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 47159×

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

16.7.2018 1:05 /František Kučera

Červencový pražský sraz spolku OpenAlt se koná již tento čtvrtek – 19. 7. 2018 od 18:00 v Kavárně Ideál (Sázavská 30, Praha), kde máme rezervovaný salonek. Tentokrát bude přednáška na téma: automatizační nástroj Ansible, kterou si připravil Martin Vicián.


Přidat komentář

18.6.2018 0:43 /František Kučera
Červnový pražský sraz spolku OpenAlt se koná již tento čtvrtek – 21. 6. 2018 od 18:00 v Kavárně Ideál (Sázavská 30, Praha), kde máme rezervovaný salonek. Tentokrát na téma: F-Droid, aneb svobodný software do vašeho mobilu. Kromě toho budou k vidění i vývojové desky HiFive1 se svobodným/otevřeným čipem RISC-V.
Přidat komentář

23.5.2018 20:55 /Ondřej Čečák
Od pátku 25.5. proběhne na Fakultě informačních technologií ČVUT v Praze openSUSE Conference. Můžete se těšit na spostu zajímavých přednášek, workshopů a také na Release Party nového openSUSE leap 15.0. V na stejném místě proběhne v sobotu 26.5. i seminář o bezpečnosti CryptoFest.
Přidat komentář

20.5.2018 17:45 /Redakce Linuxsoft.cz
Ve čtvrtek 31. května 2018 připravuje webový magazín BusinessIT ve spolupráci s Best Online Média s.r.o. pátý ročník odborné konference Firemní informační systémy 2018. Akce proběhne v kongresovém centru Vavruška (palác Charitas), Karlovo náměstí 5, Praha 2 (u metra Karlovo náměstí) od 9:00 hod. dopoledne do cca 15 hod. odpoledne. Konference je zaměřena na efektivní využití firemních informačních systémů a na to, jak plně využít jejich potenciál. Podrobnější informace na webových stránkách konfrence.
Přidat komentář

14.5.2018 7:28 /František Kučera
Květnový pražský sraz spolku OpenAlt se koná již tento čtvrtek – 17. 5. 2018 od 18:00 v Kavárně Ideál (Sázavská 30, Praha), kde máme rezervovaný salonek. Tentokrát na téma: Audio – zvuk v GNU/Linuxu.
Přidat komentář

7.5.2018 16:20 /František Kučera
Na stránkách spolku OpenAlt vyšla fotoreportáž Pražské srazy 2017 dokumentující srazy za uplynulý rok. Květnový pražský sraz na téma audio se bude konat 17. 5. 2018 (místo a čas ještě upřesníme).
Přidat komentář

17.4.2018 0:46 /František Kučera
Dubnový pražský sraz spolku OpenAlt se koná již tento čtvrtek – 19. 4. 2018 od 18:00 v Kavárně Ideál (Sázavská 30, Praha), kde máme rezervovaný salonek. Tématem tohoto srazu bude OpenStreetMap (OSM) aneb svobodné mapy.
Přidat komentář

16.3.2018 22:01 /František Kučera
Kulatý OpenAlt sraz v Praze oslavíme klasicky: u limonády a piva! Přijďte si posedět, dát si dobré jídlo a vybrat z mnoha piv do restaurace Kulový blesk, který najdete v centru Prahy nedaleko metra I. P. Pavlova na adrese Sokolská 13, Praha 2. Sraz se koná ve čtvrtek 22. března a začínáme v 18:00. Heslo: OpenAlt. Vezměte s sebou svoje hračky! Uvítáme, když si s sebou na sraz vezmete svoje oblíbené hračky. Jestli máte nějaký drobný projekt postavený na Arduinu, nějakou zajímavou elektronickou součástku, či třeba i pěkný úlovek z crowdfundingové akce, neváhejte. Oslníte ostatní a o zábavu bude postaráno.
Přidat komentář

   Více ...   Přidat zprávičku

> Poslední diskuze

20.2.2018 18:48 / Ivan Majer
portal

20.2.2018 15:57 / Jan Havel
Jak využíváte služby cloudu v podnikání?

16.1.2018 1:08 / Ivan Pittner
verejna ip od o2 ubuntu

15.1.2018 17:26 / Mira Harvalik
Re: Jak udělat HTML/Javascript swiping gallery do mobilu?

30.12.2017 20:16 / Michal Knoll
odmocnina

Více ...

ISSN 1801-3805 | Provozovatel: Pavel Kysilka, IČ: 72868490 (2003-2018) | mail at linuxsoft dot cz | Design: www.megadesign.cz | Textová verze