procurada foi! : ou nao encontrada! Entradas : Numero_Procurado(teclado), Utilizadores(fich.)! Saidas : Numero, nome e % de recursos computacionais! utilizados, ou uma mensagem indicando que o numero! nao foi encontrado.! IMPLICIT NONE TYPE Tp_Registo_Utilizacao CHARACTER(15) :: Nome, Apelido INTEGER :: Numero_Identificacao CHARACTER(6) :: Palavra_chave REAL :: Recursos_Usados, Limite_Recursos END TYPE Tp_Registo_Utilizacao João Miguel da Costa Sousa 261 7

8 Registo Utiliz. Computadores CHARACTER(20) :: Nome_Ficheiro TYPE(Tp_Registo_Utilizacao), DIMENSION(20) :: Utilizadores INTEGER :: Estado_Abertura, Estado_Leitura, i INTEGER :: Num_Utilizadores, Numero_Procurado, Localizacao LOGICAL :: Encontrado! Le o nome do ficheiro com os registos e abre-o WRITE(*,'(1X, A)',ADVANCE="NO") "Escreva o nome do ficheiro:" READ (*, *) Nome_Ficheiro OPEN (10, FILE = Nome_Ficheiro, STATUS = "OLD", & IOSTAT = Estado_Abertura) IF (Estado_abertura <= 0) THEN i = 0 DO i = i+1 READ(10,*,IOSTAT=Estado_Leitura) Utilizadores(i)%Apelido,& Utilizadores(i)%Nome, & Utilizadores(i)%Numero_Identificacao, & Utilizadores(i)%Palavra_chave, & Utilizadores(i)%Recursos_Usados, & Utilizadores(i)%Limite_Recursos IF (Estado_Leitura<0) EXIT! Fim do fiheiro END DO Num_Utilizadores = i-1 João Miguel da Costa Sousa 262 Registo Utiliz. Computadores DO! Procura numero identificacao WRITE(*,*) WRITE(*,'(1X,A)',ADVANCE="NO") "Escreva o numero de & &utilizador (0 para parar): " READ (*,*) Numero_Procurado IF (Numero_Procurado /= 0) THEN CALL Procura_Numero(Utilizadores(1:Num_Utilizadores), & Numero_Procurado,Encontrado,Localizacao) IF (Encontrado) THEN WRITE(*,'(1X, I5, 1X, 2A)') & Utilizadores(Localizacao)%Numero_Identificacao, & Utilizadores(Localizacao)%Nome, & Utilizadores(Localizacao)%Apelido WRITE(*,'(1X, "utilizou", F5.1, "% de recursos")') & * Utilizadores(Localizacao)%Recursos_Usados & / Utilizadores(Localizacao)%Limite_Recursos ELSE WRITE(*,*) Numero_Procurado, " nao encontrado." END IF END IF! Se utilizador indicar, acaba o ciclo. IF (Numero_Procurado == 0) EXIT END DO ELSE WRITE(*,*) "Erro na abertura de ficheiro!!" END IF João Miguel da Costa Sousa 263 8

9 Registo Utiliz. Computadores CONTAINS!-Procura_Numero (...) SUBROUTINE Procura_Numero(Utilizadores, NumProcurado, Encontrado, Local) TYPE(Tp_Registo_Utilizacao), DIMENSION(:) :: Utilizadores INTEGER,INTENT(IN) :: NumProcurado INTEGER,INTENT(OUT) :: Local LOGICAL,INTENT(OUT) :: Encontrado INTEGER :: NumUtilizadores NumUtilizadores = SIZE(Utilizadores) Local = 1 Encontrado =.FALSE. DO IF ((Local > NumUtilizadores).OR. Encontrado) EXIT IF (NumProcurado== & Utilizadores(Local)%Numero_Identificacao) THEN Encontrado =.TRUE. ELSE Local = Local + 1 END IF END DO END SUBROUTINE Procura_Numero END PROGRAM Registos_Utilizacao_Computadores João Miguel da Costa Sousa 264 Exemplo de execução > Escreva o nome do ficheiro: dados.dat > > Escreva o numero de utilizador (0 para parar): > Charles Babbage > utilizou 92.8% de recursos > > Escreva o numero de utilizador (0 para parar): > Gottfried Leibnitz > utilizou 26.7% de recursos > > Escreva o numero de utilizador (0 para parar): > Harvard Yale > utilizou 54.2% de recursos > > Escreva o numero de utilizador (0 para parar): > nao encontrado > > Escreva o numero de utilizador (0 para parar): > Isaac Newton > utilizou 65.8% de recursos > > Escreva o numero de utilizador (0 para parar): 0 João Miguel da Costa Sousa 265 9

10 Outros tipos de dados Tipos de dados parametrizados Inteiros em Fortran: 32 bits de a Reais em Fortran: 32 bits a aprox. (precisão simples) Estes limites podem ser inadequados; podem ser necessária maior ou menor precisão. Estas alterações são dadas por tipos de dados parametrizados. Tipo COMPLEX a + bi, onde a e b são números reais e i 2 = -1 Tipo CHARACTER processamento avançado de cadeias de caracteres João Miguel da Costa Sousa 266 Tipos de dados parametrizados Representação de números é aproximada Reais não são representados exactamente Exemplo: equação que retorna sempre 1: PROGRAM Demo_1 IMPLICIT NONE REAL :: A, B, C a f 2 2 A + B 2AB B 2 A 2 A = = 1 2 A READ (*, *) A, B C = ((A + B)**2-2.0*A*B - B**2) / A**2 WRITE (*,*) C END PROGRAM Demo_1 A B C e e e E e E+09 João Miguel da Costa Sousa

11 Declaração de tipos parametrizados Tipos parametrizados Forma: especificador_tipo(kind = numero-tipo) :: lista ou especificador_tipo(numero-tipo) :: lista o especificador_tipo é em geral: INTEGER REAL COMPLEX LOGICAL o numero-tipo é um inteiro positivo (constante) com valor positivo; os atributos são atributos opcionais; a lista é uma lista de identificadores. Declara que os identificadores na lista têm o tipo e o numero-tipo especificado. João Miguel da Costa Sousa 268 Tipos parametrizados (concl.) Os números-tipo dependem da máquina e do compilador. Reais mais utilizados: Exemplo: Tipo NúmeroTipo Descrição REAL 4 Valores com precisão simples com aproximadamente 7 dígitos significativos; armazanados em 32 bits REAL 8 Valores com precisão dupla com aproximadamente 14 dígitos significativos; armazanados em 64 bits REAL(KIND = 4) :: Z REAL(8), DIMENSION(5,5) :: Beta Inteiros em PowerStation: Tipo NúmeroTipo Descrição INTEGER 1 Inteiros de 8 bits: -2 7 até INTEGER 2 Inteiros de 16 bits: até INTEGER 4 Inteiros de 64 bits: até João Miguel da Costa Sousa

12 Tipo de dados COMPLEX Tipo COMPLEX a + bi, onde a e b são reais. Em Fortran: (a, b) Declarações de complexos COMPLEX :: A, B COMPLEX, DIMENSION(10,10) :: Rho Operações com complexos z = a + bi e w = c + di Soma z + w = ( a + c) + ( b + d) i Subtração z w = ( a c) + ( b d) i Produto Divisão z w = ( ac bd) + ( ad + bc) i z w = ac + bd bc ad + c + d c + d i João Miguel da Costa Sousa 270 Tipo complexo (exemplos) Exemplo de operações (C e Z variáveis complexas): C = (6.2, 2.4) Z = 4.0 * C / 2 retorna para Z o valor: (12.4, 4.8) Se for atribuída a X do tipo real: X = 4.0 * C/2, retorna o valor 12.4 Se for atribuída a N do tipo inteiro: N = 4.0 * C/2, retorna o valor 12 Funções complexas intrínsecas: ABS(z) CONJG(z) EXP(z) AIMAG(z) CMPLX(x, y) REAL(z) João Miguel da Costa Sousa

13 Entrada e saída de complexos Complexos são lidos como um par de reais ou 2 reais PROGRAM Demo_2 IMPLICIT NONE COMPLEX :: X, Y, W, Z, A READ(*, *) X, Y READ(*, (2F2.0) ) W WRITE(*, *) X, Y WRITE(*, *) W WRITE(*, 10) X, Y, W 10 FORMAT(1X, F5.2, +, F8.2, I ) Z = (X + Y) / (1.0, 2.2) A = X * Y WRITE(*, 10) Z, A END PROGRAM Demo_2 Entrada de dados: > (3,4), (0.75, -2.23) > 5 7 Saída produzida: > ( , ) ( , ) > ( , ) > I > I > I > I > I João Miguel da Costa Sousa 272 O tipo CHARACTER Cadeia de caracteres vazia ou Compilador associa cada variável a um endereço em memória. Nomes das variáveis são identificadores. ou Declaração de cadeias de caracteres CHARACTER(LEN = n) :: lista CHARACTER(n) :: lista Exemplo: CHARACTER(LEN = 15) :: Nome, Apelido CHARACTER(15) :: Nome Em subprogramas os argumentos formais podem ser prédefinidos: CHARACTER(*) :: lista_identificadores João Miguel da Costa Sousa

14 Operacões com caracteres Caracteres podem ser parametrizados: CHARACTER(LEN=n, KIND=num_tipo) :: lista CHARACTER(n, KIND=num_tipo) :: lista CHARACTER(n, num_tipo) :: lista CHARACTER(KIND=num_tipo, LEN=n) :: lista CHARACTER(KIND=num_tipo) :: lista onde o num_tipo especifica o esquema de codificação (ASCII, EBCDIC, etc.) e/ou o tipo de caracteres (Inglês, Português, Russo, etc.) Concatenação de caracteres: operador binário dado por // Exemplo 1 centi // metros produz: centimetros Exemplo 2 CHARACTER(7) :: UnidadeQuadrada UnidadeQuadrada = quadrados centi // metros // UnidadeQuadrada produz: centimetros quadrados João Miguel da Costa Sousa 274 Subcadeias de caracteres Exemplo: subcadeia dos caracteres 6 a 10 de Unidade = centimetros é dada por: Unidade(6:10) e tem o valor: metro As primeiras e últimas posições não necessitam de ser especificadas. Exemplo: CHARACTER(15) :: Curso, Nome*20 Curso = Engenharia Curso(:3) tem o valor Eng e Curso(8:) tem o valor ria, onde _ corresponde a um espaço em branco. A primeira posição deve ser positiva, e a última >= que a primeira, mas não maior que o comprimento da cadeia de caracteres. Podem ser efectuadas atribuições a sub-cadeias, modificando parte de uma cadeia de caracteres. João Miguel da Costa Sousa

15 Funções com caracteres Funções de cadeias para cadeias: ADJUSTL(cad_caracteres) ADJUSTR(cad_caracteres) REPEAT(cad_caracteres, n) TRIM(cad_caracteres) Exemplo: CHARACTER(10) :: Cadeia = ABCDE A saída produzida por: WRITE(*, *) ***, Cadeia, *** WRITE(*, *) ***, ADJUSTL(Cadeia), *** WRITE(*, *) ***, ADJUSTR(Cadeia), *** WRITE(*, *) ***, TRIM(Cadeia), *** WRITE(*, *) ***, REPEAT(Cadeia,3), *** é a seguinte: >*** ABCDE *** >***ABCDE *** >*** ABCDE*** >*** ABCDE*** >*** ABCDE *** >*** ABCDE ABCDE ABCDE *** João Miguel da Costa Sousa 276 Funções com caracteres (cont.) Funções de comprimento: LEN(cad_caracteres) LEN_TRIM(cad_caracteres) Exemplo: CHARACTER(10) :: Cadeia = ABCDE O valor retornado por: LEN(Cadeia) retorna 10, e LEN_TRIM(Cadeia) retorna 6. Funções de procura: INDEX(cadeia 1, cadeia 2 ) ou INDEX(cadeia 1, cadeia 2, atras) SCAN(cadeia 1, cadeia 2 ) ou SCAN(cadeia 1, cadeia 2, atras) VERIFY(cadeia 1, cadeia 2 ) ou VERIFY(cadeia 1, cadeia 2, atras) João Miguel da Costa Sousa

16 Exemplo com funções de procura Exemplo: CHARACTER(25) :: Unidades = centimetros e metros A saída produzida por: WRITE(*, *) INDEX(Unidades, metros ) WRITE(*, *) INDEX(Unidades, metros,.false.) WRITE(*, *) INDEX(Unidades, metros,.true.) WRITE(*, *) INDEX(Unidades, cents ) WRITE(*, *) SCAN( kilometro, Unidades) WRITE(*, *) SCAN( kilometro, Unidades,.FALSE.) WRITE(*, *) SCAN( kilometro, Unidades,.TRUE.) WRITE(*, *) SCAN( flora, Unidades) WRITE(*, *) VERIFY( kilometro, Unidades) WRITE(*, *) VERIFY( kilometro, Unidades,.FALSE.) WRITE(*, *) VERIFY( kilometro, Unidades,.TRUE.) WRITE(*, *) VERIFY( tenis, Unidades) é a seguinte: > 6 > 6 > 15 > 0 > 2 > 2 > 9 > 3 > 1 > 1 > 3 > 0 João Miguel da Costa Sousa 278 Gestão de memória em tabelas Instruções ALLOCATE e DEALLOCATE utilizam memória quando o programa corre. permitem utilizar apenas a memória necessária evitam desperdício de memória eficientes para tabelas com tamanho constante Para dados de diferentes tamanhos, quando se varia o tamanho da tabela efectuam-se as seguintes operações: Uma nova tabela é alocada. Os elementos da tabela antiga são copiados para a tabela nova. Os novos elementos são introduzidos na nova tabela. A tabela antiga é apagada da memória. Estas operações demoram bastante tempo! João Miguel da Costa Sousa

17 Ponteiros As tabelas (mesmo alocadas) são estruturas de dados estáticas. Estruturas de dados dinâmicas permitem expandir ou contrair a estrutura durante a execução. É constituída por uma colecção de elementos, chamados nós ligados entre si. Esta ligação associa a cada nó um ponteiro para o próximo nó da estrutura. Exige a necessidade de alocar e aceder à memória durante a execução dum programa. Variáveis que apontam para essas localizações em memória: ponteiros. Exemplo: Lista ligada Lista Dados Prox Dados Prox Dados Prox XXX YYY ZZZ João Miguel da Costa Sousa 280 Listas implementadas em tabelas Tabelas podem implementar listas. São ineficientes para: tamanhos variáveis durante a execução, inserir e retirar elementos na lista. Cada vez que elementos novos são inseri-dos dever-se-á mover elementos na tabela. Exemplo 1: Inserir 42 na lista 23, 25, 34, 48, 61, 89. Os elementos 4 a 6 devem ser deslocados para as posições 5 a 7, para o novo elemento ser introduzido em 4: ?...? ? Exemplo 2: Retirar 25 da lista: ? ?...? João Miguel da Costa Sousa

18 Listas ligadas Contém uma colecção de elementos chamados nós, que contêm: 1. um elemento da lista, 2. um ponteiro para o nó seguinte. O acesso ao nó inicial (1º elemento da lista) deve ser mantido. Exemplo: lista com nomes Silva, Fonseca e Castro Lista Dados Prox Dados Prox Dados Prox Silva Fonseca Castro A variável Lista aponta para o primeiro nó da lista, e o Prox aponta para o próximo nó. O símbolo terra não aponta para nada, indicando assim o fim da lista (ponteiro vazio ou null pointer). João Miguel da Costa Sousa 282 Inserção de elementos em listas Nas listas ligadas não é necessário mover elementos quando se altera a lista. Para inserir um novo elemento na lista: 1. Criar um novo nó. Guardar o valor a inserir no elemento do nó (pressupõe-se que é possível obter nós duma dada fonte, e que estão nós disponíveis) 2. Ligar o novo nó à lista. Podem existir 2 casos: o nó é acrescentado no início da lista; o nó é inserido no meio da lista. João Miguel da Costa Sousa

19 Exemplo: inserção em listas Exemplo 1: inserir o nome Reis no início da lista Criar um nó com o nome Reis. O ponteiro NovoPont aponta para este nó. Lista NovoPont Dados Reis Prox Dados Prox Dados Prox Dados Prox Silva Fonseca Castro O nó é inserido na lista, com a sua ligação a apontar para o primeiro nó na lista; o Prox de NovoPont aponta para o mesmo que Lista: NovoPont Dados Reis Prox Lista Dados Prox Dados Prox Dados Prox Silva Fonseca Castro Ao ponteiro Lista é atribuído NovoPont: NovoPont Reis Dados Prox Dados Prox Dados Prox Lista Silva Fonseca Castro João Miguel da Costa Sousa 284 Exemplo 2: inserção em listas Exemplo 2: inserir nome Ramos após Fonseca, onde PontPred é o ponteiro predecessor: PontPred Lista Dados Prox Dados Prox Dados Prox Silva Fonseca Castro Criar um nó com o nome Ramos (como anteriormente): NovoPont Dados Ramos Prox PontPred Lista Dados Prox Dados Prox Dados Prox Silva Fonseca Castro João Miguel da Costa Sousa

20 Exemplo 2: inserção em listas Prox de NovoPont igual a Prox de PontPred NovoPont Dados Prox Ramos PontPred Lista Dados Prox Dados Prox Dados Prox Silva Fonseca Castro Prox de PontPred igual a NovoPont: NovoPont Dados Prox Ramos PontPred Lista Dados Prox Dados Prox Dados Prox Silva Fonseca Castro João Miguel da Costa Sousa 286 Apagar elementos de listas Tal como na inserção existem 2 casos: 1. apagar o primeiro elemento da lista; 2. apagar um elemento com um predecessor. Exemplo: para apagar o nome Silva no início da lista basta passar Lista para o segundo nó. Lista Dados Prox Dados Prox Dados Prox Silva Fonseca Castro Atribui a PontAux o ponteiro Lista. PontAux Lista Dados Prox Dados Prox Dados Prox Silva Fonseca Castro João Miguel da Costa Sousa

21 Apagar elementos de listas Atribui a Lista o Prox de PontAux. PontAux Lista Dados Prox Dados Prox Dados Prox Silva Fonseca Castro Ponteiro PontAux enviado para pilha de livres. Lista PontAux Dados Prox Fonseca Dados Castro Prox João Miguel da Costa Sousa 288 Apagar elementos de listas Exemplo 2: apagar o nome Fonseca da lista inicial. Atribui ao ponteiro PontAux o ponteiro Prox de PontPred. PontPred Lista PontAux Dados Prox Dados Prox Dados Prox Silva Fonseca Castro Atribui a Prox de PontPred o ponteiro Prox de PontAux. PontPred Lista Dados Prox Dados Prox Dados Prox Silva Fonseca Castro Coloca o ponteiro PontAux na pilha de ponteiros disponíveis. PontPred Lista PontAux Dados Prox Silva PontAux João Miguel da Costa Sousa 289 Dados Castro Prox 21

22 Ponteiros em Fortran Variáveis do tipo ponteiro Forma: tipo, lista-atributos, POINTER :: var_ponteiro Declara a variável var_ponteiro, usada para aceder a localizações em memória. A variável tem um dado tipo onde os atributos podem ser guardados. Exemplo 1: Um ponteiro para cadeias de caracteres é definido como: CHARACTER(10), POINTER :: PontCadeia Esta variável só pode ser utilizada para aceder a localizações em memória com 10 caracteres. Exemplo 2 TYPE :: Info_Inventario INTEGER :: Numero REAL :: Preco END TYPE Info_Inventario TYPE(Info_Inventario), POINTER :: PontInventario João Miguel da Costa Sousa 290 Criação de ponteiros Instrução ALLOCATE Forma: ALLOCATE(ponteiro) Exemplo: ALLOCATE(PontCadeia) O ponteiro PontCadeia aponta para uma localização em memória, chamada alvo, com uma cadeia de caracteres (e.g. computador ) PontCadeia Computador Estados de associação de ponteiros: 1. Indefinido - estado inicial após declaração. 2. Associado - quando aponta para um alvo. ponteiro? 3. Vazio - null pointer; não aponta para nada. ponteiro João Miguel da Costa Sousa

23 Associação de ponteiros Função de teste ASSOCIATED ASSOCIATED(ponteiro) Retorna.TRUE. se o ponteiro está associado e.false. caso contrário. O ponteiro não pode estar indefinido. Comando NULLIFY NULLIFY(ponteiro) Torna o ponteiro vazio. A localização em memória não é acessível. Programa dispõe de uma pilha de memória disponível. Instrução ALLOCATE executa: 1. Retira um bloco de memória livre da pilha. 2. Aloca esse espaço ao programa executável. Pilha de memória é limitada: ALLOCATE(lista, STAT = variavel-inteira) DEALLOCATE(lista, STAT = variavel-inteira) João Miguel da Costa Sousa 292 Atribuição de ponteiros Forma: ponteiro 1 => ponteiro 2 O ponteiro 1 tem a mesma associação do ponteiro 2. O valor anterior de ponteiro 1 não é acessível, a não ser que estivesse outro ponteiro a apontar para a mesma localização. Antes da atribuição: ponteiro1 ponteiro2 ponteiro3 Após a atribuição ponteiro 1 => ponteiro 2 : ponteiro1 ponteiro3 Exemplo: ponteiro2 CHARACTER(8), POINTER :: PontCadeia, PontTemp onde PontTemp aponta para software e PontCadeia aponta para hardware. Qual o resultado da instrução: PontTemp => PontCadeia? João Miguel da Costa Sousa

24 Expressões com ponteiros Regra básica: Quando um ponteiro associado aparece numa expressão, é utilizado directamente o valor para o qual está a apontar. Exemplo: CHARACTER(10), POINTER :: PontCadeia CHARACTER(10) :: Produto = Computador PontCadeia = Produto e PontCadeia = Computador retornam: PontCadeia Computador WRITE(*, *) PontCadeia e IF PontCadeia(2:4) == omp THEN WRITE(*, *) PontCadeia END IF imprimem: > Computador PontTemp = PontCadeia PontCadeia PontTemp Computador Computador João Miguel da Costa Sousa 294 Implementação de listas ligadas ListaNumeros Dados Prox Dados Prox Dados Prox é definida como: TYPE Lista_Nos INTEGER :: Dados TYPE(Lista_Nos), POINTER :: Proximo END TYPE Lista_Nos Construção de uma lista ligada TYPE(Lista_Nos), POINTER :: ListaNumeros, PontTemp ALLOCATE(PontTemp) PontTemp%Dados = 1550 PontTemp%Proximo => ListaNumeros ListaNumeros => PontTemp Para construir toda a lista, a primeira instrução seria: NULLIFY(ListaNumeros) João Miguel da Costa Sousa

25 Listas ligadas Percorrer uma lista ligada, escrevendo todos os seus elementos PontActual => ListaNumeros DO IF (.NOT. ASSOCIATED(PontActual)) EXIT! Fim da lista WRITE (*, *) PontActual%Dados PontActual => PontActual%Proximo END DO Inserir elemento no meio da lista ALLOCATE(PontTemp, STAT = EstadoAlocacao) PontTemp%Dados = ElementoNovo Inserir elemento entre PontPred e PontActual: PontTemp%Proximo => PontActual PontPred%Proximo => PontTemp João Miguel da Costa Sousa 296 Apagar elementos em listas ligadas Apagar elementos na lista Apagar elementos no início da lista PontActual => Lista Lista => PontActual%Proximo DEALLOCATE(PontActual) Apagar o elemento apontado porpontactual precedido porpontpred meio da lista PontPred%Proximo => PontActual%Proximo DEALLOCATE(PontActual) João Miguel da Costa Sousa

26 Aplicação: Endereços Internet Protocolos de comunicação TCP (Transmission Control Protocol) IP (Internet Protocol) TCP/IP identification endereços únicos na Internet. Exemplo: dem.ist.utl.pt endereço do Dep. Eng. Mecânica do IST Os 4 campos correspondem a: host.subdomain.subdomain.rootdomain Estes endereços são dados por inteiros: João Miguel da Costa Sousa 298 Problema: Acesso à Internet Uma porta de acesso é um sistema de ligação entre duas redes de computadores. Exemplo: ligação de uma Universidade com a Internet. Cada vez que um estudante acede à WWW o seu endereço TCP/IP é guardado num ficheiro. Problema: O administrador do sistema pretende verificar periodicamente quem e quantas vezes acedeu à Internet. Solução: Entrada: O ficheiro contendo os endereços TCP/IP Saída: Uma lista com os diferentes endereços e o número de vezes que aparecem no ficheiro Existem 2 32 possibilidades de endereços, logo uma estrutura estática, tal como uma tabela, não é eficiente. João Miguel da Costa Sousa

27 Algoritmo: Acesso à Internet Identificadores NomeFicheiro nome do ficheiro Endereco o endereço TCP/IP ListaEnderecos lista ligada de endereços Algoritmo Este algoritmo encontra endereços TCP/IP gravados num ficheiro e o número de vezes que ocorrem. Entrada: NomeFicheiro ficheiro contendo os endereços TCP/IP. Saída: Lista com os endereços e o número de vezes que aparecem no ficheiro. 1. Lê o nome do ficheiro e abre-o para leitura. Se o ficheiro não fôr aberto acaba o programa. 2. Inicializa a ListaEnderecos como lista vazia. João Miguel da Costa Sousa 300 Algoritmo: Acesso à Internet (2) 3. Repete o seguinte: a) Lê um endereço do ficheiro b) Se existe erro de leitura escreve mensagem de erro. c) Caso contrário: d) Se não há mais endereços termina o ciclo. e) Caso contrário: i. Procura na ListaEnderecos se Endereco está contido na lista. ii. Se endereço já existe Incrementa contador desse Endereco Caso contrário Insere novo endereço na lista, com contador a Atravessa ListaEnderecos e escreve cada TCP/IP e o valor do seu contador. João Miguel da Costa Sousa

28 Programa: Enderecos_Internet PROGRAM Enderecos_Internet! ! Este programa le enderecos TCP/IP de um ficheiro e produz uma lista de enderecos! distintos indicando quantas vezes esses enderecos aparecem no ficheiro.! Variáveis usadas:!! Nome_Ficheiro : nome do ficheiro com enderecos! Estado_Abertura : variavel de estado para OPEN! Estado_Leitura : variavel de estado para READ! Endereco : endereco lido do ficheiro! ListaEnderecos : ponteiro para o primeiro no da! Lista de enderecos!! Subrotinas utilizadas para processar listas:! Adiciona_Lista, Procura, Enderecos_saida!! Entradas : NomeFicheiro(teclado), Enderecos (ficheiro)! Saidas : Lista com enderecos distintos e numero de ocorrencias.! IMPLICIT NONE!Definicao do tipo no-endereco TYPE Lista_No CHARACTER(15) :: Endereco_TCP_IP!Dados endereco INTEGER :: Contador!Contador desse endereco TYPE(Lista_No), POINTER :: Prox!Ponteiro para prox. no END TYPE Lista_No João Miguel da Costa Sousa 302 Programa: Enderecos_Internet CHARACTER(15) :: Endereco, Nome_Ficheiro*20 INTEGER :: Estado_Abertura, Estado_Leitura TYPE(Lista_No), POINTER :: ListaEnderecos! Le o nome do ficheiro com os registos e abre-o WRITE(*,'(1X, A)',ADVANCE="NO") "Escreva o nome do ficheiro:" READ (*, *) Nome_Ficheiro OPEN (10, FILE = Nome_Ficheiro, STATUS = "OLD", & IOSTAT = Estado_Abertura) IF (Estado_abertura > 0) THEN WRITE(*, *) *** Ficheiro de enderecos invalido *** ELSE!Cria uma lista de enderecos vazia NULLIFY(ListaEnderecos)!Le enderecos do ficheiro ate ao fim do ficheiro DO READ(10,*,IOSTAT=Estado_Leitura) Endereco IF (Estado_Leitura<0) EXIT! Fim do ficheiro CALL Adiciona_a_Lista(ListaEnderecos,Endereco) END DO END IF CALL Escreve_Enderecos(ListaEnderecos) João Miguel da Costa Sousa

29 Subrotina: Adiciona_a_Lista CONTAINS! ! Esta subrotina verifica se Endereco ja se encontra na lista ligada (utilizando! Procura). Se nao, Endereco e acrescentado no inicio da lista. Se sim, o contador! e incrementado de 1 elemento. Variaveis locais:! EstadoAlocacao : estado da instrucao OPEN! PontLocal : pont. para o no com Endereco, ou vazio! Esta_na_Lista : indica se Endereco se encontra na! ListaEnderecos!! Recebe: ListaEnderecos e Endereco! Retorna: ListaEnderecos modificada! SUBROUTINE Adiciona_a_Lista(ListaEnderecos,Endereco) TYPE(Lista_No), POINTER :: ListaEnderecos CHARACTER(*), INTENT(IN) :: Endereco TYPE(Lista_No), POINTER :: PontLocal INTEGER :: EstadoAlocacao LOGICAL :: Esta_na_Lista IF (.NOT. ASSOCIATED(ListaEnderecos)) THEN!Lista vazia ALLOCATE(ListaEnderecos, STAT = EstadoAlocacao) IF (EstadoAlocacao /= 0) THEN WRITE(*, *) *** Nao ha memoria disponivel! *** ELSE ListaEnderecos%Endereco_TCP_IP = Endereco ListaEnderecos%Contador = 1 NULLIFY(ListaEnderecos%Prox) END IF João Miguel da Costa Sousa 304 Subrotinas de Enderecos_Internet ELSE!Lista nao vazia; determina se Endereco ja existe CALL Procura_em_Lista(ListaEnderecos,Endereco, & PontLocal,Esta_na_Lista) IF (Esta_na_Lista) THEN! Incrementa contador de um PontLocal%Contador = PontLocal%Contador + 1 ELSE!Cria um novo no e insere-o no inicio da lista ALLOCATE(PontLocal, STAT = EstadoAlocacao) IF (EstadoAlocacao /= 0) THEN WRITE(*, *) *** Nao ha memoria disponivel! *** ELSE PontLocal%Endereco_TCP_IP = Endereco PontLocal%Contador = 1 PontLocal%Prox => ListaEnderecos ListaEnderecos => PontLocal END IF ENDIF ENDIF END SUBROUTINE Adiciona_a_Lista! ! Esta subrotina procura na ListaEnderecos por um no contendo Endereco. Se este! endereco for encontrado, o ponteiro PontLocal aponta para o no com Endereco, e! Esta_na_Lista retorna verdadeiro; caso contrario PontLocal e vazio (NULL) e! Esta_na_Lista falso.!! Recebe: ListaEnderecos e Endereco! Retorna: PontLocal, Esta_na_Lista! SUBROUTINE Procura_em_Lista(ListaEnderecos, Endereco, PontLocal, Esta_na_Lista) João Miguel da Costa Sousa

30 Subrotina: Procura_em_Lista SUBROUTINE Procura_em_Lista(ListaEnderecos, Endereco, PontLocal, Esta_na_Lista) TYPE(Lista_No), POINTER :: ListaEnderecos, PontLocal CHARACTER(*), INTENT(IN) :: Endereco LOGICAL, INTENT(OUT) :: Esta_na_Lista PontLocal => ListaEnderecos Esta_na_Lista =.FALSE.! Percorre a lista ate encontrar endereco ou ate ao fim DO IF(Esta_na_Lista.OR..NOT. ASSOCIATED(PontLocal)) EXIT! Endereco nao encontrado ou fim da lista termina ciclo IF (PontLocal%Endereco_TCP_IP == Endereco) THEN Esta_na_Lista =.TRUE. ELSE! Procura no proximo elemento PontLocal => PontLocal%Prox END IF END DO END SUBROUTINE Procura_em_Lista João Miguel da Costa Sousa 306 Subrotina: Enderecos_Saida! ! Esta subrotina escreve o conteudo da lista ligada apontada por ListaEnderecos.! Imprime o endereco e o contador de cada no.! Variveis locais:! PontAux : ponteiro que percorre a lista!! Recebe: ListaEnderecos! Saida: Escreve endrecos e contador nos nos! SUBROUTINE Escreve_Enderecos(ListaEnderecos) TYPE(Lista_No), POINTER :: ListaEnderecos, PontAux PontAux => ListaEnderecos WRITE(*, *) WRITE(*, *) "Enderecos de Internet" WRITE(*, *) WRITE(*, *) " Endereco Contador " WRITE(*, *) " "! Escreve informacao nos nos ate ao fim da lista DO IF (.NOT. ASSOCIATED(PontAux)) EXIT WRITE(*, 1X, A, 4X, I4 ) PontAux%Endereco_TCP_IP, PontAux%Contador PontAux => PontAux%Prox END DO END SUBROUTINE Escreve_Enderecos END PROGRAM Enderecos_Internet João Miguel da Costa Sousa

31 Resultados Ficheiro exfic.dat: Exemplo de execução: > Escreva o nome do ficheiro: exfic.dat > > Endereco Contador > > > > > > > João Miguel da Costa Sousa