VARIABILE STRUTTURATA

Transcript

1 DISPENSE DI PROGRAMMAZIONE Modulo 3 Parte 2 Ha collaborato alla editazione Giuseppe Porcelli VARIABILE STRUTTURATA Una variabile di tipo strutturato possiede più di una singola COMPONENTE. Per definire il TIPO di una variabile strutturata bisogna: 1) specificare il tipo di struttura; 2) definire il tipo delle componenti. Definire un prototipo di cui possono essere generati tanti esemplari dichiarando tante variabili di quel tipo quante ne servono. I linguaggi di programmazione forniscono al programmatore generalmente più di un modo per organizzare dati non semplici: ARRAY, RECORD, SET dati strutturati FILE strutture di dati Una variabile strutturata ha un unico nome e può essere manipolata accedendo alle singole componenti. In molti linguaggi è anche possibile assegnare e confrontare intere variabili strutturate mediante operatori globali. 1

2 MECCANISMI DI STRUTTURAZIONE TRASFORMAZIONE FINITA f: tipoindice tipobase ARRAY [tipoindice] OF tipobase Numero dei giorni componenti ciascun mese dell anno ARRAY [1.. 12] OF integer; PRODOTTO CARTESIANO TYPE data = RECORD giorno: ; Mese: (genn,.., dic); Anno: END; POTENZA (tipo SET) SEQUENZA (tipo FILE) 2

3 L array è la struttura dati più conosciuta perché in molti linguaggi, compresi FORTRAN e ALGOL 60, è la sola struttura esplicitamente disponibile. Per ogni linguaggio di programmazione, anche se con regole sintattiche differenti, la dichiarazione di una variabile di tipo array comprende sempre: - l indicazione del nome della variabile strutturata; - l indicazione della cardinalità degli indici; - l indicazione del tipo dell indice; - l indicazione del tipo delle componenti. Il riferimento alle componenti individuali di una variabile strutturata di tipo array si ottiene sempre: - indicando il nome della variabile strutturata; - specificando l indice Esempio: A(3) 10 Alcuni linguaggi di programmazione offrono operatori applicabili globalmente alla struttura. 3

4 RAPPRESENTAZIONE DELLA STRUTTURA ARRAY Una variabile di tipo array è allocata in memoria in parole contigue I 0 A [1] s I 0 + s A [2] s.. A [J]. A [n] s VAR A: tipoarray; l indirizzo di A[1] sarà I 0 l indirizzo di A[2] sarà I 0 + s L indirizzo della j-esima componente I = I 0 + (j 1) * s A partire dall indirizzo associato all identificatore della variabile strutturata, le componenti sono allocate ordinatamente e consecutivamente. I 0 s indirizzo di base numero di parole occupate da ciascuna componente (dipende dal tipo delle componenti) OCCUPAZIONE DI MEMORIA n * s 4

5 ARRAY MULTIDIMENSIONALI ARRAY [t1] OF [t2] Tutti i linguaggi consentono di dichiarare array con più indici. In PASCAL possono essere definiti array i cui elementi sono a loro volta degli array. TYPE riga = ARRAY [ ] OF integer; VAR matrice = ARRAY [ ] OF riga; oppure VAR matrice = ARRAY [ , ] OF integer Esempio: orario settimanale delle lezioni TYPE Settimana = (lu, ma, me, gio, ve, sa); materie = (algoritmi, programmazione, architettura, algebra); orario = ARRAY [settimana] OF ARRAY [ ] OF materie; Lu Ma Me Gio Ve Sa 5

6 LEGAME - Statico (FORTRAN, C, PASCAL) - Semi-dimanico (PL 1) - Dinamico (ALGOL 68) In Pascal non si può cambiare né cardinalità ( = tipo indice) né tipo degli elementi. Si deve definire tutto all atto della compilazione. 6

7 TRATTAMENTO DEGLI ARRAY Lettura di una variabile di tipo array: bisogna leggere una componente alla volta tramite iterazione.(while, REPEAT, FOR) Elaborazione Scrittura Inizializzazione dell indice WHILE condiz. DO BEGIN Istruzioni Aggiornamento dell indice (succ) END Ad ogni iterazione bisogna controllare che l indice non superi il massimo valore consentito dal tipo dell indice. Il numero delle iterazioni è noto e coincide con il numero delle componenti dell array. Molto spesso è necessario trattare tutte le componenti di un array in modo uniforme (ad es. inizializzare tutte le componenti a 0, leggere tutte le componenti, etc.). In tali situazioni ha senso elaborare le componenti di un array in SEQUENZA, partendo dal primo elemento fino all ultimo: ciò si realizza usando strutture di controllo iterative. 7

8 SOMMA DELLE COMPONENTI DI UN VETTORE CONST n = 10; TYPE indice = 1.. n ; tipo_vettore = ARRAY [indice] OF real; VAR s: real; k: integer; v: tipo_vettore; s := 0; k := 0; WHILE k n DO BEGIN k := k + 1; s := s + V[k]; END Oppure s := 0; FOR k := 1 TO n DO s := s + V[k]; 8

9 RECORD Nel caso in cui sia necessario costruire strutture di dati non omogenei si fa ricorso al RECORD. Il prodotto cartesiano di dati di tipo diverso è un record perché registra in n-ple di dati le principali caratteristiche di una entità. Esempio: Un indirizzo è un prodotto cartesiano di tipi diversi: Via Amendola 173 BARI array alfanumerici intero array alfanumerico intero Indipendentemente dal linguaggio di programmazione la definizione di un record, oltre alla indicazione del nome del tipo record, prevede la descrizione de: Il tipo delle componenti; La specifica degli indicatori per accedere alle componenti. I record come gli array sono variabili strutturate a molte componenti. Sono, dunque, aggregazioni di dati, ma possono contenere dati di tipi differenti cui è possibile accedere tramite il nome invece che mediante l indice. 9

10 I componenti di un array sono chiamati elementi, quelli di un record campi. Tanto gli array che i record sono astrazioni delle modalità di memorizzazione dei dati usate a livello di linguaggio macchina. Per accedere al campo di un record bisogna specificare l identificatore di record e quello di campo (selettore). ESEMPIO Rappresentare un numero complesso a + bi, dove a e b sono reali, e i è la radice quadrata di -1. TYPE complesso = RECORD re, im : real END; VAR x : complesso; ESEMPIO TYPE data = RECORD mese : (gen, feb, mar,.., dic); giorno : ; anno: integer; END; famiglia = (padre, madre, figlio); VAR vaccino : ARRAY [famiglia] of data; VACCINO [FIGLIO].MESE := APR; VACCINO [FIGLIO].GIORNO := 20; VACCINO [FIGLIO].ANNO := 1980; 10

11 Esempio di ARRAY di RECORD TYPE nome = ARRAY [1.. 20] OF char; data = RECORD giorno : ; mese : ; anno: ; END; studente = RECORD cognome : nome; datanascita : data; votodiploma: END; classe = ARRAY [1.. 20] OF studente; VAR Class : classe; allievo : studente; class[1].cognome[1] class[1].datanascita[1] class[1].votodiploma[1] 1 MARIANI BIANCHI

12 ISTRUZIONE WITH Consente di fare i riferimenti tramite solo i nomi dei campi Abbrevia il testo del programma Previene la ricomputazione dell indirizzo di memoria della componente Cont := 0; FOR i := 1 TO 20 DO IF ( class[ i ].datanascita.anni = 1982 ) AND ( class[ i ].votodiploma > 56) THEN cont := cont + 1 E EQUIVALENTE A FOR i := 1 TO 20 DO WITH class[ i ] DO IF (datanascita.anno = 1982) AND (votodiploma > 56) THEN cont := cont

13 RAPPRESENTAZIONE DELLE STRUTTURE RECORD S 1 S 2 S 3 Campo 1 Campo 2 Campo 3 i 0 I record sono allocati in memoria in celle ADIACENTI componente per componente così come compaiono nella definizione del tipo RECORD. S j sia la dimensione (in parole) del j-esimo campo. DURANTE LA COMPILAZIONE LE S J SONO NOTE. 13

14 (Per un ARRAY il calcolo deve essere fatto a run-time, a[ i ]) L indirizzo del j-esimo campo di un record è calcolato sommando all indirizzo di origine del record i o la distanza della componente. TYPE r = RECORD campo1: tipo_campo1; campo2: tipo_campo2; campo3: tipo_campo3 END; VAR rec : r; Per campo 2 : i0 + S1 Per campo 3 : i0 + S1 + S2 14

15 La struttura RECORD e quella ARRAY sono ad accesso random. Il RECORD è più generale: i campi non devono essere di identico tipo. L ARRAY consente una maggiore flessibilità d uso: è consentita la selezione delle componenti tramite valori calcolabili (espressioni), invece i selettori dei campi di un record sono identificatori fissi (nomi dei campi), che vengono dichiarati nella definizione del tipo. Indice ARRAY Selettore delle componenti Identificatore RECORD del campo 15

16 GLI INSIEMI (SET) Dato un insieme I = (a, b, c) è possibile costruire su questo i seguenti sotto-insiemi: ( ) vuoto (a) (b) (c) (a, b) (b, c) (a, c) (a, b, c) L insieme di partenza deve essere E possibile definire un tipo come segue: TYPE ins = SET OF (a,b,c) 16

17 ovvero l insieme di tutti i sotto-insiemi costruibili a partire da quello dato (INSIEME POTENZA). Esempio 1 TYPE maiuscole = SET OF A.. Z Esempio 2 TYPE CARTE = (c1, c2,.., ck, q1, q2,.., qk, p1, p2,.., pk, t1, t2,.., tk) TYPE MANO = SET OF CARTE Il PASCAL ha una versione ristretta del costruttore dell INSIEME POTENZA, poiché limita il tipo base ad essere TIPO ORDINALE. 17

18 Le operazioni permesse su tali variabili sono le operazioni sugli insiemi (unione, intersezione, etc.) OPERATORE IN TEST DI APPARTENENZA AD UN SET: si applica ad un elemento e ad un insieme. 10 IN [5.. 25] dà come risultato TRUE 30 IN [5.. 25] dà come risultato FALSE FACILITA LA SCRITTURA DI ESPRESSIONI BOOLEANE ESEMPIO Verificare che il valore della variabile car sia una vocale. 18

19 (car = a ) OR (car = e ) OR (car = i ) OR (car = o ) OR (car = u ) oppure car IN [ a, e, i, o, u ] ALTRI OPERATORI DEFINITI SUI SET * INTERSEZIONE (priorità alta) + UNIONE - DIFFERENZA IN ha priorità più bassa INTERSEZIONE di due insiemi (prodotto insiemistico) è l insieme di tutti gli elementi che sono comuni ad entrambi. [a, c] * [a, b, c] è l insieme [a, c] [a, c] * [a, b] è l insieme [a] [b] * [a, c] è l insieme [ ] 19

20 UNIONE di due insiemi (somma insiemistica) è l insieme degli elementi contenuti nei due insiemi. [a, b] + [a, c] è l insieme [a, b, c] [a] + [b, c] è l insieme [a, b, c] [a] + [a, b] è l insieme [a, b] OSSERVAZIONE Per inserire un elemento in un insieme già esistente si forma l unione dell insieme pre esistente e l insieme unitario contenente l elemento da inserire. DIFFERENZA tra due insiemi A e B è l insieme degli elementi di A che non compaiono anche in B [a, b, c] [a, c] è l insieme [b] [a, b] [c] è l insieme [a, b] [a, b] [a, b, c] è l insieme [ ] 20

21 AL TIPO SET SONO APPLICABILI GLI OPERATORI RELAZIONALI = EGUAGLIANZA usato per verificare se due insiemi contengono gli stessi elementi [a, b] = [a, b] è TRUE [a, b] = [a, c] è FALSE [a, b] = [b, a] è TRUE [ ] = [b] è FALSE < > DISEGUAGLIANZA [a, b] < > [a, b] è FALSE [a, b] < > [b, a] è FALSE [b] < > [a, b] è TRUE 21

22 A < B darà TRUE quando A è un sotto-insieme proprio di B. [1, 3] < [1, 2, 3, 4] dà TRUE [1, 2, 3] < [1, 4] dà FALSE [1] < [1, 4] dà TRUE [1, 3] < [1, 3] dà FALSE A <= B darà TRUE quando A è un sottoinsieme proprio di B o coincide con B. [1, 3] <= [1, 3] dà TRUE A > B darà TRUE se A contiene in modo proprio B A >= B darà TRUE se A contiene o coincide con B 22

23 USO DELL ASSEGNAMENTO INIZIALIZZAZIONE S := [ ] insieme vuoto AGGIORNAMENTO S := S + /*/- [generico elemento] OPERATORE GLOBALE! S1 := S2 23

24 RAPPRESENTAZIONE DI INSIEMI Un INSIEME è rappresentato in memoria tramite un ARRAY di valori logici, la cui i-esima componente specifica la presenza o l assenza del valore i-esimo del tipo base nell insieme. La dimensione dell array coincide con la cardinalità del tipo base. Nella maggioranza delle implementazioni, il limite alla cardinalità degli insiemi potenza è dato dalla lunghezza della parola di memoria: con n bit (=cardinalità del tipo base), 2 alla n possibili configurazioni binarie, ovvero 2 alla n possibili valori di una variabile di tipo SET. 24

25 TYPE S = 0.. 9; è il tipo base Ins = SET OF S; è il tipo SET VAR Ins1 : ins; In corrispondenza di: ins1 := [1, 4, 8, 9] in memoria ci sarà una stringa di 10 bit L insieme vuoto è rappresentato con tutti i bit a zero. Le operazioni sui SET sono implementate tramite operatori logici, shift e maschere. 25