Программирование на языках С и С++ / H21

Программирование на языке СИ   2. Организация списков и их обработка 2.1. Линейные списки 2.1.1. Методы организации и хранения линейных списков Линейный список - это конечная последовательность однотипных элементов (узлов), возможно, с повторениями. Количество элементов в последовательности называется длиной списка, причем длина в процессе работы программы может изменяться.

Линейный список F, состоящий из элементов D1,D2,...,Dn, записывают в виде последовательности значений заключенной в угловые скобки F=, или представляют графически (см.рис.12).

D1 а D2 а D3 а ... а Dn Рис.12. Изображение линейного списка. Например, F1=,F2=, F3=. Длина списков F1, F2, F3 равна соответственно 3,6,0.

При работе со списками на практике чаще всего приходится выполнять следующие операции:

- найти элемент с заданным свойством;

- определить первый элемент в линейном списке;

- вставить дополнительный элемент до или после указанного узла;

- исключить определенный элемент из списка;

- упорядочить узлы линейного списка в определенном порядке.

В реальных языках программирования нет какой-либо структуры данных для представления линейного списка так, чтобы все указанные операции над ним выполнялись в одинаковой степени эффективно. Поэтому при работе с линейными списками важным является представление используемых в программе линейных списков таким образом, чтобы была обеспечена максимальная эффективность и по времени выполнения программы, и по объему требуемой памяти.

Методы хранения линейных списков разделяются на методы последовательного и связанного хранения. Рассмотрим простейшие варианты этих методов для списка с целыми значениями F=.

При последовательном хранении элементы линейного списка размещаются в массиве d фиксированных размеров, например, 100, и длина списка указывается в переменной l, т.е. в программе необходимо иметь объявления вида

float d[100]; int l; Размер массива 100 ограничивает максимальные размеры линейного списка. Список F в массиве d формируется так:

d[0]=7; d[1]=10; l=2; Полученный список хранится в памяти согласно схеме на рис.13.

l: 2 d: 7 10 ...   [0] [1] [2] [3]   [98] [99] Рис.13. Последовательное хранение линейного списка. При связанном хранении в качестве элементов хранения используются структуры, связанные по одной из компонент в цепочку, на начало которой (первую структуру) указывает указатель dl. Структура образующая элемент хранения, должна кроме соответствующего элемента списка содержать и указатель на соседний элемент хранения.

Описание структуры и указателя в этом случае может имееть вид:

typedef struct snd /* структура элемента хранения */ { float val; /* элемент списка */ struct snd *n ; /* указатель на элемент хранения */ } DL; DL *p; /* указатель текущего элемента */ DL *dl; /* указатель на начало списка */ Для выделения памяти под элементы хранения необходимо пользоваться функцией malloc(sizeof(DL)) или calloc(l,sizeof(DL)). Формирование списка в связанном хранении может осуществляется операторами:

p=malloc(sizeof(DL)); p->val=10; p->n=NULL; dl=malloc(sizeof(DL)); dl->val=7; dl->n=p; В последнем элементе хранения (конец списка) указатель на соседний элемент имеет значение NULL. Получаемый список изображен на рис.14.

Рис.14. Связное хранение линейного списка.

2.1.2. Операции со списками при последовательном хранении При выборе метода хранения линейного списка следует учитывать, какие операции будут выполняться и с какой частотой, время их выполнения и объем памяти, требуемый для хранения списка.

Пусть имеется линейный список с целыми значениями и для его хранения используется массив d (с числом элементов 100), а количество элементов в списке указывается переменной l. Реализация указанных ранее операций над списком представляется следующими фрагментами программ которые используют объявления:

float d[100]; int i,j,l; 1) печать значения первого элемента (узла) if (il) printf("\n нет элемента"); else printf("d[%d]=%f ",i,d[i]); 2) удаление элемента, следующего за i-тым узлом if (i>=l) printf("\n нет следующего "); l--; for (j=i+1;j - подсписок B', получающийся вычеркиванием всех пар Ki=(i,V). Сжатым хранением В является метод хранения В", в котором элементы со значением V умалчиваются. Различают последовательное сжатое хранение и связанное сжатое хранение. Например, для списка B=, содержащего несколько узлов со значением Х, последовательное сжатое и связанное сжатое хранения, с умалчиванием элементов со значением Х, представлены на рис.22,23.

1,C 3,Y 6,S 7,H 9,T Рис.22. Последовательное сжатое хранение списка.

Рис.23. Связное сжатое хранение списка.

Достоинство сжатого хранения списка при большом числе элементов со значением V заключается в возможности уменьшения объема памяти для его хранения.

Поиск i-го элемента в связанном сжатом хранении осуществляется методом полного просмотра, при последовательном хранении - методом бинарного поиска.

Преимущества и недостатки последовательного сжатого и связанного сжатого хранений аналогичны преимуществам и недостаткам последовательного и связанного хранений.

Рассмотрим следующую задачу. На входе заданы две последовательности целых чисел M=, N=, причем 92% элементов последовательности М равны нулю. Составить программу для вычисления суммы произведений Mi * Ni, i=1,2,...,10000.

Предположим, что список М хранится последовательно сжато в массиве структур m с объявлением:

struct { int nm; float val; } m[10000]; Для определения конца списка добавим еще один элемент с порядковым номером m[j].nm=10001, который называется стоппером (stopper) и располагается за последним элементом сжатого хранения списка в массиве m.

Программа для нахождения искомой суммы имеет вид:

# include main() { int i,j=0; float inp,sum=0; struct /* объявление массива */ { int nm; /* структур */ float val; } m[10000]; for(i=0;i