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 45589×

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

15.5.2017 23:50 /František Kučera
Máš rád svobodný software a hardware nebo se o nich chceš něco dozvědět? Zajímá tě DIY, CNC, SDR nebo morseovka? Přijď na sraz spolku OpenAlt, který se bude konat ve čtvrtek 18. května od 18:00 v Radegastovně Perón (Stroupežnického 20, Praha 5).
Přidat komentář

12.5.2017 16:42 /Honza Javorek
PyCon CZ, česká konference o programovacím jazyce Python, se po dvou úspěšných ročnících v Brně bude letos konat v Praze, a to 8. až 10. června. Na konferenci letos zavítá např. i Armin Ronacher, známý především jako autor frameworku Flask, šablon Jinja2/Twig, a dalších projektů. Těšit se můžete na přednášky o datové analytice, tvorbě webu, testování, tvorbě API, učení a mentorování programování, přednášky o rozvoji komunity, o použití Pythonu ve vědě nebo k ovládání nejrůznějších zařízení (MicroPython). Na vlastní prsty si můžete na workshopech vyzkoušet postavit Pythonem ovládaného robota, naučit se učit šestileté děti programovat, efektivně testovat nebo si v Pythonu pohrát s kartografickým materiálem. Kupujte lístky, dokud jsou.
Přidat komentář

2.5.2017 9:20 /Eva Rázgová
Putovní konference československé Drupal komunity "DrupalCamp Československo" se tentokrát koná 27. 5.2017 na VUT FIT v Brně. Můžete načerpat a vyměnit si zkušenosti z oblasti Drupalu 7 a 8, UX, SEO, managementu týmového vývoje, využití Dockeru pro Drupal a dalších. Vítáni jsou nováčci i experti. Akci pořádají Slovenská Drupal Asociácia a česká Asociace pro Drupal. Registrace na webu .
Přidat komentář

1.5.2017 20:31 /Pavel `Goldenfish' Kysilka
PR: 25.5.2017 proběhne v Praze konference na téma Firemní informační systémy. Hlavními tématy jsou: Informační systémy s vlastní inteligencí, efektivní práce s dokumenty, mobilní přístup k datům nebo využívání cloudu.
Přidat komentář

15.4.2017 15:20 /František Kučera
Máš rád svobodný software a hardware nebo se o nich chceš něco dozvědět? Zajímá tě IoT a radiokomunikace? Přijď na sraz spolku OpenAlt, který se bude konat ve středu 19. dubna od 18:30 v Šenkovně (Sokolská 60, Praha 2).
Přidat komentář

5.3.2017 19:12 /Redakce Linuxsoft.cz
PR: 23. března proběhne v Praze konferenci na téma Cloud computing v praxi. Hlavními tématy jsou: Nejžhavější trendy v oblasti cloudu a cloudových řešení, Moderní cloudové služby, Infrastruktura současných cloudů, Efektivní využití cloudu, Nástrahy cloudových řešení a jak se jim vyhnout.
Přidat komentář

27.2.2017 22:12 /František Kučera
Pozvánka na 137. sraz OpenAlt – Praha: Tentokrát jsme si pro vás připravili neobvyklou akci. Ve středu 1.3. v 17:30 nás přivítá sdružení CZ.NIC ve svých prostorách v Milešovské ulici číslo 5 na Praze 3, kde si pro nás připravili krátkou prezentaci jejich činnosti. Následně navštívíme jejich datacentrum pod Žižkovskou věží. Provedou nás prostory, které jsou běžnému smrtelníkovi nedostupné!
Po ukončení prohlídky se všchni odebereme do hostince U vodoucha, Jagelonská 21, Praha 3 pochutnat si na některém z vybraných piv či dát si něco na zub. Rezervaci máme od 19:30, heslo je OpenAlt.
Ale pozor! Do prostor datového centra máme omezený přístup, dostane se tam pouze 10 lidí! Takže kdo přijde dříve, ten má přednost, a občanky s sebou! Kdo nebude chtít na prohlídku datového centra, může se pomalu přesunout do hostince U vodoucha a u nepřeberné nabídky piv počkat na ostatní.
Přidat komentář

18.1.2017 0:49 /František Kučera
Členové a příznivci spolku OpenAlt se pravidelně schází v Praze a Brně. Fotky z pražských srazů za uplynulý rok si můžete prohlédnout na stránkách spolku. Příští sraz se koná už 19. ledna – tentokrát je tématem ergonomie ovládání počítače – tzn. klávesnice, myši a další zařízení. Také budete mít příležitost si prohlédnout pražský hackerspace Brmlab.
Přidat komentář

   Více ...   Přidat zprávičku

> Poslední diskuze

1.8.2017 7:32 / Cassidy
structural consultants

30.7.2017 11:12 / Jaromir Obr
Národní znaky

27.7.2017 12:24 / Jaromir Obr
Cteni/zapis

26.7.2017 21:12 / Jaromir Obr
Podminka

15.6.2017 9:34 / Ondřej Havlas
php,

Více ...

ISSN 1801-3805 | Provozovatel: Pavel Kysilka, IČ: 72868490 (2003-2017) | mail at linuxsoft dot cz | Design: www.megadesign.cz | Textová verze