Fondamenti di Informatica I a.a. 2008-09 1 Il linguaggio C Le strutture Le unioni Le liste concatenate Allocazione dinamica Creazione e aggiunta di un

Fondamenti di Informatica I Fondamenti di Informatica I a.a. 2008-09 a.a. 2008-09 1

Il linguaggio CIl linguaggio C

Le struttureLe strutture

Le unioniLe unioniLe liste concatenateLe liste concatenate

Allocazione dinamicaAllocazione dinamica

Creazione e aggiunta di un nuovo elemento Creazione e aggiunta di un nuovo elemento alla listaalla lista

Inserimento e cancellazione di elementi Inserimento e cancellazione di elementi

La ricerca di un elementoLa ricerca di un elemento C Language

C Language


Le struttureLe strutture


IntroduzioneIntroduzione

Gli array sono uno strumento adeguato per il trattamento di insiemi di variabili di uno stesso tipo

Quando i tipi di dati, che devono essere logicamente aggregati, sono distinti, è necessario usare il tipo strutturastruttura (o recordrecord)

L’ulteriore tipo composto unioneunione consente di interpretare il contenuto delle stesse locazioni di memoria con modalità diverse (è la realizzazione del concetto di record a lunghezza variabilerecord a lunghezza variabile)


Le strutture Le strutture 1 1

EsempioEsempio: Supponiamo di voler memorizzare, relativamente a ciascun abitante di un dato comune, nome e cognome, data di nascita e codice fiscale:

Nome e cognome costituiscono un array di caratteri

La data è composta da tre numeri interi, che descrivono giorno, mese ed anno

Il codice fiscale è un array di 16 caratteri (15 per il codice ed uno per il carattere nullo di terminazione)

Le informazioni non possono essere collezionate in un unico array di caratteri, perché sono disomogenee



Possibile soluzionePossibile soluzione: memorizzare le informazioni in variabili distinte

Un’organizzazione più naturale consiste nella definizione di una variabile che contenga tutti i dati relativi ad una persona: utilizzando un tipo strutturastruttura

Una struttura è simile ad un array, ma è costituita da campicampi (piuttosto che da elementi) che sono identificati da nominomi (piuttosto che da indici) e possono contenere informazione di tipo diverso

Le informazioni relative ad una persona sono sparse per la memoria

char name[20], fiscode[16];

short day, month, year;


Le strutture Le strutture 3 3Vi sono due dichiarazioni: la prima contiene lo schemaschema della struttura vitalstatvitalstat, la seconda dichiara una variabile vsvs di tipo structstruct vitalstatvitalstat

NotaNota: includere un prefisso nei nomi dei campi, per distinguerli da campi di strutture diverse

struct vitalstat { char vs_name[20], vs_fiscode[16]; short vs_day, vs_month, vs_year;};struct vitalstat vs; L’allocazione della struttura vs vs sulla macchina di riferimento presuppone che i campi siano memorizzati consecutivamente, nell’ordine in cui sono dichiarati, ma non necessariamente in maniera contigua

EsempioEsempio

vs_fiscode[]

vs_year[]

vs_name[]

vs_day[] vs_month[]



Il nome vitalstatvitalstat è un’etichettaetichetta (o tagtag) e struct struct vitalstatvitalstat rappresenta un nuovo tipo di dati definito dall’utente, per il quale non viene riservata memoria L’etichetta può essere utilizzata ogni volta che è necessario creare ulteriori variabili che contengono gli stessi campi

La sintassi della dichiarazione di una struttura può assumere diverse forme:

Dichiarazione dell’etichetta e uso dell’etichetta Dichiarazione dell’etichetta e uso dell’etichetta (insieme alla parola chiave struct) per definire le variabili per definire le variabiliUso diUso di typedef typedef per definire un particolare tipo strutturaper definire un particolare tipo struttura

struct vitalstat vsa[1000], *pvs;pvs &vsa[10];



Il nome di tipo è scritto maiuscolo, per distinguerlo dai nomi di etichette e variabili

Un’etichetta o un typedeftypedef consentono di definire una sola volta lo schema di una struttura, per dichiarare variabili del tipo struttura quando necessario

typedef struct{ char vs_name[20], vs_fiscode[16]; short vs_day, vs_month, vs_year;} VITALSTAT;

Le dichiarazioni di struttura sono normalmente raggruppate in file headerfile header, così da poter essere accedute da più file sorgente

Il tipo VITALSTATVITALSTAT rappresenta l’intera struttura, compresa la parola chiave structstruct


L’inizializzazione delle struttureL’inizializzazione delle strutture

Una struttura può essere inizializzata facendo seguire al nome della variabile di tipo struttura il simbolo di uguale e la lista dei valori iniziali racchiusi tra parentesi graffeOgni valore iniziale deve essere dello stesso tipo del corrispondente campo della struttura

Un valore iniziale non può essere incluso in una dichiarazione che contiene solo un’etichetta o un typedeftypedef, poiché tali dichiarazioni definiscono lo schema della struttura, ma non riservano memoria

VITALSTAT vs {“Marco Rossi”, “MRCRSS89C23D612K”, 23, 3, 1989 };

typedef struct { int a; float b;} s {1, 1.0}; /* non ammesso */


L’accesso ai campi della L’accesso ai campi della strutturastruttura

Esistono due modalità diverse di accesso ai campi di una struttura, dipendenti dalla modalità di accesso alla struttura, diretta o mediante puntatore

Nel caso di accesso diretto alla struttura, si usano il nome della struttura ed il nome del campo, separati dall’operatore punto “..”Nel caso di accesso tramite puntatore alla struttura, si usa l’operatore freccia destra “>>”, formato dalla concatenazione del segno meno e del simbolo maggiore

L’operatore > è una forma abbreviata per accedere all’indirizzo contenuto nel puntatore e quindi applicare l’operatore punto

VITALSTAT *pvs;… … …pvs>vs_day 23; pvs>vs_month 3; pvs>vs_year 1989;

pvs>vs_day è equivalente a (*pvs).vs_day

vs.vs_day 23; vs.vs_month 3; vs.vs_year 1989;


Gli array di struttureGli array di strutture

include “v_stat.h” /* file header che contiene la dichiarazione typedef VITALSTAT */

int agecount(vsa, size, low_age, high_age, current_year)VITALSTAT vsa[];int size, low_age, high_age, current_year;{ int age, count0; VITALSTAT *pvsa, *p_last&vsa[size];

for (; p<p_last; p) { agecurrent_year p>vs_year; if ((age > low_age) && (age < high_age)) count; } return count;}

EsempioEsempio: Funzione che calcola il numero di persone con età compresa in un intervallo specificatoLe variabili locali pp e p_lastp_last sono state introdotte per mantenere invariato il valore del parametro formale vsavsa (che altrimenti potrebbe essere usato direttamente nel ciclo)

Gli array di strutture vengono dichiarati facendo precedere al nome dell’array il nome typedeftypedef della struttura


Le strutture innestate Le strutture innestate 1 1

Una struttura innestatastruttura innestata è una struttura in cui almeno uno dei campi è, a sua volta, una strutturaLe strutture innestate sono comuni in C perché consentono di creare gerarchie di dati

typedef struct{ char day; char month; short year;} DATE;

typedef struct{ char vs_name[20], vs_fiscode[16]; DATE vs_birth_date;} VITALSTAT;

typedef struct{ char vs_name[20], vs_fiscode[16]; struct vs_birth_date { short vs_day; short vs_month; short vs_year; };} VITALSTAT;

Per identificare l’anno di nascita in una struttura vsvs dichiarata VITALSTATVITALSTAT, si deve scrivere

vs.vs_birth_date.vs_year


Le strutture innestate Le strutture innestate 2 2

Una struttura innestata viene inizializzata racchiudendo i valori iniziali fra parentesi graffe

Non esistono limiti al numero di livelli di nestingnesting delle strutture, anche se i riferimenti agli elementi diventano sempre più difficili da leggere perché contengono i nomi di tutte le strutture intermedie

typedef struct{ DATE d; char event[20];} CALENDAR;

CALENDAR holiday {{25, 12, 2009}, “Natale”};


Le strutture contenenti Le strutture contenenti puntatori a sé stesse puntatori a sé stesse 1 1

Le strutture e le unioni non possono contenere istanze di sé stesse, ma possono contenere puntatori a sé stesse

Il compilatore consente di dichiarare un puntatore ad una struttura prima che sia stata dichiarata la struttura

struct s { int a, b; float c; struct s *pointer_to_s;};


Le strutture contenenti Le strutture contenenti puntatori a sé stesse puntatori a sé stesse 2 2

Il riferimento in avantiriferimento in avanti a strutture (e unioni) è uno dei pochi casi nel linguaggio C in cui un identificatore può essere utilizzato prima di essere dichiaratoIl riferimento in avanti non è ammesso con la definizione di tipo (typedeftypedef)

typedef struct neg { int a; FOO *p; /* errato perché FOO non * è ancora stato dichiarato */ } FOO;


L’allineamento dei campi L’allineamento dei campi delle strutture delle strutture 1 1

Alcune architetture (come i processori Motorola) richiedono che ogni oggetto di dimensioni superiori ad un charchar venga memorizzato in locazioni di memoria con indirizzo pariI problemi di allineamento non sono normalmente visibili al programmatore, ma possono creare spazi spazi vuotivuoti all’interno delle strutture

struct align_examp { char mem1; short mem2; char mem3;} s1;

mem1

mem2

mem3

mem1

mem2

mem3

spazio spazio vuotovuoto

spazio spazio vuotovuoto

Allocazione con restrizioni di allineamento

Allocazione senza restrizioni di allineamento

1000 1001

1003

1002

1000 1001

1004


Gli spazi vuoti vengono eliminati da una redistribuzione delle dichiarazioni degli elementi

Poiché le strutture possono essere memorizzate in modi diversi sui diversi calcolatori, è necessario accedervi con modalità portabiliL’allineamento naturaleallineamento naturale (tutti gli oggetti di 2 byte iniziano da indirizzi pari, gli oggetti di 4 byte a indirizzi divisibili per quattro, etc.) è il requisito più stringente imposto dai calcolatori

Se la struttura è allineata in modo naturale è portabile

L’allineamento dei campi L’allineamento dei campi delle strutture delle strutture 2 2

struct align_examp { char mem1, mem3; short mem2;} s1;


Esistono due modalità per passare strutture come argomenti di funzione:

Passaggio della struttura vera e propria, per valoreper valorePassaggio di un puntatore alla struttura, per indirizzoper indirizzo

Il passaggio per indirizzo è più efficiente perché solo il puntatore viene copiato nell’area di memoria degli argomenti, mentre il passaggio per valore richiede la copia dell’intera struttura

Il passaggio di strutture come Il passaggio di strutture come parametri di funzione parametri di funzione 1 1

VITALSTAT vs; … … …func1(vs); /* Passaggio per valore */… … …func2(&vs); /* Passaggio per indirizzo */


Le strutture dovrebbero essere passate per valore solo se…

…la struttura è molto piccola (di dimensione paragonabile al puntatore)…è necessario garantire che la funzione chiamata non ne alteri il contenuto originale

In dipendenza della modalità di passaggio prescelta, occorre dichiarare il parametro all’interno della funzione come struttura o come puntatore a struttura

La scelta della modalità di passaggio dei parametri struttura definisce gli operatori da impiegare all’interno della funzione chiamata (il punto se la struttura è passata per valore, la freccia destra se è passata per indirizzo)

Il passaggio di strutture come Il passaggio di strutture come parametri di funzione parametri di funzione 2 2

func2(pvs)VITALSTAT *pvs; /* l’argomento è un * puntatore a * struttura */

func1(vs)VITALSTAT vs; /* l’argomento è * una struttura */


Il passaggio di strutture e di Il passaggio di strutture e di array come parametri di array come parametri di funzione funzione 1 1

Le modalità per il passaggio di strutture e di array come parametri di funzione non sono omogenee

Per passare un array, si specifica il solo nome dell’array senza indici: il compilatore interpreta il nome come un puntatore al primo elemento dell’array, che viene passato per indirizzoNon è possibile passare un array per valore, se non includendolo in una struttura passata per valorePer le strutture, il nome viene interpretato come l’intera struttura

Applicando la stessa sintassi si ottiene una semantica diversa

int ar[100];struct tag st;… … …funcv(ar); /* viene passato un puntatore al primo elemento di ar[] */… … …funcs(st); /* viene passata l’intera struttura */


Il passaggio di strutture e di Il passaggio di strutture e di array come parametri di array come parametri di funzione funzione 2 2

La stessa inconsistenza si riproduce anche all’interno delle funzioni

Le due versioni basate su array sono equivalenti:

Le due versioni basate su strutture non lo sono:

funcs1(st)struct tag st; /* st è una struttura completa */

funcs2(st); struct tag *st; /* st è un puntatore a struttura */

funcv(ar)int ar[]; /* ar viene convertito in puntatore ad intero */

funcv(ar); int *ar; /* ar è un puntatore ad intero */


Le funzioni possono restituire strutture o puntatori a strutture

La dichiarazione del tipo di dato restituito da una funzione deve essere concorde con il valore effettivamente restituito

Generalmente, è preferibile restituire puntatori a strutture per motivi di efficienza

Se si restituisce un puntatore a struttura, la struttura deve avere durata fissa, perché altrimenti non sarebbe più accessibile al termine della funzione

La restituzione di strutture è particolarmente utile quando si voglia comunicare all’esterno più di un valore

Strutture restituite da funzioni Strutture restituite da funzioni 11

Fondamenti di Informatica I Fondamenti di Informatica I a.a. 2008-09 a.a. 2008-09

include <stdio.h>include <math.h>define TOO_LARGE 100 /* dipendente dalla macchina */define NULL (void *) 0

typedef struct{ double sine, cosine, tangent;} TRIG;

TRIG *get_trigvals(radian_val)double radian_val;{ static TRIG result; /* se radian_val è troppo grande, i valori sin, cos, tan non sono significativi */ if (radian_val > TOO_LARGE) { printf(“Valore di ingresso troppo grande”); return NULL; } result.sine sin(radian_val); result.cosine cos(radian_val); result.tangent tan(radian_val); return (&result);}

23

Strutture restituite da funzioni Strutture restituite da funzioni 22


L’assegnamento di struttureL’assegnamento di strutture

Lo standard ANSI consente di assegnare una struttura ad una variabile struttura dello stesso tipo

struct { int a; float b; } s1, s2, sf(), *ps;… … …s1 s2;s2 sf();ps &s1;s2 *ps;… … …


Le unioniLe unioni


Le unioni Le unioni 1 1

Le unioni consentono agli elementi di sovrapporsi l’uno sull’altro per condividere la stessa area di memoriaEsempioEsempio:

Il compilatore riserva sempre una quantità di memoria sufficiente all’elemento più grande e tutti gli elementi iniziano allo stesso indirizzo

typedef union

{

struct

{

char c1, c2;

} s;

long j;

float x;

} U;

x

j

c1 c2

1000 1001 10041002


Esempio sulle unioni Esempio sulle unioni 1 1

I dati viaggiano sulla linea un byte alla volta; le unioni consentono di raggruppare i byte in modo tale che possano essere ricostruiti nella loro forma originale

Sia get_byte()get_byte() una funzione che restituisce un singolo byte prelevato da un dispositivo di comunicazione

Un valore doubledouble a otto byte può essere estratto dal dispositivo mediante otto chiamate successive alla funzione get_byte()get_byte()


Esempio sulle unioni Esempio sulle unioni 2 2

I caratteri ricevuti vengono memorizzati in elementi successivi di c[ ]: il valore del numero doubledouble si ottiene accedendo al campo valval dell’unioneL’accesso ai campi di un’unione non ha impatto alcuno sui bit contenuti in memoria (non si effettuano conversioni di tipo): il compilatore interpreta in modo diverso gli stessi bit

union doub{ char c[8]; double val;};

double get_double(){ extern char get_byte(); int j; union doub d;

for (j0; j<8; j) d.c[j] get_byte(); return d.val;}


Le liste concatenateLe liste concatenate


Allocazione dinamicaAllocazione dinamica

Finora, per gestire insiemi di dati, sono stati utilizzati array (di strutture)

Tale approccio è valido se si conosce a priori il numero di elementi che si devono gestireViceversa, l’utilizzo di array può essere estremamente oneroso, perché rende necessaria l’allocazione di una quantità di memoria sufficiente a memorizzare il caso peggiore:

Parte della memoria può andare sprecata (perché inutilizzabile per scopi diversi)Non è possibile accedere ad una quantità di memoria maggiore di quella allocata inizialmente

La soluzione consiste nell’allocare memoria in modo dinamico, con malloc()malloc() o calloc()calloc() che, tuttavia, non garantiscono la contiguità fisica per elementi logicamente contigui e nell’utilizzare liste concatenate


Le liste concatenate Le liste concatenate 1 1

Il modo più comune per garantire la contiguità logica di strutture allocate dinamicamente è l’uso delle liste liste concatenateconcatenateIn una lista concatenata, ogni struttura contiene un elemento aggiuntivo che punta alla struttura successiva

Esistono liste sempliciliste semplici e liste doppiamente concatenateliste doppiamente concatenate, in cui ogni struttura possiede due puntatori, rispettivamente all’elemento precedente ed al successivo

Dati Dati

Dati Dati

typedef struct vitalstat{ char vs_name[20], vs_fiscode[16]; unsigned int vs_day, vs_month, vs_year; struct vitalstat *next;} VITALSTAT;

Lista concatenata sempliceLista concatenata semplice


Le liste concatenate Le liste concatenate 2 2

Le operazioni che si effettuano sulle liste sono:Creazione di un elementoCreazione di un elemento

Aggiunta di un elemento alla fine della listaAggiunta di un elemento alla fine della lista

Inserimento di un elemento in una listaInserimento di un elemento in una lista

Cancellazione di un elemento da una listaCancellazione di un elemento da una lista

Ricerca di un elemento in una listaRicerca di un elemento in una lista

Tutte le operazioni, tranne la ricerca, sono indipendenti dal contenuto informativo delle strutture e possono essere formulate in modo generale


La creazione di un elemento La creazione di un elemento 1 1

Per creare un elemento di una lista, è sufficiente riservare memoria per la struttura e restituire un puntatore all’area allocata

include “v_stat.h”include <stdlib.h>

ELEMENT *create_list_element(){ ELEMENT *p;

p (ELEMENT *) malloc(sizeof(ELEMENT)); if (p NULL) { printf(“create_list_element: malloc non riuscita. \n”); exit(1); } p > next NULL; return p;}

Alloca la memoria ad un elemento della lista, ma non lo collega alla lista stessa


La creazione di un elemento La creazione di un elemento 2 2

NoteNote:Il nome ELEMENT ELEMENT rende la funzione indipendente dal tipo di dati effettivamente gestitiPer utilizzare la funzione create_list_element()create_list_element() in relazione alla struttura vitalstatvitalstat, è necessario includere nel file v_stat.hv_stat.h (che contiene la definizione del tipo struttura) le ulteriori dichiarazioni:

ELEMENTELEMENT diviene un sinonimo di struct vitalstatstruct vitalstatPer dichiarare il puntatore occorre usare un’etichetta invece di un typedeftypedef: è la sola modalità con cui una struttura può fare riferimento a sé stessa, dato che il nome di typedef typedef non è definito fino al termine della dichiarazione

define NULL (void *) 0typedef struct vitalstat ELEMENT;


L’aggiunta di un nuovo elemento L’aggiunta di un nuovo elemento 1 1

La variabile headhead è un puntatore all’inizio della lista ed è dichiarata con ambito di visibilità a livello di file, per renderla disponibile a più funzioniNel ciclo forfor, la scansione della lista è basata sul controllo del valore di p->nextp->next: se è diverso da NULL, esiste un elemento successivo, altrimenti è stata raggiunta la fine della lista

include “v_stat.h”static ELEMENT *head;

void add_element(e)ELEMENT *e; { ELEMENT *p;/* se il primo elemento (testa) non esiste, viene creato */ if (head NULL) { head e; return; }/* altrimenti, trova l’ultimo elemento della lista */ for (p head; p>next ! NULL; p p>next) ; /* istruzione vuota */ p > next e;}


L’aggiunta di un nuovo elemento L’aggiunta di un nuovo elemento 2 2

L’assegnamento pp>next >next e; e;

aggiunge una nuova struttura alla fine della listaL’argomento ee della funzione è un puntatore alla struttura che è stata allocata dalla funzione chiamante

EsempioEsempio: Creare una lista concatenata di dieci strutture vitalstatvitalstat


main() { for (j0; j<10; j) add_element(create_list_element());}


L’inserimento di un elementoL’inserimento di un elemento

Per inserire un elemento in una lista concatenata, deve essere specificata la posizione in cui deve avvenire l’inserimento

include “v_stat.h”

void insert_after(p,q) /* inserimento di p dopo q */ELEMENT *p, *q; {/* controllo di validità degli argomenti */ if ((p NULL)) || (q NULL) || (p q) || (q>next p)) { printf(“insert_after: argomenti errati.\n”); return; } p > next q >next; q > next p;}

dopodopo q>next>nextq

p

primaprimaq q>next


La cancellazione di un elemento La cancellazione di un elemento 1 1

Per la cancellazione di un elemento da una lista concatenata, occorre individuare l’elemento che precede quello da eliminare per riallacciare i puntatori della lista dopo l’eliminazione

Inoltre, è necessario utilizzare la funzione free()free() per rilasciare la memoria dell’elemento eliminato

dopodopo

p p>next

primaprima

p p>next>nextgoner


La cancellazione di un elemento La cancellazione di un elemento 2 2


void delete_element(goner)ELEMENT *goner; { ELEMENT *p; if (goner head) head goner>next; else { for (p head; (p ! NULL) && (p>next ! goner); p p>next) ; /* istruzione vuota */ if (p NULL) { printf(“delete_element: elemento non contenuto nella lista.\n”); return; } p > next p>next>next ; } free(goner);}

L’operatore freccia destra ha associatività sinistra e pertanto l’espressione

p>next>next

viene valutata come

(p>next)>next

Fondamenti di Informatica I Fondamenti di Informatica I a.a. 2008-09 a.a. 2008-09

La ricerca di un elementoLa ricerca di un elemento

La funzione di ricerca di un elemento della lista viene fatta in base al contenuto di uno o più campi della strutturaEsempioEsempio: Funzione che ricerca, fra strutture di tipo vitalstatvitalstat, un elemento per cui il valore del campo name name coincida con l’argomento della funzione

include “v_stat.h”include <string.h>static ELEMENT *head;

ELEMENT *find(aname) char *aname;{ ELEMENT *p; for (p head; p ! NULL; p p>next) if (strcmp(p>vs_name, aname) ) return p; return NULL;}

40


Costruzione di una lista ordinata Costruzione di una lista ordinata 1 1

/*

** Letta in input una sequenza di numeri interi la

** memorizza in una lista in ordine crescente.

**

*/

#include <stdlib.h>

#include <stdio.h>

/*

* struttura per la rappresentazione dei nodi della lista

*/

struct nodo {

int info;

struct nodo *next;

};

/*

* Funzione principale.

*/

main(void)

{

struct nodo *primo;

primo leggi_lista_ordinata();

stampa_lista(primo);

exit(0);

}



/*

* Legge una sequenza di numeri interi e li memorizza in

* una lista ordinata (in ordine crescente).

* Restituisce il puntatore al primo elemento della lista.

*/

struct nodo *leggi_lista_ordinata(void)

{

struct nodo *p, *p1, *primo, *prec;

int i, n, num;

primo = NULL;

printf(“Inserire numero di elementi: ”);

scanf(“%d”, &n);

for (i0; i<n; i)

{

scanf(“%d”, &num);

p malloc(sizeof(struct nodo));

p->info num;

p1 primo;

prec NULL;

while ((p1 ! NULL) && (p1->info < p->info))

{

prec p1;

p1 p1->next;

}

if (prec ! NULL)

prec->next p;

else

primo p;

p->next p1;

}

return(primo);

}



/*

* Stampa la lista, a partire dall’elemento puntato dal

* puntatore p, ricevuto come parametro.

*/

void stampa_lista(p)

struct nodo *p;

{

while (p ! NULL)

{

printf(“%d ---> ”, p->info);

p p->next;

}

printf(“NULL\n”);

return;

}

Documents

Fondamenti di Informatica I a.a. 2008-09 1 Il linguaggio C Le strutture Le unioni Le liste concatenate Allocazione dinamica Creazione e aggiunta di un