Основы программирования. Борисенко

252 4 4 Простейшие структуры данных Стек Очередь

необходимости перерисовки области окна, о выборе пункта меню и т.п. Каждая программа имеет очередь запросов. Когда программа по¬ лучает свой квант времени на выполнение, она выбирает очередной запрос из начала очереди и выполняет его. Таким образом, работа оконного приложения состоит, упрощенно говоря, в последователь¬ ном выполнении запросов из ее очереди. Очередь поддерживается операционной системой.

Подход к программированию, состоящий не в прямом вызове про¬ цедур, а в посылке сообщений, которые ставятся в очередь запро¬ сов, имеет много преимуществ и является одной из черт объектноориентированного программирования. Так, например, если оконной программе необходимо завершить работу по какой-либо причине, лучше не вызывать сразу команду завершения, которая опасна, пото¬ му что нарушает логику работы и может привести к потере данных. Вместо этого программа посылает самой себе сообщение о необхо¬ димости завершения работы, которое будет поставлено в очередь за¬ просов и выполнено после запросов, поступивших ранее.

Р е а л и з а ц ия очереди на базе массива

Как у ж е было сказано, программисту массив дан свыше, все остальные структуры данных нужно реализовывать на его основе. Конечно, такая реализация может быть многоэтапной, и не всегда массив выступает в качестве непосредственной базы реализации. В случае очереди наиболее популярны две реализации: непрерывная на базе массива, которую называют также реализацией на базе кольце¬ вого буфера, и ссылочная реализация, или реализация на базе спис¬ ка. Ссылочные реализации будут рассмотрены ниже.

При непрерывной реализации очереди в качестве базы выступает массив фиксированной длины N , таким образом, очередь ограниче­ на и не может содержать более N элементов. Индексы элементов массива изменяются в пределах от 0 до N — 1. Кроме массива, ре¬ ализация очереди хранит три простые переменные: индекс начала очереди, индекс конца очереди, число элементов очереди. Элементы очереди содержатся в отрезке массива от индекса начала до индекса конца.

сохранить состояние задачи B , прежде чем перейти к C . Позже, по окончании C будет сперва восстановлено состояние задачи B , затем, по окончании B , — состояние задачи A . Таким образом, восстановле¬ ние происходит в порядке, обратном сохранению, что соответствует дисциплине работы стека.

Стек позволяет организовать рекурсию, т.е. обращение подпро¬

алгоритм реализуется как сведение к применению того ж е алгоритма для более простых значений X . При этом подпрограмма A обра¬ щается сама к себе, передавая в качестве параметра более простое

ременная, содержащая новое (более простое) значение параметра X . Вызванная подпрограмма A работает с новым набором переменных, не разрушая предыдущего набора. По окончании вызова старый на¬

На самом деле даже не приходится специальным образом сохра¬ нять значения локальных переменных подпрограммы в стеке. Дело в том, что локальные переменные подпрограммы (т.е. ее внутренние, рабочие переменные, которые создаются в начале ее выполнения и уничтожаются в конце) размещаются в стеке, реализованном аппаратно на базе обычной оперативной памяти. В самом начале работы подпрограмма захватывает место в стеке под свои локальные пере¬

мент окончания работы подпрограмма освобождает память, удаляя из

грамму A . По окончании работы подпрограмма B извлекает из стека адрес возврата в программу A и возвращает управление по этому адресу. Таким образом, компьютер продолжает выполнение програм¬ мы A , начиная с инструкции, следующей за инструкцией вызова. В большинстве процессоров имеются специальные команды, поддержи¬ вающие вызов подпрограммы с предварительным помещением адреса возврата в стек и возврат из подпрограммы по адресу, извлекаемому из стека. Обычно команда вызова назывется call, команда возврата — return.

В стек помещаются также параметры подпрограммы или функ¬ ции перед ее вызовом. Порядок их помещения в стек зависит от соглашений, принятых в языках высокого уровня. Так, в языке Си

лежит последний аргумент функции. (Поэтому, кстати, в Си возмож¬ ны функции с переменным числом аргументов, такие, как printf, а в Паскале нет.)

область памяти, которая может располагаться не в стеке, поскольку

дой подпрограммы ячейках памяти. Программисты называют такую память статической в том смысле, что статические переменные за¬ нимают всегда одно и то ж е место в памяти в любой момент работы программы. При использовании только статической памяти рекур¬ сия невозможна, поскольку при новом вызове предыдущие значения локальных переменных разрушаются. В эталонном Фортране-4 ис¬ пользовались только статические переменные, а рекурсия была за¬ прещена. До сих пор язык Фортран широко используется в научных

// Прототипы функций, реализующих предписания стека:

void s t _ i n i t ( i n t maxSize); // Начать работу (вх: цел

//макс, размер стека)

double st_elementAt(int i ) ; // Элемент стека на

// глубине (вх: i ) : вещ

#endif

// Конец файла "streal.h"

Отметим, что директивы условной трансляции

#ifndef ST_REAL_H #define ST_REAL_H

#endif

используются дл я предотвращения повторного включения h-файла: при первом включении файла определяется переменная препроцессо¬ ра ST_REAL_H, а директива "#ifndef ST_REAL_H" подключает текст, только если эта переменная не определена. Такой трюк используется практически во всех h-файлах. Нужен он потому, что одни h-файлы могут подключать другие, и без этого механизма избежать повтор¬ ного включения одного и того ж е файла трудно.

Файл "streal.cpp" описывает общие статические переменные, над которыми работают функции, соответствующие предписаниям стека,

иреализует эти функции.

//Файл "streal.cpp"

//Стек вещественных чисел, реализация

//Общие переменные для функций, реализующих

//предписания стека:

assert(elements == 0); max_size = maxSize;

elements = (double *) malloc( max_size * sizeof(double)

);

sp = (-1);