La lezione è centrata su un esercizio per impratichirsi sui seguenti argomenti:

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1 1 Lezione 7 La lezione è centrata su un esercizio per impratichirsi sui seguenti argomenti: liste rappresentate con puntatori liste rappresentate con cursori Chi notasse eventuali incoerenze o errori, oppure avesse dubbi sul contenuto di queste pagine e dei codici, è pregato di segnalarmeli per contribuire a migliorare la qualità dei materiali del corso. Esercizio Si vuole scrivere un programma biblio.c per la gestione per una biblioteca. Al principio, il programma acquisisce i libri disponibili in ordine alfabetico (prima per autore, poi per titolo). Quindi, il programma riceve un elenco di indicazioni di movimento dei libri, vale a dire dei prestite e delle rese. I libri prestati vanno rimossi subito dall elenco dei libri disponibili e conservati in un elenco a parte. I libri resi non tornano immediatamente disponibili, perché il personale della biblioteca è insufficiente a riordinarli subito. Vengono invece conservati al banco del prestito impilati uno sull altro fino alla sera. Il programma però deve tenere traccia dell ordine delle rese perché alla sera deve fornire al bibliotecario un elenco di istruzioni che lo aiutino a riordinare i libri: in particolare, deve indicare per ogni libro della pila (dalla cima al fondo) non la posizione assoluta dove metterlo, ma il libro disponibile prima del quale ciascun libro reso va riposto 1. Il file input01a.txt riporta un esempio di elenco dei libri disponibili. Ogni libro occupa una riga di lunghezza non superiore a 80 caratteri. I libri sono tutti diversi e sono già ordinati. Il termine dell elenco è indicato da una riga contenente solo la parola FINE. Adams S., "Il principio di Dilbert" Bertossi A., "Algoritmi e Strutture Dati" Chaucer G., "I Racconti di Canterbury" Hoeg P., "Il senso di Smilla per la neve" Hofstadter D., "Godel, Escher, Bach" Kernighan B. e Ritchie D., "Il linguaggio C" King S., "L ombra dello scorpione" Pennac D., "La prosivendola" Shakespeare W., "Le allegre comari di Windsor" Yourcenar M., "L opera al nero" FINE Il file input01b.txt riporta un esempio di elenco dei movimenti. Ogni movimento occupa una riga, costituita dalla parola chiave PRESTITO oppure RESTITUZIONE, seguita dal libro (nello stesso formato usato per l elenco dei libri disponibili). Per semplicità, il prestito è giornaliero, cioè i libri vanno resi prima di sera, per cui tutti i libri resi figurano nell elenco iniziale dei libri disponibili. L elenco dei movimenti termina con una riga che contiene solo la parola chiave FINE. PRESTITO Bertossi A., "Algoritmi e Strutture Dati" PRESTITO Kernighan B. e Ritchie D., "Il linguaggio C" PRESTITO Adams S., "Il principio di Dilbert" RESTITUZIONE Kernighan B. e Ritchie D., "Il linguaggio C" PRESTITO Shakespeare W., "Le allegre comari di Windsor" 1 Questa è ovviamente una stranezza, ma altrimenti l esercizio si riduce al semplice accesso a un vettore con indici assoluti. 1

2 PRESTITO Pennac D., "La prosivendola" PRESTITO Yourcenar M., "L opera al nero" RESTITUZIONE Bertossi A., "Algoritmi e Strutture Dati" RESTITUZIONE Shakespeare W., "Le allegre comari di Windsor" FINE Il programma deve restituire per prima cosa l elenco dei libri ancora disponibili, nello stesso formato usato per acquisirlo al principio. Poi deve fornire una serie di istruzioni. Ogni istruzione consiste in una riga costituita dalla parola chiave METTERE, seguita dal libro reso, dalle parole chiave PRIMA DI e dal libro disponibile prima del quale il libro reso va riposto. Se il libro va messo per ultimo, si scriverà la parola chiave METTERE seguita dal libro e dalle parole chiave PER ULTIMO. Al termine delle operazioni, il programma stampa la parola chiave FINE. Si noti che quando un libro reso è stato riposto diventa immediatamente disponibile, e quindi potrebbe fare da punto di riferimento per l inserimento dei successivi libri resi. Al termine, il programma deve stampare nuovamente la lista dei libri disponibili, nel solito formato. Traccia Prima di eseguire l esercizio, si possono scorrere interamente i lucidi fino a pagina 11 per acquisire il concetto di lista astratta e le basi delle implementazioni di liste con puntatori. Quindi si può ragionare un po sul modello del problema. Le operazioni richieste sono: scorrere i libri sullo scaffale per stamparne l elenco; tenere traccia dei libri prestati e dei libri resi; fornire informazioni sulla posizione dei libri da riporre; determinare la posizione corretta di un libro in base all ordine alfabetico e all elenco dei libri attualmente disponibili (cioè non prestati o già riposti in ordine). Occorre quindi gestire tre insiemi di libri: quelli sullo scaffale, quelli in prestito e quelli restituiti. Sono tre insiemi completamente dinamici, anche se esiste un sovrainsieme statico che li contiene tutti (quelli dei libri). Il primo insieme (libri sullo scaffale) è in ordine alfabetico e deve rimanerlo. Il secondo insieme (libri in prestito) è in genere privo di qualsiasi ordine. Il terzo insieme (libri resi) è in un ordine determinato dalla sequenza di movimenti di restituzione: i libri sono impilati e i libri resi per primi stanno alla base della pila, quelli resi per ultimi alla cima. Inoltre, il fatto che i libri siano consente solo l accesso all ultimo libro aggiunto all insieme (LIFO = Last In First Out). Viene quindi spontaneo gestire almeno questi due insiemi come liste e per semplicit gestiremo cos anche l altro. Tutte le operazioni prima elencate verranno quindi realizzate come operazioni su liste. Quindi, si apre il file start.c, che già contiene: 1. le direttive per simulare il tipo boolean; 2. la costante simbolica ROW LENGTH per gestire le righe in lettura e scrittura. A rigore, il testo indica una dimensione massima di 80 caratteri, che però vanno incrementati per tener conto delle parole chiave PRESTITO e RESTITUZIONE nel file dei movimenti. Ipotizzando un solo spazio bianco fra la parola chiave e il libro, risultano caratteri a cui va aggiunto l a capo (se si usa la funzione fgets per leggere le righe) e il terminatore, per un totale di 94 2

3 caratteri. Qualsiasi valore superiore va bene: si tratta di decidere se ha senso risparmiare memoria o ammettere che qualche libro violi la regola. 3. le variabili file libri e file movimenti dove conservare il nome dei file dei libri disponibili e dei movimenti effettuati; 4. la funzione InterpretaLineaComando che scrive i nomi dei due file nelle corrispondenti variabili recuperandoli dalla linea di comando (argv[1] e argv[2] rispettivamente). Si avvia la realizzazione top-down dell algoritmo scrivendo opportune funzioni e aggiungendo al codice la loro chiamata nel main, la dichiarazione fra i prototipi prima del main, la definizione vuota dopo il main: 1. carica l elenco dei libri disponibili creando la corrispondente lista 2. crea le liste (vuote) dei libri prestati e resi 3. esegue i movimenti riportati nel file dei prestiti e dei resi 4. stampa l elenco dei libri disponibili 5. stampa le istruzioni per riporre i libri resi 6. stampa l elenco dei libri disponibili 7. distrugge le liste dei libri disponibili, prestati e resi (cancellando prima i loro elementi) Per poter scrivere queste funzioni, occorre avere a disposizione una libreria per la gestione di liste di libri. Ne costruiamo una, creando un file header e un file listato nei quali dichiareremo (nel primo) e definiremo (nel secondo) tutte le strutture e funzioni che occorrono, seguendo la falsariga della lezione. In particolare, realizzeremo per prima un implementazione a puntatori, in cui la lista è bidirezionale, circolare e dotata di sentinella. Questa implementazione consente un costo temporale molto basso per tutte le operazioni, al costo di un occupazione di memoria maggiore (e un piccolo aumento nel costo temporale per alcune operazioni, dato che ci sono più puntatori da tenere aggiornati). Brevemente, dichiariamo: un libro come un vettore di caratteri una listalibri come un puntatore a un elemento (partiamo quindi con un implementazione a puntatori) una posizione come un puntatore a un elemento (ancora una volta, perché abbiamo scelto un implementazione a puntatori) un elemento come una struttura contenente un libro e due posizioni: quella precedente e quella successiva (abbiamo scelto un implementazione bidirezionale). Il risultato di questa fase della lezione sono i file biblio2.c, lista.h e lista-start.c. In quest ultimo, le definizioni delle procedure sono tutte vuote, e quelle che devono restituire un valore restituiscono un valore fittizio convenzionale (NO LIST per le liste, NO ELEMENT per le posizioni, TRUE per i valori logici). Ora sospendiamo la progettazione top-down del programma per passare temporaneamente all approccio bottom-up: avendo scelto di realizzare una libreria per gestire liste di libri, è ragionevole dedicarcisi in modo ordinato. Nell ordine, definiamo: 3

4 listalibri crealistalibri (), che alloca un elemento sentinella, lo fa puntare a sé stesso in entrambe le direzioni (lista circolare) e lo restituisce come valore della lista; void leggelista (listalibri L, posizione p, libro TitoloAutore), che restituisce l informazione associata a una data posizione di una data lista. Questa definizione non corrisponde a quella dei lucidi, perché la funzione dovrebbe restituire un libro; il libro, però, è un vettore e in C non si possono restituire i vettori, mentre si possono passare per valore se si deve solo andare a modificare il valore degli elementi del vettore. listalibri scrivelista (listalibri L, posizione p, libro TitoloAutore), che assegna un libro a una data posizione della lista boolean listavuota (listalibri L), che verifica se la lista è vuota: nel nostro caso, verificherà se la sentinella punta sé stessa. posizione primolista (listalibri L), che restituisce un puntatore alla prima posizione vera della lista, cioè il successore della sentinella; se la lista è vuota, restituisce la sentinella. posizione ultimolista (listalibri L), che restituisce un puntatore all ultima posizione vera della lista, cioè il predecessore della sentinella; se la lista è vuota, restituisce la sentinella. posizione succlista (listalibri L, posizione p), che restituisce un puntatore alla posizione successiva lungo la lista; se la posizione è l ultima, restituisce la sentinella. posizione predlista (listalibri L, posizione p), che restituisce un puntatore alla posizione precedente lungo la lista; se la posizione è la prima, restituisce la sentinella. boolean finelista (listalibri L, posizione p), che restituisce FALSE se la posizione è valida, TRUE se è la sentinella. listalibri inslista (listalibri L, posizione p, libro TitoloAutore), che alloca un nuovo elemento, inserendovi il libro indicato, lo inserisce nella lista subito prima della posizione p, ovvero fra il predecessore di p e p, e restituisce la lista modificata. listalibri canclista (listalibri L, posizione p), che sgancia l elemento puntato dalla lista e lo dealloca, restituendo la lista modificata. Che valore ha p dopo l esecuzione della procedura? 4

5 void distruggelista (listalibri *L), che esegue ripetutamente canclista sul primo elemento finché la lista non è vuota; a questo punto, dealloca la sentinella e assegna a L il valore fittizio NO LIST per indicare che non è più una vera lista. Il risultato di questa fase della lezione è il file lista.c. Affinch e il file biblio2.c funzioni correttamente con questa libreria, bisogna modificare leggermente la procedura CaricaLibri, in modo che non restituisca più il valore fittizio NO LIST, ma una lista vuota generata con crealistalibri). Questo perché altrimenti la procedura di distruzione della lista dei libri disponibili va in errore. Ora torniamo ad applicare l approccio top-down, realizzando la procedura CaricaLibri, che legge dal primo file di ingresso una riga alla volta (fgets) e riconosce la prima parola della riga (sscanf): se è la terminazione FINE (strcmp), interrompe la lettura; altrimenti, inserisce la riga nella lista dei libri disponibili. Qui c è una tecnicalità: leggendolo con fgets, il libro terminerà con un carattere di a capo, che si deve decidere se tenere o rimuovere (sovrascrivendolo con \0 dopo averne determinato la posizione con strlen). Per verificare la correttezza della procedura, conviene realizzare subito dopo la funzione StampaLibri, per la quale basta scorrere la lista con una variabili di tipo posizione, partendo da primolista, leggendo ogni elemento con leggelista e passando al successivo con succlista. Il risultato di questa fase della lezione è il file biblio3.c. Quindi passiamo all esecuzione dei movimenti. La procedure EsegueMovimenti: apre il file dei movimenti legge la prima parola di ogni riga (fscanf) per determinare se i movimenti sono terminati e per distinguere fra prestiti e rese se si tratta di prestito o resa, assegna il resto della riga a un libro; purtroppo, c è una tecnicalità: il resto della riga potrebbe partire con degli spazi, che non vanno inclusi nel libro; per saltarli, basta leggere la prima parola con la specifica "%s " anziché "%s". Perché? in caso di prestito: 1. cerca il libro sullo scaffale, chiamando un apposita funzione TrovaLibro (da dichiarare solamente, in base all approccio top-down), 2. lo cancella dalla lista dei libri disponibili 3. lo inserisce nella lista dei prestiti In quale posizione? in caso di resa: 1. cerca il libro nella lista dei prestiti con la funzione TrovaLibro 2. lo cancella dalla lista dei libri disponibili 3. lo inserisce il libro in cima alla lista dei resi Il risultato di questa fase della lezione è il file biblio4.c. Ora procediamo alla realizzazione della procedure StampaIstruzioniRiordino che esegue il riordino e stampa a video le istruzioni corrispondenti. La procedura scorre la lista dei libri resi dalla cima, estraendo e cancellando il primo 5

6 per ciascun libro, scorre la lista dei libri disponibili cercando il primo libro alfabeticamente successivo a quello corrente (primolista, finelista, succlista, leggilista, strcmp) se lo trova, inserisce il libro reso prima di esso e stampa il corrispondente messaggio a video; altrimenti, lo inserisce in coda e stampa il corrispondente messaggio a video. Il risultato di questa fase della lezione è il file biblio5.c. Ora si può procedere a creare una nuova libreria di gestione, basata sull implementazione con cursori. La differenze fondamentali sono: la lista è ospitata in un vettore allocato una volta per tutte dalla funzione crealistalibri; la dimensione non varia durante l esecuzione (se è insufficiente, si esce con un messaggio di errore) e il suo valore LIST SIZE+2 tiene conto degli elementi massimi ospitabili, della sentinella e di una sentinella per la così detta lista libera, che ospita gli elementi del vettore non impiegati nella lista data i puntatori sono sostituiti da indici numerici; per accedere agli elementi, bisogna quindi conoscere sia la posizione sia la lista: l elemento in posizione p della lista L è banalmente L[p] la creazione della lista richiede l allocazione del vettore, l impostazione della sentinella (nella posizione SENTINELLA), che punta sé stessa, e la costruzione di una lista libera contenente tutti gli altri elementi inserimenti e cancellazioni corrispondono a spostamenti fra lista vera e propria e lista libera: ci sono più operazioni sulle posizioni, ma vengono a mancare le allocazioni e deallocazioni La nuova implementazione è molto diversa dalla precedente, ma non richiede nessuna modifica al file biblio.c. Potenza delle strutture dati astratte. Il risultato di questa fase della lezione sono i file lista2.h e lista2.c. Rigorosamente parlando, sarebbe possibile gestire tutte e tre le liste sul vettore, dato che sono mutuamente esclusive. Tecnicamente, basterebbe avere 4 posizioni definite come sentinelle (una per ogni lista più una per la lista libera). Questo richiederebbe però di rendere dichiarazioni e definizioni specifiche per questo caso particolare. Il che potrebbe essere conveniente: è una scelta di progetto. 6