5.6 Масив покажчиків; покажчики на покажчики

Оскільки покажчики — це також змінні, їх можна зберегти в масивах, так само як і інші змінні. Дозвольте нам проілюструвати це шляхом написання програми, що сортує в алфавітному порядку набір рядків тексту. Це спрощена версія UNIX програми sort.

У Розділі 3, ми представили функцію сортування Шелла, яка сортує масив цілих чисел, і вРозділі 4, ми вдосконалили її за допомогою quicksort. Той самий алгоритм підійде і цього разу за виключенням того, що тепер нам доведеться мати справу з рядками тексту, які будуть різної довжини і які, напротивагу цілим числам, неможливо порівняти або перемістити тільки однією операцією. Нам знадобиться таке представлення даних, що успішно і легко справлятиметься з рядками тексту змінної довжини.

Саме тут вступають в гру масиви покажчиків. Якщо рядки, які треба посортувати, зберігати від початку до кінця в довгих символьних масивах, тоді до кожного рядка можна мати доступ через покажчик на його перший символ. Самі покажчики також можна зберегти в масиві. Два рядка можна порівняти, передаючи їх покажчики strcmp. Якщо ці два невпорядкованих рядки потрібно поміняти місцями, міняються місцями покажчики з масиву покажчиків, а не самі рядки тексту.

+---+ +--------+ +---+ +--------+

| *-|---->| defghi | | *-|-. .->| defghi |

| | +--------+ | | \ / +--------+

| | +-------------+ | | \ / +-------------+

| *-|---->| jklmnopqrst | | *-|----X---->| jklmnopqrst |

| | +-------------+ | | / \ +-------------+

| | +-----+ | | / \ +-----+

| *-|---->| abc | | *-|-' `->| abc |

+---+ +-----+ +---+ +-----+

В такий спосіб ми можемо уникнути складної проблеми керування збереженням даних і значної ресурсоємкості переміщення самих рядків.

Процес сортування складається з трьох етапів:

читання всіх рядків вводу

їхнє сортування

вивід впорядкованих рядків

Як звичайно, найкращим вирішенням буде поділити програму на функції, що збігаються з цим логічним поділом, функція main будучи керівною. Тимчасом, відкладемо етап сортування на потім, і зосередимось на структурі даних і вводі з виводом.

Функція вводу повинна одержати і зберегти символи кожного рядка і побудувати масив покажчиків до кожного. Вона також повинна порахувати кількість введених рядків, оскільки ця інформація знадобиться для сортування і виводу. Оскільки функція вводу може обробити лише обмежену кількість введених рядків, вона може повернути недійсний рахунок, скажімо -1, якщо отримано забагато.

Функція виводу повинна тільки вивести рядки в тій послідовності, в якій вони розміщені в масиві покажчиків.

#include <stdio.h>

#include <string.h>

#define MAXLINES 5000 /* максимальна кількість рядків, що *

* буде відсортовано */

char *lineptr[MAXLINES]; /* покажчики на рядки тексту */

int readlines(char *lineptr[], int nlines);

void writelines(char *lineptr[], int nlines);

void qsort(char *lineptr[], int left, int right);

/* сортує введені рядки */

main()

{

int nlines; /* кількість прочитаних рядків вводу */

if ((nlines = readlines(lineptr, MAXLINES)) >= 0) {

qsort(lineptr, 0, nlines-1);

writelines(lineptr, nlines);

return 0;

} else {

printf("error: input too big to sort\n");

return 1;

}

}

#define MAXLEN 1000 /* максимальна довжина будь-якого рядка */

int getline(char *, int);

char *alloc(int);

/* readlines: читає введені рядки */

int readlines(char *lineptr[], int maxlines)

{

int len, nlines;

char *p, line[MAXLEN];

nlines = 0;

while ((len = getline(line, MAXLEN)) > 0)

if (nlines >= maxlines || p = alloc(len) == NULL)

return -1;

else {

line[len-1] = '\0'; /* вилучає символ нового рядка */

strcpy(p, line);

lineptr[nlines++] = p;

}

return nlines;

}

/* writelines: виводить рядки */

void writelines(char *lineptr[], int nlines)

{

int i;

for (i = 0; i < nlines; i++)

printf("%s\n", lineptr[i]);

}

Функцію getline ми запозичили з Розділу 1.9.

Новим для нас є оголошення lineptr:

char *lineptr[MAXLINES]

яке вказує на те, що lineptr являється масивом з MAXLINES елементами, кожний з яких будучи покажчиком на char. Тобто, lineptr[i] — це покажчик на символ, а *lineptr[i]— це самий символ, на який він вказує, перший символ i-ного збереженого текстового рядка.

Так як lineptr, самий по собі, це назва масиву, його можна трактувати як покажчик, так само як і в попередніх прикладах, а writelines написати натомість як

/* writelines: виводить рядки */

void writelines(char *lineptr[], int nlines)

{

while (nlines-- > 0)

printf("%s\n", *lineptr++);

}

Початково, *lineptr вказує на перший рядок; кожний елемент просуває його до натупного покажчика на рядок, у той час як nlines відраховує по спадаючій.

Маючи ввід і вивід під контролем, ми можемо перейти до сортування. Функція quicksort зРозділу 4 вимагає невеликих поправок: потрібно змінити оголошення і операцію порівнювання слід здійснювати за рахунок виклику strcmp. Сам алгоритм залишається тим самим, що додає нам певності, що це надалі працюватиме.

/* qsort: сортує v[left]...v[right] в зростаючому порядку */

void qsort(char *v[], int left, int right)

{

int i, last;

void swap(char *v[], int i, int j);

if (left >= right) /* жодної дії, якщо масив містить */

return; /* менше ніж два елементи */

swap(v, left, (left + right)/2);

last = left;

for (i = left+1; i <= right; i++)

if (strcmp(v[i], v[left]) < 0)

swap(v, ++last, i);

swap(v, left, last);

qsort(v, left, last-1);

qsort(v, last+1, right);

}

Аналогічно, функція swap вимагає тільки незначних змін:

/* swap: міняє місцями v[i] з v[j] */

void swap(char *v[], int i, int j)

{

char *temp;

temp = v[i];

v[i] = v[j];

v[j] = temp;

}

Оскільки кожний окремий елемент v (синонім lineptr) - це покажчик на символ, змінна tempповинна бути такою самою, тож їх можна копіювати одне до одного.

Вправа 5-7. Перепишіть наново readlines, щоб вона зберігала рядки в масиві, наданому функцією main, замість виклику alloc для підтримки місця для зберігання. Наскільки швидшою буде програма?