Tipi e st rutture di dat i in C

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1 Tipi e st rutture di dat i in C Politecnico di Milano Sede di Cremona Gianpaolo Cugola Dipartimento di Elettronica e Informazione cugola@elet.polimi.it Definizione di nuovi tipi Attraverso il costrutto typedef è possibile definire sinonimi per tipi esistenti Sintassi: typedef tipo_esistente nuovo_tipo; typedef int intero; intero numero; è equivalente a int intero; Si tratta di una definizione di sinonimo, per cui il nuovo tipo eredita le operazioni del tipo di partenza Informatica A - Cugola 2

2 Enumerazioni Una enumerazione definisce un nuovo tipo le cui variabili possono assumere solo un numero finito e predeterminato di valori Sintassi: enum {valore1,, valoren var; enum {lun, mar, mer, gio, ven, sab, dom giorno; giorno = lun; if(giorno == mar) Internamente i diversi valori sono rappresentati come costanti intere (con valori da 0 in avanti) Risultano quindi sono automaticamente definite le operazioni <, ==, >, ecc. Informatica A - Cugola 3 Enumerazioni e typedef Per non dover ripetere ogni volta l elencazione dei valori è utile associare un nome al tipo definito da una enumerazione typedef enum {lun, mar, mer, gio, ven, sab, dom GiornoSettimana;... GiornoSettimana giorno; Informatica A - Cugola 4

3 Array Un array rappresenta una sequenza di elementi consecutivi dello stesso tipo in numero predeterminato e fisso Il costrutto dell array rappresenta un costruttore di tipo A partire da un certo tipo T costruisce un nuovo tipo (un array di T) Sintassi: T var[dim]; dichiara una variabile di tipo array di T, dove T è un tipo preesistente e dim è una costante che rappresenta il numero di elementi dell array Esempio int v[100]; double x[1000]; GiornoSettimana gg[52]; Informatica A - Cugola 5 Array Ogni elemento della sequenza è individuato mediante un indice (di tipo integral) con valore da 0 a N -1 (se N è la dimensione dell array) int v[100]; v[0] = 12; printf( %d, v[99]); N.B. Non è possibile operare sull intero array int array1[10], array2[10]; array2 = array1; /* SCORRETTO! */ i = 0; while (i < 10) array2[i] = array1[i]; /* OK */ Informatica A - Cugola 6

4 Array: : Un esempio /*legge una sequenza di naturali, terminata da -1 e la stampa in sequenza invertita; si ipotizza che la sequenza abbia una lunghezza <= 100*/ int a[100]; int i=0; int temp; scanf ( %d, &temp); while(temp!= -1) { a[i] = temp; ++i; scanf ( %d, &temp); while (i>0) { --i; printf( %d\n, a[i]); N.B. si è trascurato il dialogo di input output! Informatica A - Cugola 7 Come opera il computer? La dichiarazione: int a[100]; alloca memoria per 100 elementi interi, a partire da un certo indirizzo di memoria scelto dal calcolatore n.b. il numero degli elementi dell array e la dimensione del tipo base devono essere noti al compilatore Per accedere a un elemento dell array a Si calcola il valore dell indice (può essere una espressione qualsiasi purchè produca un risultato di tipo integral) Si somma il valore calcolato moltiplicato per la dimensione (in byte) del tipo base all indirizzo della prima cella dell array Supponendo che l array a sia allocato a partire dal byte in memoria. L elemento a[3] corrisponde all indirizzo *dimInt = supponendo che un int sia rappresentato con 32 bit (4 byte) Importante: non viene fatto alcun controllo sul rispetto dei limiti dell array Informatica A - Cugola 8

5 Array e typedef Mediante il costrutto typedef è possibile associare un nome simbolico ad un tipo array Sintassi typedef tipo_base nome [dimensione] Esempio typedef int vettore[300]; vettore beta; /* equiv. int beta[300] */ beta[3]=100; Informatica A - Cugola 9 Le stringhe Le stringhe in C sono array di caratteri terminate dal carattere speciale \ 0 w o r d \0 char parola[20]; scanf( %s, parola);/* si noti l assenza del & */ printf( %c, parola[0]); Informatica A - Cugola 10

6 Array di array E possibile definire array bidimensionali ovvero array di array int matrice[10][10]; matrice[0][1]=12; Analogamente: typedef int Vettore[10]; typedef Vettore MatriceQuadrata [10]; MatriceQuadrata matrice; Informatica A - Cugola 11 Esercizio Si deve implementare un programma che legge una linea di testo L ed una stringa S e stampa i soli caratteri di L inclusi in S. Esempio: L= "alzati e cammina" e S="caml" -> "alacamma" Informatica A - Cugola 12

7 Array: : Un esempio /* Programma InvertiSequenza. Legge 100 interi e li stampa in ordine invertito */ #include <stdio.h> main() { int Contatore; int Memorizzazione[100]; Contatore = 0; while (Contatore < 100) { printf("fornisci un valore intero"); scanf("%d", &Memorizzazione[Contatore]); Contatore++; Contatore --; while (Contatore >= 0) { printf("%d\n", Memorizzazione[Contatore]); Contatore --; Informatica A - Cugola 13 Costanti: La direttiva define E possibile definire una costante usando, in testa al programma, la direttiva di compilazione define Sintassi #define nome_costante valore #define NUM_ELEMENTI 100 Si noti l assenza del ; che altrimenti verrebbe espanso Il preprocessore sostituisce testualmente (macroespansione) la costante con il suo valore prima di passare alla compilazione Informatica A - Cugola 14

8 Costanti: Un esempio /* Programma InvertiSequenza. Legge 100 interi e li stampa in ordine invertito */ #include <stdio.h> #define LUNG_SEQ 100 main() { int Contatore; int Memorizzazione[LUNG_SEQ]; Contatore = 0; while (Contatore < LUNG_SEQ) { printf("fornisci un valore intero"); scanf("%d", &Memorizzazione[Contatore]); Contatore++; Contatore --; while (Contatore >= 0) { printf("%d\n", Memorizzazione[Contatore]); Contatore --; Informatica A - Cugola 15 Esercizio /* Frammento di programma per verificare se una matrice è simmetrica */ int MatQuadra[50][50]; int sim=1; /*alla fine sim==0 se non è simmetrica*/ int j=0, i=0; while (i < 50) { j=0; while (j < 50) { if (MatQuadra[i][j]!= MatQuadra[j][i]) sim = 0; ++j; ++i; è corretto? si può migliorare? Informatica A - Cugola 16

9 Esercizi Si deve scrivere un programma che legge n numeri interi (con n specificato dall' utente e minore di un certo valore massimo) e stampa un istogramma in cui l' altezza della barra -esima i (rappresentate con caratteri ' *' ) e' pari all'i -esimo dato letto Scrivere un programma che calcoli il prodotto tra due matrici date dall utente Si ricorda che se A ij e' una matrice R1xC1 eb ij è una matrice R2xC2 perchè sia possibile svolgere il prodotto deve essere C1=R2=n ed il risultato C e' una matrice R1xC2 i cui elementi sono cosi' fatti: C ij = k=1...n (A ik * B kj ) Informatica A - Cugola 17 Il costruttore struct Permette di definire tipi che aggregano informazioni eterogenee Variabili di tipo impiegato contenenti: Nome, cognome, codice fiscale, indirizzo, numero di telefono, stipendio, data di assunzione Ogni elemento della struttura si chiama campo (field) della struttura Informatica A - Cugola 18

10 Il costruttore struct Sintassi: typedef struct { Tipo1 nomecampo1; Tipo2 nomecampo2;... TipoN nomecampon; NomeTipo; Informatica A - Cugola 19 Esempi typedef enum (Gen, Feb,, Dic) Mese; typedef struct { int giorno; Mese mese; int anno; Data; typedef enum {On, Off AccType; typedef struct { int canale; AccType accensione; double cursoreluminosita, cursorecolore, cursorevolume; CanaleTV; Informatica A - Cugola 20

11 Accesso ai campi Data una variabile di tipo struct l accesso ai suoi campi avviene mediante la dot notation typedef struct { char nome[20]; char cognome[20]; int stipendio; char codicefiscale[16]; Data dataassunzione; Dipendente; Dipendente dip1; dip1.stipendio = dip1.stipendio + (dip1.stipendio*10) / 100; Informatica A - Cugola 21 Esercizi Si deve scrivere un programma per gestire i risultati di un compito in classe. Per ogni studente si vuole poter memorizzare il nome, il numero di matricola e il risultato. Il programma deve permettere l'i nserimento del voto preso da uno studente, la stampa dei soli studenti che hanno superato il compito e il calcolo della media dei voti. Si suppone che l inserimento dei nomi e dei numeri di matricola nella struttura dati sia fatto esternamente. Si supponga noto il numero massimo di studenti gestibili dal programma Si deve scrivere un programma capace di determinare l' orario opportuno per un viaggio in treno composto da due tratte i cui orari sono indipendenti. Per esempio: il viaggio Milano-Udine si compone delle due tratte Milano-Mestre e Mestre-Udine. Il programma deve calcolare quali sia la coppia di treni utili per giungere a destinazione entro un dato orario. Esempio: si vuole arrivare a Udine per le 10:45, qual e` l' ultimo treno utile da Milano? Informatica A - Cugola 22

12 Variabili rivisitate Nel linguaggio macchina l accesso alla memoria avviene mediante l indirizzo della cella utile In C l accesso avviene attraverso un nome simbolico, il nome della variabile che contiene il dato Esempio b = a; il valore della cella identificata da a viene copiato nella cella identificata da b In certi casi è necessario anche in C avere lo stesso simbolo per indicare celle diverse in tempi diversi o due simboli diversi per la stessa cella Ciò si ottiene mediante i puntatori, costrutto potente ma molto delicato Informatica A - Cugola 23 I puntatori Un puntatore a variabile identifica l indirizzo della variabile countref 125 count Informatica A - Cugola 24

13 Puntatori: Dichiarazione Sintassi: typedef Tipo *TipoRef; TipoRef è un puntatore (indirizzo, riferimento) a un dato di tipo Tipo typedef int *IntRef; IntRef myref, yourref; int *herref; /* abbreviazione */ Suggerimento: usare "Ref" (o Punt ) in coda al nome per denotare un puntatore Informatica A - Cugola 25 Puntatori: Assegnamento L operatore & estrae l indirizzo di una variabile che può essere assegnato a una variabile di tipo riferimento int count = 125; countref typedef int *IntRef; IntRef countref; countref = &count; 125 count Informatica A - Cugola 26

14 Puntatori: Dereferenziazione countref 125 come si identifica il contenuto della cella referenziata? dereferenziazione * countref Informatica A - Cugola 27 Dereferenziazione: Esempio count = 125; countref = &count; countref count 125 count = 200; countref count 200 *countref = 300; countref count 300 Informatica A - Cugola 28

15 Puntatori e assegnamenti: Esempi int i = 125, j = 100; IntRef ref1 = &i, ref2 = &j; ref1 ref2 i j *ref2 = *ref1; ref2 = ref1; ref1 ref2 ref1 ref2 i j i j Informatica A - Cugola 29 Esempi di istruzioni typedef TipoDato *TipoPunt; typedef AltroTipoDato *AltroTipoPunt; TipoDato *Punt; /* forma abbreviata */ /* puntatore a puntatore */ typedef TipoPunt *TipoDoppioPunt; TipoDato **DoppioPunt; /* forma abbreviata */ TipoDato a, b; TipoPunt p = &a, q = &b; TipoDoppioPunt pp = &p, qq = &q; b = **pp; **qq = *p; a = *qq; /* errato */ *qq = a; /* errato */ *qq = &a; Verificare sempre la corretta tipizzazione Informatica A - Cugola 30

16 Esempio: assegna a due puntatori l indirizzo delle componenti con valore minimo e massimo /* Programma Puntatori all'elemento maggiore e minore di un array */ #include <stdio.h> #define LunghezzaArray 100 main() { int i; int arraydiint[lunghezzaarray]; int *puntaaminore; int *puntaamaggiore;.... puntaaminore = &arraydiint[0]; i = 1; while (i < LunghezzaArray) { if (arraydiint[i] < *puntaaminore) puntaaminore = &arraydiint[i]; i = i + 1; puntaamaggiore = &arraydiint[0]; i = 1; while (i < LunghezzaArray) { if (arraydiint[i] > *puntaamaggiore) puntaamaggiore = &arraydiint[i]; i = i + 1; Informatica A - Cugola 31 Valore iniziale Il valore iniziale di un puntatore dovrebbe essere NULL NULL significa che non si riferisce ad alcuna cella di memoria Dereferenziando NULL si ha un errore in esecuzione Come al solito, non fare MAI affidamento sulle inizializzazioni implicite delle variabili che C potrebbe fare (alcune implementazioni lo fanno a N ULL, molte altre no) Informatica A - Cugola 32

17 Puntatori: Pericoli typedef int *IntRef; int i, j; IntRef p = &i, q = &j; *p = 3; *q = 5; Quanto vale *p? E quanto *q? p = q; *p = 10; *p 10; *q 10; p e q sono alias Informatica A - Cugola 33 Strutture e puntatori typedef struct { int primocampo; char secondocampo; TipoDato; TipoDato * p; p -> primocampo = 12; (*p).primocampo = 12; equivalenti Informatica A - Cugola 34

18 Esercizio Si deve scrivere un programma capace di gestire l organigramma di una cooperativa in cui persone diverse possono ocupare i medesimi ruoli (presidente, segretario, tesoriere, volontario). Si rappresenti l organigramma come un array di puntatori a strutture di tipo Persona che usi l enumerazione dei ruoli come indice. Si scriva il codice per rispondere a domande del tipo: quanti anni ha il segretario? Come si chiama il tesoriere? Informatica A - Cugola 35 Il qualificatore const Un oggetto nella sua dichiarazione può essere qualificato const int k = 0; const int i = 0; const int a[] = {10, 20, 30; /* implicitamente risulta int a[2] */ int * const m = &k; /* puntatore costante a int */ const int * n = &i; /* puntatore a costante int */ const int * const p = &i; /* punt. costante a cost. */ Informatica A - Cugola 36

19 Array e puntatori In C esiste una strettissima parentela tra array e puntatori Dato l array: int a[10]; il simbolo a si riferisce all indirizzo della prima cella di memoria dell array, ovvero all indirizzo dell elemento a[0] Il tipo del simbolo a è quindi un puntatore a int Per essere più precisi si tratta di un puntatore costante a int. Ovvero: int * const a; Informatica A - Cugola 37 Tipi e memoria occupata I dati occupano in memoria un numero di parole dipendente dal tipo Sono allocati in parole di memoria consecutive L operatore sizeof restituisce il numero di byte occupati da un tipo (o variabile) int a[5]; sizeof(a[2]) 4 sizeof(int) 4 sizeof(a) 20 Informatica A - Cugola 38

20 Aritmetica tra puntatori C permette operazioni di somma e sottrazione tra puntatori Il valore viene incrementato di un multiplo dell ingombro (sizeof) del tipo puntato int i; IntRef p = &i; p = p + 5; Se supponiamo che i sia allocata alla cella 1000 allora l assegnamento p = &i assegna a p il valore 1000 e l assegnamento p = p + 5 assegna a p il valore 1020 (si suppone che sizeof(int) 4) Informatica A - Cugola 39 Array,, puntatori ed aritmentica tra puntatori Sia: int a[5]; int i; int * p; Allora: a[i] è equivalente a *(a+i) p = a è equivalente a p = &a[0] p = a+1 è equivalente a p = &a[1] a = p errore, a è puntatore costante a = a + 1 errore, a è puntatore costante p = p + 1 corretto Informatica A - Cugola 40

21 Ancora sull aritmetica Se p e q puntano a due diversi elementi di un array p q dà la distanza nell array tra gli elementi puntati Questo in generale non coincide con la differenza aritmetica tra il valore dei puntatori Se p e q sono puntatori a int e sizeof(int) 4 e p 1000 e q 1040 allora: p q 10 e non 40 Informatica A - Cugola 41 Ancora sui tipi e le conversioni Tipizzazione forte caratteristica di un linguaggio correttezza delle istruzioni rispetto al tipo degli operandi verificabile dal compilatore non sorgono errori di tipo a runtime C persegue la tipizzazione forte ma è estremamente permissivo e opera conversioni implicite Informatica A - Cugola 42

22 Conversioni In C i tipi sono ordinati in base alla precisione char < short < int < long < float < double < long double Valori del tipo meno preciso implicitamente convertiti a valore del tipo più preciso (promozione) In presenza di una espressione: x op y l operazione op viene effettuata con le regole del tipo più preciso Il risultato è un valore del tipo più preciso Informatica A - Cugola 43 Puntatori e tipizzazione delle variabili puntate Il compilatore segnala utilizzo di puntatori a dati di tipo differente da quello a cui dovrebbero puntare typedef int *IntRef; double d; IntRef p; p = &d; /* errore di tipo */ Informatica A - Cugola 44