Liste concatenate e allocazione dinamica

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1 Liste concatenate e allocazione dinamica Laboratorio di Programmazione I Corso di Laurea in Informatica A.A. 2017/2018

2 Calendario delle lezioni Ogni lezione consta di una spiegazione assistita da slide, e seguita da esercizi in classe Lezione 1 (19-20/09/2017) - Introduzione all ambiente Linux Lezione 2 (26-27/09/2017) - Introduzione al C Lezione 3 (3-4/10/2017) - Tipi primitivi e costrutti condizionali Lezione 4 (10-11/10/2017) - Costrutti iterativi ed array Lezione 5 (17-18/10/2017) - Funzioni, stack e visibilità variabili Lezione 6 (24-25/10/2017) - Puntatori e Aritmetica dei puntatori Lezione 7 (7-8/11/2017) - Tipi di dati utente Lezione 8 (14-15/11/2017) - Liste concatenate e librerie. Lezione 9 (21-22/11/2017) - Debugging Lezione 10 (28-29/11/2017) - Ricorsione Lezione 11 (5-6/12/2017) - Esercizi su Liste Lezione 12 (12-13/12/2017) - Simulazione prova pratica

3 Sommario 1 Liste concatenate e allocazione dinamica

4 Outline Liste concatenate e allocazione dinamica 1 Liste concatenate e allocazione dinamica

5 Liste Concatenate Fin ora abbiamo visto come gli array ci permettano di rappresentare sequenze di elementi dello stesso tipo. Esempi: array di interi, array di caratteri, ma anche array di struct.

6 Liste Concatenate Fin ora abbiamo visto come gli array ci permettano di rappresentare sequenze di elementi dello stesso tipo. Esempi: array di interi, array di caratteri, ma anche array di struct. Hanno dei vantaggi (accesso diretto, ossia tramite indice, e allocazione contigua in memoria) ma anche degli svantaggi:

7 Liste Concatenate Fin ora abbiamo visto come gli array ci permettano di rappresentare sequenze di elementi dello stesso tipo. Esempi: array di interi, array di caratteri, ma anche array di struct. Hanno dei vantaggi (accesso diretto, ossia tramite indice, e allocazione contigua in memoria) ma anche degli svantaggi: hanno una dimensione fissata;

8 Liste Concatenate Fin ora abbiamo visto come gli array ci permettano di rappresentare sequenze di elementi dello stesso tipo. Esempi: array di interi, array di caratteri, ma anche array di struct. Hanno dei vantaggi (accesso diretto, ossia tramite indice, e allocazione contigua in memoria) ma anche degli svantaggi: hanno una dimensione fissata; inserire/eliminare un elemento all interno di un array può essere un operazione costosa:

9 Liste Concatenate Fin ora abbiamo visto come gli array ci permettano di rappresentare sequenze di elementi dello stesso tipo. Esempi: array di interi, array di caratteri, ma anche array di struct. Hanno dei vantaggi (accesso diretto, ossia tramite indice, e allocazione contigua in memoria) ma anche degli svantaggi: hanno una dimensione fissata; inserire/eliminare un elemento all interno di un array può essere un operazione costosa:

10 Liste Concatenate Fin ora abbiamo visto come gli array ci permettano di rappresentare sequenze di elementi dello stesso tipo. Esempi: array di interi, array di caratteri, ma anche array di struct. Hanno dei vantaggi (accesso diretto, ossia tramite indice, e allocazione contigua in memoria) ma anche degli svantaggi: hanno una dimensione fissata; inserire/eliminare un elemento all interno di un array può essere un operazione costosa:

11 Liste Concatenate Fin ora abbiamo visto come gli array ci permettano di rappresentare sequenze di elementi dello stesso tipo. Esempi: array di interi, array di caratteri, ma anche array di struct. Hanno dei vantaggi (accesso diretto, ossia tramite indice, e allocazione contigua in memoria) ma anche degli svantaggi: hanno una dimensione fissata; inserire/eliminare un elemento all interno di un array può essere un operazione costosa:

12 Liste Concatenate Una lista concatenata (linked list) è una sequenza di nodi, ciascuno dei quali memorizza un dato e contiene un riferimento (puntatore) al nodo successivo. Sono strutture dinamiche: possiamo gestirle facilmente in maniera tale che crescano/decrescano in accordo alla quantità di dati che vogliamo memorizzare; in particolare per aggiungere o cancellare nodi in una qualunque posizione basta aggiustare i riferimenti all interno della lista, senza toccare gli elementi non coinvolti.

13 Modello di memoria - Liste concatenate Array:

14 Modello di memoria - Liste concatenate Array: Strutture di interi:

15 Modello di memoria Lista concatenata:

16 Modello di memoria Lista concatenata: Rappresentazione semplificata della lista concatenata: testa Da ora in poi useremo questa rappresentazione!

17 Inserzione/Cancellazione Inserzione:

18 Inserzione/Cancellazione Inserzione:

19 Inserzione/Cancellazione Inserzione: Rimozione:

20 Rappresentazione in C In C le liste vengono realizzate mediante struct. Andiamo a definire il generico nodo: s t r u c t elemento { / / dato i n t i n f o ; / / puntatore a l prossimo elemento s t r u c t elemento next ; } ;

21 Rappresentazione in C In C le liste vengono realizzate mediante struct. Andiamo a definire il generico nodo: s t r u c t elemento { / / dato i n t i n f o ; / / puntatore a l prossimo elemento s t r u c t elemento next ; } ; typedef s t r u c t elemento ElementoDiLista ;

22 Rappresentazione in C In C le liste vengono realizzate mediante struct. Andiamo a definire il generico nodo: s t r u c t elemento { / / dato i n t i n f o ; / / puntatore a l prossimo elemento s t r u c t elemento next ; } ; typedef s t r u c t elemento ElementoDiLista ; typedef ElementoDiLista L i s t a D i E l e m e n t i ; l ultimo elemento della lista non ha successore e quindi il suo campo next sarà uguale a NULL;

23 Rappresentazione in C In C le liste vengono realizzate mediante struct. Andiamo a definire il generico nodo: s t r u c t elemento { / / dato i n t i n f o ; / / puntatore a l prossimo elemento s t r u c t elemento next ; } ; typedef s t r u c t elemento ElementoDiLista ; typedef ElementoDiLista L i s t a D i E l e m e n t i ; l ultimo elemento della lista non ha successore e quindi il suo campo next sarà uguale a NULL; l inizio della lista è individuato da una variabile puntatore chiamata head (tipo ListaDiElementi) che punta al primo elemento della lista. L accesso alla lista avviene attraverso il puntatore al primo elemento.

24 Sommario Liste concatenate e allocazione dinamica 1 Liste concatenate e allocazione dinamica

25 Perchè usare l allocazione dinamica Ma con quello che sappiamo adesso per creare una lista di 3 elementi devo dichiarare 3 variabili di tipo ElementoDiLista: ElementoDiLista el1, el2, el3 ;

26 Perchè usare l allocazione dinamica Ma con quello che sappiamo adesso per creare una lista di 3 elementi devo dichiarare 3 variabili di tipo ElementoDiLista: ElementoDiLista el1, el2, el3 ; Il numero degli elementi della lista deve essere deciso a tempo di compilazione.

27 Perchè usare l allocazione dinamica Ma con quello che sappiamo adesso per creare una lista di 3 elementi devo dichiarare 3 variabili di tipo ElementoDiLista: ElementoDiLista el1, el2, el3 ; Il numero degli elementi della lista deve essere deciso a tempo di compilazione. Non è possibile, per esempio, creare una lista con un numero di elementi letti in ingresso. Ma allora qual è il vantaggio rispetto all array?

28 Perchè usare l allocazione dinamica Ma con quello che sappiamo adesso per creare una lista di 3 elementi devo dichiarare 3 variabili di tipo ElementoDiLista: ElementoDiLista el1, el2, el3 ; Il numero degli elementi della lista deve essere deciso a tempo di compilazione. Non è possibile, per esempio, creare una lista con un numero di elementi letti in ingresso. Ma allora qual è il vantaggio rispetto all array? Quello che abbiamo visto non è l unico modo....

29 Primitive Liste concatenate e allocazione dinamica Il C mette a disposizione delle primitive per la gestione dinamica della memoria Incluse in stdlib.h Primitive per allocare dinamicamente memoria malloc, calloc, realloc (in questo corso vedremo solo la malloc) free - primitiva di deallocazione della memoria

30 Primitive - malloc void * malloc(size_t size)

31 Primitive - malloc void * malloc(size_t size) Alloca size bytes di memoria size_t è semplicemente un tipo intero senza segno

32 Primitive - malloc void * malloc(size_t size) Alloca size bytes di memoria size_t è semplicemente un tipo intero senza segno Restituisce un puntatore all inizio dell area di memoria allocata void* definisce un puntatore ad un tipo generico che puó essere castato implicitamente od esplicitamente a qualsisi tipo puntatore Se l allocazione di memoria fallisce, malloc restituisce NULL

33 Heap Ricordiamo come vede la memoria un programma C in esecuzione stack Heap Dati globali Variabili globali la dimensione di quest'area è fissata a tempo di compilazione e non si può espandere a run time (esecuzione) Text

34 Allocazione dinamica: malloc Come si usa tipicamente: ListaDiElementi head; head 0xFF00 head= malloc (sizeof(elementolista)); head->info=12; head->next=null; stack? Primo indirizzo disponibile Contiene la memoria allocata Dinamicamente fino ad ora 0xAA00 Heap

35 Allocazione dinamica: malloc Come si usa tipicamente: ListaDiInteri head; head 0xFF00 head=malloc (sizeof(elementodilista));) head->info=12; head->next=null; 0xAB00 stack? Primo indirizzo disponibile Dopo l'allocazione 0xAA00 Heap

36 Allocazione dinamica: malloc Situazione di partenza: ListaDiInteri head; stack head 0xFF00 0xAA00 head= malloc (sizeof(elementodilista)); head->info=12; head->next=null; Primo indirizzo disponibile Per l'allocazione 0xAB00 0xAA00 Heap

37 Allocazione dinamica: malloc Situazione di partenza: stack ListaDiElementi head; head 0xFF00 0xAA00 head= malloc(sizeof(elementodilista)); head->info=12; head->next=null; Primo indirizzo disponibile Per l'allocazione 0xAB00 0xAA00 NULL 12 Heap

38 Primitive - free In C, la gestione dello heap è lasciata al programmatore Lo spazio allocato sullo heap non viene deallocato all uscita delle funzioni La deallocazione deve essere gestita esplicitamente

39 Primitive - free In C, la gestione dello heap è lasciata al programmatore Lo spazio allocato sullo heap non viene deallocato all uscita delle funzioni La deallocazione deve essere gestita esplicitamente void free(void *ptr)

40 Primitive - free In C, la gestione dello heap è lasciata al programmatore Lo spazio allocato sullo heap non viene deallocato all uscita delle funzioni La deallocazione deve essere gestita esplicitamente void free(void *ptr) Dealloca lo spazio puntato da ptr ed allocato usando malloc L i s t a D i E l e m e n t i head ; head =( L i s t a D i E l e m e n t i ) malloc ( s i z e o f ( ElementoDiLista ) ) ;... f r e e ( head ) ;

41 Allocazione dinamica: free Situazione di partenza: ListaDiElementi head; head=malloc(sizeof(elementodilista)); head->info=12; head->next=null;... free(head); head 0xFF00 0xAB00 Primo indirizzo disponibile Per l'allocazione 0xAA00 stack 0xAA00 NULL 12 Heap

42 Allocazione dinamica: free Situazione di partenza: ListaDiElementi head; stack head 0xFF00 head= malloc (sizeof(elementodilista)); 0xAA00 head->info=12; head->next=null... free(head); Primo indirizzo disponibile per l'allocazione 0xAB00 0xAA00 NULL 12 Heap

43 Allocazione dinamica: free Situazione di partenza: ListaDiElementi head; head=malloc(sizeof(elementodilista)); head->info=12; head->next=null... free(head); head Notate che il puntatore head non viene modificato, contiene ancora l'indirizzo e può essere usato! Il risultato però di tale accesso è indeterminato... 0xFF00 0xAB00 0xAA00 stack 0xAA00 NULL 12 Heap

44 Liste concatenate - codice Esempio: creazione di una lista con tre elementi {5, 1, 20}: L i s t a D i E l e m e n t i head ; L i s t a D i E l e m e n t i el1, el2, el3 ; el1= ( L i s t a D i E l e m e n t i ) malloc ( s i z e o f ( ElementoDiLista ) ) ; el2= ( L i s t a D i E l e m e n t i ) malloc ( s i z e o f ( ElementoDiLista ) ) ; el3= malloc ( s i z e o f ( ElementoDiLista ) ) ;

45 Liste concatenate - codice Esempio: creazione di una lista con tre elementi {5, 1, 20}:

46 Liste concatenate - codice Esempio: creazione di una lista con tre elementi {5, 1, 20}:

47 Liste concatenate - codice Esempio: creazione di una lista con tre elementi {5, 1, 20}:

48 Array vs. Liste Liste concatenate e allocazione dinamica Anche le liste hanno i propri vantaggi e svantaggi: + inserzione e rimozione molto piu semplice che negli array (non c e bisogno di riorganizzare tutta la struttura); + sono strutture dinamiche, possiamo crescere e decrescere facilmente durante l esecuzione del programma.

49 Array vs. Liste Liste concatenate e allocazione dinamica Anche le liste hanno i propri vantaggi e svantaggi: + inserzione e rimozione molto piu semplice che negli array (non c e bisogno di riorganizzare tutta la struttura); + sono strutture dinamiche, possiamo crescere e decrescere facilmente durante l esecuzione del programma. - sono una sequenza di dati, quindi per arrivare ad un particolare nodo (es. l ultimo) e necessario percorrere tutta la lista; - non sono memorizzate in maniera contigua in memoria (piu tempo per passare da un elemento all altro)

50 Array vs. Liste Liste concatenate e allocazione dinamica Anche le liste hanno i propri vantaggi e svantaggi: + inserzione e rimozione molto piu semplice che negli array (non c e bisogno di riorganizzare tutta la struttura); + sono strutture dinamiche, possiamo crescere e decrescere facilmente durante l esecuzione del programma. - sono una sequenza di dati, quindi per arrivare ad un particolare nodo (es. l ultimo) e necessario percorrere tutta la lista; - non sono memorizzate in maniera contigua in memoria (piu tempo per passare da un elemento all altro) Da questo punto di vista array e liste si complementano