Fondamenti di Informatica AA 2016/2017

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1 Fondamenti di Informatica AA 2016/2017 Eng. Ph.D. Michela Paolucci DISIT Lab Department of Information Engineering, DINFO University of Florence Via S. Marta 3, 50139, Firenze, Italy tel: , fax: Fondamenti di Informatica, Univ. Firenze, Michela Paolucci

2 DISIT Lab Department of Information Engineering, DINFO University of Florence Via S. Marta 3, 50139, Firenze, Italy Fondamenti di Informatica, Univ. Firenze, Michela Paolucci

3 Orario del Corso e Ricevimento Il ricevimento si svolge su appuntamento contattando la docente via michela.paolucci@unifi.it Fondamenti di Informatica, Univ. Firenze, Michela Paolucci

4 Libro di testo Enrico Vicario Fondamenti di programmazione. Linguaggio C, strutture dati, algoritmi elementari, C++ Editore: Esculapio ISBN: NOTA: Queste slide integrano e non sostituiscono quanto scritto sul libro di testo. Fondamenti di Informatica, Univ. Firenze, Michela Paolucci

5 Pagina del Corso Qui trovate: - AVVISI - Slide del corso - Approfondimenti Fondamenti di Informatica, Univ. Firenze, Michela Paolucci

6 Outline Strutture dati e algoritmi elementari Liste Rappresentazione in forma sequenziale Rappresentazione collegata con array e indici Rappresentazione con puntatori Iterazione e ricorsione Cenni sugli alberi Fondamenti di Informatica, Univ. Firenze, Michela Paolucci

7 ancora sul concetto di puntatore Fondamenti di Informatica, Univ. Firenze, Michela Paolucci

8 Concetto di puntatore I puntatori sono delle variabili che mantengono il valore dell indirizzo di altre variabili o di altri puntatori Operatori: & e * Data la dichiarazione: int *a, b=5; Per convenzione il valore iniziale di un puntatore è NULL. NULL è una costante simbolica pari a 0 Data una variabile è possibile risalire al suo indirizzo tramite l operatore unario &. Per esempio data la variabile intera b SE si scrive &b, si intende fare riferimento all indirizzo della variabile b. Quindi si può anche scrivere la seguente assegnazione: a = &b; Fondamenti di Informatica, Univ. Firenze, Michela Paolucci

9 A cosa servono in pratica i puntatori Attraverso i puntatori una funzione può restituire valori multipli, così da superare il limite di un unico valore di ritorno ottenuto con l istruzione return Affinché la funzione restituisca un valore di tipo intero (int) il parametro formale viene specificato del tipo puntatore a intero. Esempio: void SommaP(int A, int B, int *C) {//variabili formali *C = A + B; return; main() { int a, b = 5, c = 2; SommaP(b,c,&a); //variabili attuali printf("a che valore punta a? %d", a); Fondamenti di Informatica, Univ. Firenze, Michela Paolucci

10 Puntatori e dati strutturati (1) main() {//esempio di struttura persona struct persona pers, *p_pers; pers.nome = "Matteo"; pers.cognome = "Fossi"; pers.indirizzo = "Via S.Marta"; pers.civico = 3; struct persona { //definizione char *nome; char *cognome; char *indirizzo; int civico; ; printf("la struttura persona pers contiene i seguenti dati:\n"); printf("nome %s\ncognome %s\nindirizzo %s\ncivico %d\n", pers.nome, pers.cognome, pers.indirizzo, pers.civico); p_pers = &pers; //assegna un puntatore a pers printf("\n\nil puntatore p_pers punta alla struttura persona pers che contiene i dati assegnati a pers:\n", p_pers->nome); printf("nome %s\ncognome %s\nindirizzo %s\ncivico %d\n", p_pers->nome, p_pers->cognome, p_pers->indirizzo, p_pers->civico); L operatore. permette l accesso ad un membro di una struttura (pers.nome) L operatore -> permette l accesso a un membro della struttura puntata dal puntatore (p_pers->nome) Fondamenti di Informatica, Univ. Firenze, Michela Paolucci

11 Puntatori e dati strutturati (2) Fondamenti di Informatica, Univ. Firenze, Michela Paolucci

12 Concetto di doppio puntatore (puntatore a puntatore) (1) I puntatori sono delle variabili che mantengono il valore dell indirizzo di altre variabili o di altri puntatori Dichiarazione di un puntatore a un puntatore: int **p; Esempio: int **p,*a, b=5; a = &b; p = &a; Fondamenti di Informatica, Univ. Firenze, Michela Paolucci

13 Concetto di doppio puntatore (puntatore a puntatore) (2) main(){ int **p,*a, b=5; a = &b; p = &a; printf("quanto vale il valore puntato dal puntatore a cui punta p? %d\n",**p); Fondamenti di Informatica, Univ. Firenze, Michela Paolucci

14 Outline Strutture dati e algoritmi elementari Liste Rappresentazione in forma sequenziale Rappresentazione collegata con array e indici Rappresentazione collegata con puntatori Iterazione e ricorsione Cenni sugli alberi Fondamenti di Informatica, Univ. Firenze, Michela Paolucci

15 Liste: rappresentazione collegata con arrays e indici Fondamenti di Informatica, Univ. Firenze, Michela Paolucci

16 Liste - Rappresentazione collegata con array e indici (1) La rappresentazione collegata con array e indici utilizza ancora gli array per memorizzare i valori su un buffer MA virtualizza la relazione di sequenza dei valori Il buffer è un array di records in cui ogni record contiene: Un valore L indice del record del buffer che contiene il successivo valore della lista struct record{ float value; int next; Fondamenti di Informatica, Univ. Firenze, Michela Paolucci

17 Liste - Rappresentazione collegata con array e indici (2) L elemento in coda ha come indice un valore illegale che tipicamente coincide con la dimensione del buffer stesso Anche i record non usati sono concatenati attraverso gli indici in modo da formare una lista dei record disponibili (liberi o free) La presenza di tale lista permette di eseguire la ricerca di un record libero e dell inserimento di un nuovo elemento nella lista con un numero costante di operazioni Il numero di operazioni non dipende dalla dimensione della lista o dal numero di elementi che essa contiene Fondamenti di Informatica, Univ. Firenze, Michela Paolucci

18 Liste - Rappresentazione collegata con array e indici (3) Rappresentazione della lista {10., 20., 50. in forma collegata con indici su un buffer di dimensione 5 in cui: i record 4 e 2 sono concatenati sulla lista degli elementi liberi Fondamenti di Informatica, Univ. Firenze, Michela Paolucci

19 Liste - Rappresentazione collegata con array e indici (4) Configurazione iniziale della lista in forma collegata con indici: first: contiene l indice illegale (size) Tutti i record del buffer sono concatenati sulla lista degli elementi liberi che ha origine dall indice free struct list { int first; int free; int size; struct record *buffer; Con: struct record{ float value; int next; Fondamenti di Informatica, Univ. Firenze, Michela Paolucci

20 Liste - Rappresentazione collegata //inclusione librerie #include <stdio.h> typedef unsigned short int Boolean; //definizione di Boolean #define TRUE 1 #define FALSE 0 //definizione delle strutture usate struct record { float value; int next; ; struct list { int first; int free; int size; struct record *buffer; ; con array e indici (5) Struttura generale del programma parte I Fondamenti di Informatica, Univ. Firenze, Michela Paolucci

21 Liste - Rappresentazione collegata //dichiarazione delle funzioni void init(struct list *ptr, int size); Boolean pre_insert(struct list *ptr, float value); Boolean suf_insert(struct list *ptr, float value); Boolean ord_insert(struct list *ptr, float value); void visit(struct list *ptr); Boolean search(struct list *ptr, float value); void getvalue(float *value_ptr); void notify_selection_failure(char selection); main(){ //definizione delle funzioni con array e indici (6) Struttura generale del programma parte II Fondamenti di Informatica, Univ. Firenze, Michela Paolucci

22 Liste - Rappresentazione collegata con array e indici (7) main() { struct list lista; Struttura main() int size=5, res_search = FALSE; float value; char selection[10]; init(&lista, size); void init(struct list *ptr, int size); printf("digita uno dei seguenti caratteri\nper fare le operazioni sulla lista collegata con array e puntatori:\n"); printf("-a per fare un inserimento in coda\n"); printf("-b per fare un inserimento in testa\n"); printf("-c per fare un inserimento ordinato\n"); printf("-d per fare una visita\n"); printf("-e per fare una ricerca\n"); printf("-x per uscire dal programma\n"); Boolean exit_required = FALSE; int inserimento = 0; do { while(exit_required == FALSE); printf("fine!"); Fondamenti di Informatica, Univ. Firenze, Michela Paolucci

23 main() { struct list lista; do { case 'a': //inserimento in testa getvalue(&value); inserimento = pre_insert(&lista, value); if (inserimento == FALSE) printf("buffer pieno!"); break; case 'b': Liste - Rappresentazione collegata //inserimento in coda getvalue(&value); inserimento = suf_insert(&lista, value); if (inserimento == FALSE) printf("buffer pieno!"); break; //altri casi while(exit_required == FALSE); printf("fine!"); con array e indici (8) Struttura do{ while() - Parte I Nota: dichiarazione inserimento in testa Boolean pre_insert(struct list *ptr, float val); Nota: dichiarazione inserimento in coda Boolean suf_insert(struct list *ptr, float val); Fondamenti di Informatica, Univ. Firenze, Michela Paolucci

24 main() { struct list lista; do { //altri casi case 'c': Liste - Rappresentazione collegata getvalue(&value); //inserimento ordinato inserimento = ord_insert(&lista, value); if (inserimento == FALSE) printf("buffer pieno!"); break; case 'd': //visita visit(&lista); break; //altri casi while(exit_required == FALSE); printf("fine!"); con array e indici (9) Struttura do{ while() - Parte II Nota: dichiarazione inserimento ordinato Boolean ord_insert(struct list *ptr, float val); Nota: dichiarazione ricerca void visit(struct list *ptr); Fondamenti di Informatica, Univ. Firenze, Michela Paolucci

25 Liste - Rappresentazione collegata main() { struct list lista; do { //altri casi case 'e': //ricerca getvalue(&value); res_search = search(&lista, value); if (res_search == TRUE) printf("trovato!"); else printf("niente, riprova!"); break; case 'x': //uscita exit_required = TRUE; break; default: notify_selection_failure(selection[0]); while(exit_required == FALSE); printf("fine!"); con array e indici (10) Struttura do{ while() - Parte III Nota: dichiarazione ricerca Boolean search(struct list *ptr, float value); Fondamenti di Informatica, Univ. Firenze, Michela Paolucci

26 Liste - Rappresentazione collegata void init(struct list *ptr, int size){ /*Alloca il buffer e asserisce l'invariante della lista first ha il valore illegale che indica la dimensione del buffer free indirizza il primo record (libero che è zero) tutti i record sono concatenati a partire dal primo per averli disponibili come record liberi*/ int count; ptr->buffer = (struct record *)malloc(size * sizeof(struct record)); ptr->size = size; ptr->first = ptr->size; ptr->free = 0; for (count = 0; count < ptr->size; count++) ptr->buffer[count].next = count + 1; La funzione di libreria malloc() richiede al sistema l allocazione di un segmento di memoria di dimensione determinata al momento della chiamata e rende il puntatore alla locazione della memoria a partire dalla quale è stato riservato lo spazio con array e indici (11) Definizione funzione init() Fondamenti di Informatica, Univ. Firenze, Michela Paolucci

27 Liste - Rappresentazione collegata con array e indici (12) Operazione di inserimento in testa su una lista in forma collegata: Il record in testa alla lista degli elementi liberi viene portato sulla lista degli elementi utili (free) e riceve il nuovo valore inserito (valore 70.) Fondamenti di Informatica, Univ. Firenze, Michela Paolucci

28 Liste - Rappresentazione collegata con array e indici (13) Boolean pre_insert(struct list *ptr, float value){ /*Se la lista libera non è vuota: i) ne sgancia il primo elemento ii) lo aggancia in testa alla lista dei valori iii) ci memorizza il valore da inserire*/ int moved; if (ptr->free!= ptr->size) { moved = ptr->free; ptr->free = ((ptr->buffer)[ptr->free]).next; ptr->buffer[moved].value = value; ptr->buffer[moved].next = ptr->first; ptr->first = moved; return TRUE; else return FALSE; Definizione funzione pre_insert() Fondamenti di Informatica, Univ. Firenze, Michela Paolucci

29 Liste - Rappresentazione collegata con array e indici (14) Boolean suf_insert(struct list *ptr, float value){ /*Se la lista libera NON è vuota: i) sgancia il primo elemento della lista libera ii) lo aggancia in coda alla lista dei valori; iii) ci copia sopra il valore da inserire; iv) attribuisce il valore illegale al successore. SE la lista libera E' VUOTA: rende FALSE*/ int moved, *position_ptr; if (ptr->free!=ptr->size){ moved = ptr->free; ptr->free = ((ptr->buffer)[ptr->free]).next; position_ptr = &ptr->first; Definizione funzione inserimento in coda: suf_insert() while (*position_ptr!= ptr->size)//cerca l ultimo elemento in lista, che ha next=5 position_ptr = &((ptr->buffer)[*position_ptr].next); *position_ptr = moved; //memoriza l ultimo elemento della lista in *position_ptr ptr->buffer[*position_ptr].value = value; //nell elemento con quell indice scrive ptr->buffer[*position_ptr].next= ptr->size; return TRUE; else return FALSE; 29 Fondamenti di Informatica, Univ. Firenze, Michela Paolucci

30 Liste - Rappresentazione collegata con array e indici (15) Inserimento in coda. Sulla lista 20 -> 10 -> 50 viene inserito in coda il valore 70: Il puntatore position_ptr contiene inzialmente l indirizzo dell indice first (a) position_ptr viene avanzato fino a contenere l indirizzo del campo next dell ultimo record della lista (b,c,d) Su tale elemento si effettua l inserimento 30 Fondamenti di Informatica, Univ. Firenze, Michela Paolucci

31 Liste - Rappresentazione collegata Boolean ord_insert(struct list *ptr, float value) { /*i) Assume che la lista sia ordinata; ii) inserisce il nuovo elemento in ordine. Nota: è analoga alla funzione di inserimento in coda a parte l'aggiunta di una seconda condizione sul while e uno swap nell'inserimento finale*/ int moved, *position_ptr; if (ptr->free!= ptr->size) { moved = ptr->free; //dove dovro scrivere ptr->free = ((ptr->buffer)[ptr->free]).next; position_ptr = &ptr->first; while (*position_ptr!= ptr->size && ptr->buffer[*position_ptr].value < value){ position_ptr = &(ptr->buffer[*position_ptr].next); //valore che mettero //nel next dell elemento che vado ad aggìungere ptr->buffer[moved].value = value; ptr->buffer[moved].next = *position_ptr; *position_ptr = moved; return TRUE; else return FALSE; 31 con array e indici (16) Definizione funzione ord_insert() Fondamenti di Informatica, Univ. Firenze, Michela Paolucci Il ciclo while serve per indirizzare il record su cui deve essere fatto l inserimento

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33 void visit(struct list *ptr) { int position; position = ptr->first; while (position!= ptr->size) { Liste - Rappresentazione collegata con array e indici (17) Definizione funzione visit() printf("valore: %f\n", ptr->buffer[position].value); position = ptr->buffer[position].next; 33 Fondamenti di Informatica, Univ. Firenze, Michela Paolucci

34 Boolean search(struct list *ptr, float value) { int position; Boolean found; position = ptr->first; found = FALSE; Liste - Rappresentazione collegata con array e indici (18) Definizione funzione search() while (found == FALSE && position!= ptr->size) { if (ptr->buffer[position].value == value) found = TRUE; else position = ptr->buffer[position].next; return found; 34 Fondamenti di Informatica, Univ. Firenze, Michela Paolucci

35 void getvalue(float *value_ptr) { //acquisisce un float da tastiera (passaggio per puntatore) Liste - Rappresentazione collegata printf("inserisci un valore: "); scanf("%f", value_ptr); con array e indici (19) Definizione funzioni getvalue() e notify_selection_failure( ) void notify_selection_failure(char selection) { //notifica il fallimento della selezione printf("\n%c Selezione non legale!!", selection); 35 Fondamenti di Informatica, Univ. Firenze, Michela Paolucci

36 Lista in forma collegata: osservazioni (1) La lista in forma collegata mediante indici: A) mantiene il limite del dimensionamento statico del buffer: Svantaggio: Non permette di adattare la memoria allocata alla dimensione effettiva della sequenza rappresentata nel corso della computazione Vantaggio: evita il bisogno di allocare e rilasciare memoria ad ogni operazione di inserimento e cancellazione (come vedremo avverrà invece nelle liste in forma collegata con puntatori), riducendo l interazione con il sistema operativo e quindi aumentando sostanzialmente l efficienza e l affidabilità B) Non permette l accesso diretto ai vari elementi Fondamenti di Informatica, Univ. Firenze, Michela Paolucci

37 Fondamenti di Informatica Eng. Ph.D. Michela Paolucci DISIT Lab Department of Information Engineering, DINFO University of Florence Via S. Marta 3, 50139, Firenze, Italy tel: , fax: Fondamenti di Informatica, Univ. Firenze, Michela Paolucci