Fondamenti di Informatica IIIngegneria Informatica / Automatica (A-I)

Meccanica

Prof. M.T. PAZIENZAa.a. 2002-2003 – 3° ciclo

ListeUna lista è una struttura dati ricorsiva (formata da elementi

dello stesso tipo e collegati insieme) la cui lunghezza può variare dinamicamente.

I suoi elementi so no variabili dinamiche che vengono creati e/o distrutti a tempo di esecuzione producendo una struttura dati che cresce o diminuisce a seconda delle esigenze del programma in esecuzione.

E’ possibile implementare liste tramite array, ma ciò può avvenire solo quando si conoscono esattamente le dimensioni della lista.

Liste

Ogni elemento di una lista è definito come una struttura costituita da uno o più campi dati e da un campo puntatore contenente l’indirizzo dell’elemento successivo.

struct elem{ int info; elem * succ;};

Strutture concatenateUna struttura é detta concatenata quando é costituita, oltre che dai suoi normali membri, anche da uno o più membri aggiuntivi, dichiarati come puntatori alla struttura stessa. struct rec

{int info; rec*next; };

La definizione di una struttura concatenata é di solito accompagnata da un certo numero di funzioni, che hanno il compito di gestirla, cioè eseguire le operazioni di inserimento, di eliminazione e di ricerca di oggetti.

Liste

Ogni lista è definita da una variabile puntatore che punta al primo elemento della lista.

Nel caso di assenza di elementi (lista vuota) tale variabile puntatore assume valore NULL.

In una lista il campo puntatore dell’ultimo elemento assume sempre valore NULL.

Liste

0Dati

Puntatore alla lista

Puntatore al sucessivo

Ultimo elemento

DatiDati

struct rec { int info; rec* next;};

lis lis-> info lis->next

Tipi di Lista

Lista circolare (l’ultimo puntatore non ha valore NULL, ma punta al primo nodo)

Lista doppia (può essere visitata nei due sensi -> presenza di due puntatori per nodo)

Lista doppia circolare (il puntatore all’elemento successivo dell’ultimo nodo punta al primo elemento della lista e il puntatore all’elemento precedente del primo punta all’ultimo elemento della lista)

Allocazione dinamica di liste

L’allocazione dinamica della memoria si presta alla gestione di liste di oggetti, quando il loro numero non é definito a priori.

Queste liste possono aumentare e diminuire di dimensioni dinamicamente in base al flusso del programma, e quindi devono essere gestite in un modo più efficiente dell’allocazione di memoria permanente sotto forma di array

Liste concatenate

Una lista concatenata (linked list) é un insieme di oggetti, caratterizzati dal fatto di essere istanze di una struttura concatenata. In ogni oggetto, i membri puntatori alla struttura contengono l’indirizzo di altri oggetti della lista, creando così un “legame” fra gli oggetti e rendendo la stessa lista “percorribile”, anche se gli oggetti non sono allocati consecutivamente in memoria. Se la struttura possiede un solo membro puntatore a se stessa, la lista é detta single-linked, se ne possiede due, é detta double-linked.

Inserimento in testa

0

dato

0

dato

0

dato

tempprec* tempp= new rec;

tempp->info = dato;

tempp->next = lis;

lis = tempp;

lis

tempp

lis

tempp

lis

Estrazione dalla testa

rec* tempp= lis;

lis = lis->next;

tempp->next = NULL;

tempp

lis

tempp

lis

0

tempp

lis

Operazioni su liste

• Creazione della lista (vuota e successivi inserimenti)• Lettura di una lista• Stampa di una lista• Cancellazione di una lista

• Inserimento in lista• Estrazione da lista

Creazione della listaPer creare una lista, basta definirla, ovvero è sufficiente

creare il modo di riferirsi ad essa. L’unica cosa che esiste sempre della lista è la sua testa (o radice) ossia il puntatore al suo primo elemento.

Questa è l’unica componente allocata staticamente ed è inizializzata a NULL poiché all’inizio non punta a niente in quanto non ci sono elementi.

Es.:

rec* lis=NULL;

Puntatore alla lista

lis NULL

Creazione di un nuovo nodoLa creazione di un nuovo nodo (in qualunque fase dell’esistenza di una lista) avviene creando una nuova istanza della struttura tramite allocazione dinamica, utilizzando di solito un puntatore d’appoggio (tempp)

Es.:

rec* tempp = new rec;

tempp

info next

Assegnazione di valori ai campi datiL’assegnazione di valori ai campi dati si ottiene dereferenziando il puntatore al nodo e accedendo ai singoli dati, ovvero utilizzando direttamente l’operatore ->

Es.:

tempp->info=7;

tempp

info next

7

rec* LeggiListaR() { int val; cin >> val; if (val == 0) return NULL; else { rec* l = new rec; l->info = val; l->next = LeggiListaR(); return l; }}

Lettura listaversione ricorsiva

Nodo lista

Lettura di una listarec* LeggiListaI() { int val; cin >> val; if (val == 0) return NULL; else { rec* l = new rec; l->info = val; rec* ll = l; cin >> val; while (val != 0) { ll->next = new rec; ll = ll->next; ll->info = val; cin >> val; } ll->next = NULL; return l; }}

Lettura listaversione iterativa

void StampaListaR(rec* l){ if (l ==NULL) cout << endl; else { cout << l->info << ' '; StampaListaR(l->next); }}

Stampa listaversione ricorsiva

Nodo lista

Stampa di una listavoid StampaListaI(rec* l){ while (l != NULL) { cout << l->info << ' '; l = l->next; } cout << endl;}

Stampa listaversione iterativa

void CancellaListaR(rec*& l){ if (l != NULL) { CancellaListaR(l->next); delete l; l = NULL; }}

Cancellazione listaversione ricorsiva

Nodo lista

Cancellazione di una listavoid CancellaListaI(rec*& l){ while (l != NULL) { rec* ll = l; l = l->next; delete ll; } l = NULL;}

Cancellazione listaversione iterativa

#include <iostream.h>struct rec { int info; rec* next;};void main(){ rec* lis; lis = LeggiListaR(); StampaListaR(lis); CancellaListaR(lis); lis = LeggiListaI(); StampaListaI(lis); CancellaListaI(lis);}

Programma Chiamante

Esempio

Inserimento in lista

Le operazioni di inserimento di un elemento (ed analogamente quelle di cancellazione) possono avvenire secondo diverse modalità, (ovvero in diverse posizioni della lista) assumendo di volta in volta caratteristiche specifiche.

Inserimento di un nuovo elemento

In ogni caso l’inserimento di un nuovo elemento nella lista prevede sempre i seguenti passi:

1) Creazione di un nuovo nodo (allocazione dinamica)

2) Assegnazione di valori ai campi dati

3) Collegamento del nuovo elemento alla lista esistente

• aggiornamento del campo puntatore del nodo

• aggiornamento dei puntatori della lista

Queste due ultime operazioni caratterizzeranno la tipologia dell’ inserimento

Creazione di un nuovo nodoLa creazione di un nuovo nodo (in qualunque fase dell’esistenza di una lista) avviene creando una nuova istanza della struttura tramite allocazione dinamica, utilizzando di solito un puntatore d’appoggio (tempp)

Es.:

rec* tempp = new rec;

tempp

info next

Assegnazione di valori ai campi datiL’assegnazione di valori ai campi dati si ottiene dereferenziando il puntatore al nodo e accedendo ai singoli dati, ovvero utilizzando direttamente l’operatore ->

Es.:

tempp->info=7;

tempp

info next

7

Inserimento in testaIl caso più semplice è costituito dall’ inserimento in testa, in quanto si dispone di un riferimento esplicito a questa (il puntatore alla lista lis).

• Il campo next del nuovo nodo punterà allo stesso valore di lis

• lis punterà al nuovo nodo

tempp->next=lis;

lis=tempp;NB. Funziona anche se la lista è vuota!

Inserimento in testa

0

dato

0

dato

dato

tempp

tempp->next = lis;

lis = tempp;

lis

tempp

lis

tempp

lis 0

0

dato

0dato

0dato

tempp

lis

lis

lis

0

tempp

tempp

Inserimento in codaL’inserimento in coda è più complesso, in quanto non abbiamo un puntatore esplicito all’ultimo elemento, ma dobbiamo prima scorrere la lista per cercarlo. Supponiamo di averlo trovato e che sia il puntatore p:

Il campo next del nuovo nodo punterà a NULL (in quanto è l’ultimo)

Il campo next dell’ex ultimo nodo punterà al nuovo nodo

Es.:

tempp->next=NULL;

p->next=tempp;La lista vuota va gestita come un caso particolare!

Ricerca dell’ultimo elementoPer cercare l’ultimo elemento, possiamo scorrere la lista tramite un puntatore ausiliario p, inizializzato a lis.

Es:

rec* p= lis;

while (p->next != NULL) p=p->next;

Dove è l’errore ??

Ricerca dell’ultimo elementoLa condizione (p->next != NULL) nel caso la lista sia vuota conduce ad un errore fatale in quanto si sta dereferenziando un puntatore nullo.

Questo è un tipico errore che si fa nella gestione delle strutture dinamiche!!!

0lis 0lis

p

p->next

0p

p->next = ??

Ricerca dell’ultimo elementoLa procedura corretta è:

rec* p= lis;

while (p!=NULL && p->next != NULL) p=p->next;

0lis 0lis

p

p->next

0p

Inserimento in coda

0lis 0lis

p 0p

0datotempp 0datotempp

lis

p

0datotempp

lis

0p

0datotempp

tempp->next = p; (o NULL)

p->next = tempp; lis = tempp;

Inserimento in una posizione specifica

L’inserimento in una posizione specifica richiede preventivamente l’individuazione di tale posizione all’interno della lista e dipende dalla condizione che si vuole verificare, per cui dobbiamo prima scorrere la lista per determinarla.

Vediamo ad esempio come comportarsi per inserire i valori in ordine crescente.

Inserimento ordinato dei valori

Nel caso di inserimento in ordine crescente, la lista risultante deve rimanere in ogni momento ordinata.

Pertanto, all’inserimento di un nuovo valore, si dovrà scorrere la lista fino alla posizione corretta per l’inserimento (fin quando cioè il campo info dei nodi esistenti risulta minore del dato da inserire).

Ricerca di un elemento qualsiasi

La condizione più sicura da utilizzare in una ricerca è riferirsi direttamente al puntatore all’elemento nella condizione di scorrimento. In tal modo però si sorpassa l’elemento cercato. Per questo nella ricerca della posizione di inserimento si usano di solito due puntatori, p e q, che puntano rispettivamente all’elemento precedente e al successivo.

Es:rec* q= lis; rec* p= lis;while (q != NULL && q->info < tempp->dato) {p=q; q=q->next;}

Ricerca di una posizione specificarec* q= lis; rec* p= lis;

while (q != NULL && q->info < tempp->dato) {p=q; q=q->next;}

2lis

p

q

7tempp 8 0 10

2

0

5 0 6lis

p

q

Casi particolarirec* q= lis; rec* p= lis;

while (q != NULL && q->info < tempp->dato) {p=q; q=q->next;}

8lis

p

q

7tempp 9 0 10

0

0

0

lis

p

q

Se q==lis allora p non contiene l’elemento precedente

Inserimento ordinato dei valori

Quindi nel caso generale:

tempp-> next = q;p->next = tempp;

ma se q==lis (inserimento in testa)

lis=tempp

Inserimento ordinato dei valori

2lis

p

q

7tempp

8 0 10

2lis

p

q

7tempp

8 0 10

tempp->next =q

p->next =tempp

void instesta(rec*& lis, int a){ rec* p = new rec; p->info = a; p->next = lis; lis = p;}

Inserimento in testa

Inserimento in listavoid insfondo(rec*& lis, int a){ rec* p = lis; for (rec* q = p; q != NULL; q = q->next) p = q; q = new rec; q->info = a; q->next = NULL; if (p != NULL) p->next = q; else lis = q;}

Inserimento in coda

Inserimento in ordine crescente (info)void inscresc(rec*& lis, int a){ rec* p = lis; for (rec* q = p; q != NULL && q->info < a; q = q->next) p = q; rec* r = new rec; r->info = a; r->next = q; if (q != lis) p->next = r; else lis = r;}

Inserimento in ordine crescente

Eliminazione di un nodo dalla lista

L’eliminazione di un nodo dalla lista prevede:• Ricerca del nodo da eliminare (se necessaria)

• Salvataggio del nodo in una variabile ausiliaria (per passo 4)

• Scollegamento del nodo dalla lista (aggiornamento dei puntatori della lista)

• Distruzione del nodo (deallocazione della memoria)

In ogni caso, bisogna verificare che la lista non sia già vuota!

if (lis != NULL) …

Ricerca del nodo da eliminareDipende dalle esigenze del programma.

Come per l’inserimento, il caso più semplice è costituito dall’eliminazione del nodo di testa, in quanto esiste il puntatore lis a questo elemento.

Negli altri casi, si procede come per l’inserimento

Scollegamento del nodo dalla listaIndividuato il nodo, bisogna evitare che la sua rimozione spezzi la lista.

In generale, è necessario aggiornare il puntatore next dell’elemento precedente

lis 0

lis 0

lis 0

Eliminazione del nodo di testa

Bisogna aggiornare il puntatore alla testa lis che dovrà puntare al nodo successivo a quello da eliminare.

rec* tempp=lis; (salvataggio nodo da eliminare)

lis = tempp->next; (aggiornamento lista)

delete tempp; (distruzione nodo)

Eliminazione del nodo di codaBisogna aggiornare il campo next relativo al penultimo nodo, che ora diventa l’ultimo (e quindi assume valore NULL).Per la ricerca dell’ultimo elemento si usano due puntatori p e q, che puntano rispettivamente al penultimo e all’ultimo elemento.La condizione sarà: rec* q= lis; rec* p= lis;while (q != NULL && q->next != NULL) {p=q; q=q->next;}

Casi particolari: l’elemento da eliminare è l’unico della lista.

Eliminazione del nodo di codarec* q= lis; rec* p= lis;

while (q != NULL && q->next != NULL) {p=q; q=q->next;}

lis

p

q

0

0 lis

p

q

Se q==lis allora p non contiene l’elemento precedente

Eliminazione del nodo di coda

lis

p

q

0

tempp

lis

p

q

0 0

tempp

rec* tempp =q;

p->next =

tempp->next;oppurep->next = NULL;

Eliminazione del nodo di coda

lis

p

q

0

tempp

tempp

rec* tempp = q;

lis = tempp->next;oppurelis = NULL;

lis

p

q

0 0

BOOL esttesta(rec*& lis, int& a){ rec* p = lis; if (lis != NULL) { a = lis->info; lis = lis->next; delete p; return T; } return F;}

Estrazione dalla testa

Estrazione da lista

Estrazione da listaBOOL estfondo(rec*& lis, int& a){ rec* p = lis; if (lis != NULL) { for (rec* q = p; q->next != NULL; q = q->next) p = q; a = q->info; if (q == lis) lis = NULL; else p->next = NULL; delete q; return T; } return F;} Estrazione dal fondo

Estrazione da listaBOOLEAN togli(rec*&lis, int a){ rec* p = lis; for (rec* q = p; q != NULL && q->info != a; q = q->next) p = q; if (q != NULL) { if (q == lis) lis = p->next; p->next = q->next; delete q; return T; } return F;}

Estrazione di un elemento specifico

Inserimento in listavoid insfondoR(rec*& lis, int a){ if (lis != NULL)

insfondoR(lis->next,a); else {

rec* p = new rec;p->info = a;p->next = NULL;lis=p

}}

Inserimento in fondoversione ricorsiva

void inscrescR(rec*& lis, int a){ if (lis != NULL && lis->info < a)

inscrescR(lis->next,a); else {

rec* p = new rec;p->info = a;p->next = lis;lis=p

}}

Inserimento in ordineversione ricorsiva

Estrazione da listaBOOL estfondoR(rec*& lis, int& a){ if (lis != NULL) { if (lis->next != NULL)

return estfondoR(lis->next,a); else {

a= lis->info; delete lis; lis = NULL; return T;

} } else return F;}

Estrazione dal fondoversione ricorsiva

BOOL togliR(rec*& lis, int a){ if (lis != NULL) {

if (lis->info != a) return togliR(lis->next,a);

else { rec* p = lis; lis = lis->next; delete p; return T;

} } else return F;}

Estrazione di un elemento specificoversione ricorsiva