4.4. Деки

4.4.1. Логическая структура дека

Дек - особый вид очереди. Дек (от англ. deq - double ended queue,т.е очередь с двумя концами) - это такой последовательный список, в котором как включение, так и исключение элементов может осуществляться с любого из двух концов списка. Частный случай дека - дек с ограниченным входом и дек с ограниченным выходом. Логическая и физическая структуры дека аналогичны логической и физической структуре кольцевой FIFO-очереди. Однако, применительно к деку целесообразно говорить не о начале и конце, а о левом и правом конце.

Операции над деком:

• включение элемента справа;

• включение элемента слева;

• исключение элемента справа;

• исключение элемента слева;

• определение размера;

• очистка.

Рис. 4.2. Состояния дека в процессе изменения.

На рис. 4.2 в качестве примера показана последовательность состояний дека при включении и удалении пяти элементов. На каждом этапе стрелка указывает с какого конца дека (левого или правого) осуществляется включение или исключение элемента. Элементы соответственно обозначены буквами A, B, C, D, E.

Физическая структура дека в статической памяти идентична структуре кольцевой очереди. Разработать программный пример, иллюстрирующий организацию дека и операции над ним не сложно по образцу примеров 4.1, 4.3. В этом модуле должны быть реализованы процедуры и функции:

Function DeqWrRight(a: data): boolean; - включение элемента справа;

Function DeqWrLeft(a: data): boolean; - включение элемента слева;

Function DeqRdRight(var a: data): boolean; - исключение элемента справа;

Function DeqRdLeft(var a: data) : boolean; - исключение элемента слева;

Procedure DeqClr; - очистка;

Function DeqSize : integer; - определение размера.

4.4.2. Деки в вычислительных системах

Задачи, требующие структуры дека, встречаются в вычислительной технике и программировании гораздо реже, чем задачи, реализуемые на структуре стека или очереди. Как правило, вся организация дека выполняется программистом без каких-либо специальных средств системной поддержки.

Однако, в качестве примера такой системной поддержки рассмотрим организацию буфера ввода в языке REXX. В обычном режиме буфер ввода связан с клавиатурой и работает как FIFO-очередь. Однако, в REXX имеется возможность назначить в качестве буфера ввода программный буфер и направить в него вывод программ и системных утилит. В распоряжении программиста имеются операции QUEUE - запись строки в конец буфера и PULL - выборка строки из начала буфера. Дополнительная операция PUSH - запись строки в начало буфера - превращает буфер в дек с ограниченным выходом. Такая структура буфера ввода позволяет программировать на REXX весьма гибкую конвейерную обработку с направлением выхода одной программы на вход другой и модификацией перенаправляемого потока.

4.5. Строки

4.5.1. Логическая структура строки

Строка - это линейно упорядоченная последовательность символов, принадлежащих конечному множеству символов, называемому алфавитом.

Строки обладают следующими важными свойствами:

• их длина, как правило, переменна, хотя алфавит фиксирован;

• обычно обращение к символам строки идет с какого-нибудь одного конца последовательности, т.е важна упорядоченность этой последовательности, а не ее индексация; в связи с этим свойством строки часто называют также цепочками;

• чаще всего целью доступа к строке является на отдельный ее элемент (хотя это тоже не исключается), а некоторая цепочка символов в строке.

Говоря о строках, обычно имеют в виду текстовые строки - строки, состоящие из символов, входящих в алфавит какого-либо выбранного языка, цифр, знаков препинания и других служебных символов. Действительно, текстовая строка является наиболее универсальной формой представления любой информации: на сегодняшний день вся сумма информации, накопленной человечеством - от Ветхого Завета до нашего учебного пособия - представлена именно в виде текстовых строк. В наших дальнейших примерах этого раздела будем работать именно с текстовыми строками. Однако, следует иметь в виду, что символы, входящие в строку могут принадлежать любому алфавиту. Так, в языке PL/1, наряду с типом данных "символьная строка" - CHAR(n) - существует тип данных "битовая строка" - BIT(n). Битовые строки, составляются из 1-битовых символов, принадлежащих алфавиту: { 0, 1 }. Все строковые операции с равным успехом применимы как к символьным, так и к битовым строкам.

Кодирование символов было рассмотрено в главе 2. Отметим, что в зависимости от особенности задачи, свойств применяемого алфавита и представляемого им языка и свойств носителей информации могут применяться и другие способы кодирования символов. В современных вычислительных системах, однако, повсеместно принята кодировка всего множества символов на разрядной сетке фиксированного размера (1 байт).

Хотя строки рассматриваются в главе, посвященной полустатическим структурам данных, в тех или иных конкретных задачах изменчивость строк может варьироваться от полного ее отсутствия до практически неограниченных возможностей изменения. Ориентация на ту или иную степень изменчивости строк определяет и физическое представление их в памяти и особенности выполнения операций над ними. В большинстве языков программирования (C, PASCASL, PL/1 и др.) строки представляются именно как полустатические структуры.

В зависимости от ориентации языка программирования средства работы со строками занимают в языке более или менее значительное место. Рассмотрим три примера возможностей работы со строками.

Язык C является языком системного программирования, типы данных, с которыми работает язык C, максимально приближены к тем типам, с которыми работают машинные команды. Поскольку машинные команды не работают со строками, нет такого типа данных и в языке C. Строки в C представляются в виде массивов символов. Операции над строками могут быть выполнены как операции обработки массивов или же при помощи библиотечных (но не встроенных!) функций строковой обработки.

В языках универсального назначения обычно строковый тип является базовым в языке: STRING в PASCAL, CHAR(n) в PL/1. (В PASCAL длина строки, объявленной таким образом, может меняться от 0 до n, в PL/1 чтобы длина строки могла меняться, она должна быть объявлена с описателем VARING.) Основные операции над строками реализованы как простые операции или встроенные функции. Возможны также библиотеки, обеспечивающие расширенный набор строковых операций.

Язык REXX ориентирован прежде всего на обработку текстовой информации. Поэтому в REXX нет средств описания типов данных: все данные представляются в виде символьных строк. Операции над данными, не свойственные символьным строкам, либо выполняются специальными функциями, либо приводят к прозрачному для программиста преобразованию типов. Так, например, интерпретатор REXX, встретив оператор, содержащий арифметическое выражение, сам переводит его операнды в числовой тип, вычисляет выражение и преобразует результат в символьную строку. Целый ряд строковых операций является простыми операциями языка, а встроенных функций обработки строк в REXX несколько десятков.