LINUXSOFT.cz Přeskoč levou lištu
Uživatel: Heslo:  
   CZUKPL

> C/C++ (23) - Seznam

Ukážeme si, jak s pomocí strukturovaných typů implementovat jednoduchou datovou strukturu - jednosměrný lineární seznam. Data můžeme za chodu programu přidávat, vyhledávat i mazat, aniž bychom předem specifikovali maximální počet prvků, ten je omezen jen celkovým množstvím dostupné paměti.

6.7.2005 07:00 | Jan Němec | Články autora | přečteno 44092×

Jednosměrný seznam

Programátor občas potřebuje dynamickou datovou strukturu. Chlípný důstojník z minulého dílu si ukládá data o lidech, kteří pro něj mají nějaký význam. Pokud zná jednoho člověka, použije jednu proměnnou, na dva lidi proměnné dvě a na deset lidí nejspíš statické pole. Pokud se počet dozví po spuštění programu a nikoliv již v době překladu, problém vyřeší dynamickou alokací paměti. Skutečná aplikace však bude zřejmě ještě o něco komplikovanější, neboť důstojník bude lidi zadávat, vyhledávat a mazat, aniž by programu po spuštění sdělil, kolik nejvýš záznamů hodlá držet v paměti.

Jednoduchou datovou strukturou, která podobné operace zvládne je seznam. Ukládat do něj budeme čísla typu int, ale úplně stejně bychom postupovali v případě strukturovaných typů z příkladu s chlípným důstojníkem.

typedef struct seznam {
  int data;
  struct seznam *dalsi;
} SEZNAM;

Struktura seznam a jí odpovídající typ SEZNAM reprezentují jeden datový prvek v dynamické datové struktuře. Vlastní data jsou ve stejnojmenné proměnné typu int, položka dalsi je pouze režie datové struktury. Jedná se o ukazatel opět na strukturu typu seznam. Prázdnému seznamu odpovídá proměnná p, ukazatel na SEZNAM s hodnotou NULL, pokud obsahuje jedno číslo bude nenulový, ale v p->dalsi bude NULL. V případě dvou a víceprvkového seznamu ukazuje p->dalsi na druhý prvek, p->dalsi->dalsi na třetí atd. Celý řetízek je zakončen hodnotou NULL.

Všimněte si definice prvku dalsi ve struktuře. Hodil by se ukazatel na SEZNAM, to je ale dosud nedefinovaný typ, takže zde musíme použít strukturu seznam. Je to jediný případ, kdy ve vlastním kódu v C musíme použít jméno struktury a nevystačíme si se jménem typu.

Nejjednodušší operací je výpis celého seznamu.

void vypis(const SEZNAM *ps) {
  if (!ps) return;          /* Prázdný seznam.       */
  printf("%i\n", ps->data); /* Vypiš aktuální prvek  */
  vypis(ps->dalsi);         /* i celý zbytek seznamu */
}

Rekurzivní implementace funkce je asi nejjednodušší, ale efektivnější je se rekurzi vyhnout a vše vyřešit while cyklem.

void vypis(const SEZNAM *ps) {
  while (ps != NULL)  {       /* Dokud nejsme na konci, */
    printf("%i\n", ps->data); /* vypiš aktuální prvek   */
    ps = ps->dalsi;           /* a posuň se na další.   */
  }
}

Aby bylo co vypisovat, musíme nejprve prvky do seznamu přidat.

void pridej(SEZNAM **pps, int prvek) {
  SEZNAM *ps;

  ps = (SEZNAM *) malloc(sizeof(SEZNAM));
  if (!ps) {
    /* Tady bychom nějak ošetřili chybu alokace. */
    return;
  }
  ps->data = prvek;
  ps->dalsi = *pps;
  *pps = ps;
}

Přidání prvku si zaslouží komentář. Především při uvedené implementaci je seznam netříděný a umožňuje přidání duplicit. To nám umožní prostě naalokovat novou hlavu (1. prvek) seznamu a jako druhý prvek poslouží hlava původní. Celý seznam je reprezentován ukazatelem na první prvek a ten se přidáním změní, vstupně výstupní parametr pps proto musí být ukazatel na ukazatel na SEZNAM. Kdybychom (podobně jako v případě výpisu) zvolili jen ukazatel na SEZNAM, přiřazení v posledním řádku by ovlivnilo jen parametr funkce pps, ale nikoli původní proměnnou. Z kódu budeme přidání volat asi takhle:

SEZNAM *s;

s = NULL; /* Důležité, v opačném případě by nebyl seznam ukončen. */
pridej(&s, 1);
pridej(&s, 2);
pridej(&s, 3);

vypis(s);

Mírně komplikovanější je přidání do setříděného seznamu bez duplicit. Při běžné implementaci procházíme seznam while cyklem a postupně porovnáváme zadávaný prvek s daty ze seznamu. Dojde-li k rovnosti, operace skončí s chybou, v opačném případě seznam na příslušném místě rozpojíme a vložíme přidávaný prvek.

Operace mazání se přidání do setříděného seznamu podobá. V našem případě smažeme první prvek s požadovanou hodnotou.

void mazej(SEZNAM **pps, int prvek) {
  SEZNAM *ps, *ps2;

  ps = *pps;
  if (!ps) {
    /* Prázdný seznam. */
    return;
  }
  if (ps->data == prvek) {
    /* Mazání hlavy je speciální. */
    *pps = ps->dalsi;
    free(ps);
    return;
  }
  ps2 = ps->dalsi;
  while (ps2 != NULL) {
    if (ps2->data == prvek) {
      /* Mazání prvku. */
      ps->dalsi = ps2->dalsi;
      free(ps2);
      return;
    }
    /* Posun */
    ps = ps2;
    ps2 = ps->dalsi;
  }
}

Je vidět, že mazání je nejobtížnější operací. I v tak jednoduché struktuře, jakou je lineární seznam je třeba trocha obezřetnosti, musíme pamatovat také na zvláštní případy, jakými jsou pokus o mazání v prázdném seznamu a mazání hlavy.

Po ukončení práce se seznamem je třeba jej smazat a uvolnit paměť. Mohli bychom volat funkci mazej, dokud je seznam neprázdný, ale to by bylo neefektivní. Lepší je napsat speciální funkci.

void mazejvse(SEZNAM **pps) {
  SEZNAM *ps;

  ps = *pps;
  while (ps) {
    *pps = ps->dalsi;
    free(ps);
    ps = *pps;
  }
}

I v tomto případě jsme potřebovali jednu pomocnou proměnnou. Zjednodušené řešení

while (ps) {
  free(ps);
  ps = ps->dalsi; /* Přístup do uvolněné paměti. Chyba. */
}

není správné, neboť jsme přistupovali do dealokované paměti. Chyba je to nebezpečná, neboť se na konkrétních platformách nemusí projevit, případně se projeví jen někdy v závislosti na nepředvídatelných okolnostech.

Funkční zdrojový kód seznamu z dnešního dílu si můžete stáhnou zabalený jako c23.tar.gz.

Lze vymyslet ještě celou řadu operací: vyhledávání prvku, třídění, odstranění duplicit a podobně. V praktických případech často neukládáme do seznamu jen čísla nebo jen nějaký uživatelský typ, ale obojí. Jeden záznam v seznamu pak kromě ukazatele na dalších prvek a vlastních dat obsahuje jednoznačný identifikátor (klíč) záznamu. Může se jednat třeba deskriptor otevřeného souboru, rodné číslo osoby a podobně. V seznamu pak většinou vyhledáváme právě podle tohoto klíče.

Seznamy jsou pro větší objemy dat neefektivní. Složitost mazání i vyhledávání je v průměrném i nejhorším případě lineární, při n záznamech v seznamu musíme projít n/2 v průměrném a n záznamů v nejhorším případě pro každou operaci. Ve skutečných aplikacích, které intenzivně pracující s větším množstvím dat, se proto používají jiné datové struktury. Jednou z možností jsou binární stromy. Zde má každý prvek hned dva následníky (místo jednoho ukazatele dalsi v případě našeho seznamu), levý a pravý, hlavě se v případě stromů říká kořen. Klíč v levém následníku je vždy menší a v pravém větší než rodičovském záznamu. Vyhledávání, přidávání i mazání má potom jen logaritmickou časovou složitost, ovšem algoritmy jednotlivých operací jsou složitější než v případě seznamu, zájemce proto odkazuji například na wikipedii.

Pokračování příště

V příštím dílu probereme operace se soubory.

Verze pro tisk

pridej.cz

 

DISKUZE

ladění 7.7.2005 15:01 losa
  L Re: ladění 7.7.2005 15:14 Jan Němec




Příspívat do diskuze mohou pouze registrovaní uživatelé.
> Vyhledávání software
> Vyhledávání článků

1.12.2016 22:13 /František Kučera
Máš rád svobodný software a hardware nebo se o nich chceš něco dozvědět? Přijď na sraz spolku OpenAlt, který se bude konat ve čtvrtek 8. prosince od 18:00 v Radegastovně Perón (Stroupežnického 20, Praha 5). Sraz bude tentokrát tématický. Bude retro! K vidění budou přístroje jako Psion 5mx nebo Palm Z22. Ze svobodného hardwaru pak Openmoko nebo čtečka WikiReader. Přijďte se i vy pochlubit svými legendami, nebo alespoň na pivo. Moderní hardware má vstup samozřejmě také povolen.
Komentářů: 1

4.9.2016 20:13 /Pavel `Goldenfish' Kysilka
PR: Dne 22.9.2016 proběhne v Praze konference Cloud computing v praxi. Tématy bude např. nejnovější trendy v oblasti cloudu a cloudových řešení, provozování ERP v cloudu, o hostování různých typů softwaru, ale třeba i o zálohování dat nabízeném podnikům formou služby.
Přidat komentář

1.9.2016 11:27 /Honza Javorek
Česká konference o Pythonu, PyCon CZ, stále hledá přednášející skrz dobrovolné přihlášky. Máte-li zajímavé téma, neváhejte a zkuste jej přihlásit, uzávěrka je již 12. září. Konference letos přijímá i přednášky v češtině a nabízí pomoc s přípravou začínajícím speakerům. Řečníci mají navíc vstup zadarmo! Více na webu.
Přidat komentář

27.8.2016 8:55 /Delujek
Dnes po 4 letech komunitního vývoje vyšla diaspora 0.6.0.0
diaspora* je open-source, distribuovaná sociální síť s důrazem na soukromý
Více v oficiálním blog-postu
Přidat komentář

24.8.2016 6:44 /Ondřej Čečák
Poslední týden CFP LinuxDays 2016; pokud byste rádi přednášeli na LinuxDays 2016 8. a 9. října v Praze, můžete svůj příspěvek přihlásit, následovat bude veřejné hlasování.
Přidat komentář

9.8.2016 22:56 /Petr Ježek
Zařazení souborového systému reiser4 do jádra 4.7 znamená konečně konec patchování jádra jen kvůli možnosti použít reiser4.
Přidat komentář

12.7.2016 13:14 /František Kučera
Spolek OpenAlt zve na 130. distribuovaný sraz příznivců svobodného softwaru a otevřených technologií (hardware, 3D tisk, SDR, DIY, makers…), který se bude konat ve čtvrtek 21. července od 18:00 v Radegastovně Perón (Stroupežnického 20, Praha 5).
Přidat komentář

11.7.2016 16:53 /Redakce Linuxsoft.cz
Konference LinuxDays hledá přednášející. Přihlášky poběží do konce prázdnin, v září bude hlasování a program. Více na https://www.linuxdays.cz/2016/cfp/.
Přidat komentář

   Více ...   Přidat zprávičku

> Poslední diskuze

4.12.2016 22:54 / František Kučera
Dárek

9.11.2016 7:42 / Mane
hardwood floor waxing

8.11.2016 13:38 / Mira
Konfigurace maldet na Centos serveru

2.11.2016 11:06 / Warlock
Odkaz v PHP

20.10.2016 0:13 / Jan Kuba
Re: Basic

Více ...

ISSN 1801-3805 | Provozovatel: Pavel Kysilka, IČ: 72868490 (2003-2016) | mail at linuxsoft dot cz | Design: www.megadesign.cz | Textová verze