Temat: Dynamiczne przydzielanie i zwalnianie pamięci. Struktura listy operacje wstawiania, wyszukiwania oraz usuwania danych.

Transkrypt

1 Temat: Dynamiczne przydzielanie i zwalnianie pamięci. Struktura listy operacje wstawiania, wyszukiwania oraz usuwania danych. 1. Rodzaje pamięci używanej w programach Pamięć komputera, dostępna dla programu, dzieli się na cztery obszary: kod programu, dane statyczne ( np. stałe i zmienne globalne programu), dane automatyczne (zmienne lokalne funkcji - tworzone i usuwane automatycznie przez kompilator) tzw. STOS (ang. stack) dane dynamiczne (zmienne, które można tworzyć i usuwać w dowolnym momencie pracy programu) w pamięci wolnej komputera tzw. STERTA (ang. heap) Zmienne dynamiczne są to zmienne tworzone przez programistę w pamięci wolnej komputera (na stercie) dostęp do takiej zmiennej możliwy jest jedynie poprzez jej adres w pamięci (przechowywany w zmiennej wskaźnikowej). 2. Funkcje przydziału i zwalniania pamięci W języku C do dynamicznego przydzielania pamięci (tworzenia zmiennych dynamicznych) służą specjalne funkcje z biblioteki < alloc.h > albo <stdlib.h>. void malloc( size_t rozmiar ); // przydział bloku o zadanej wielkosci void calloc( size_t il_elementow, size_t rozmiar); // przydział pamięci // dla tablicy dynamicznej void free( void wskaznik); // zwolnienie wskazywanego obszaru unsigned coreleft( void ); // sprawdzenie wolnego miejsca na stercie 1

2 Przykład 1 // przydział i zwolnienie pamięci na stercie int main( ) int wsk; // zmienna wskaźnikowa do zapamiętania adresu liczby int int x=5; wsk = (int ) malloc( sizeof(int) ); // przydzielenie pamięci na liczbę int if( wsk == NULL ) printf( Błąd przydziału pamięci ); else wsk = 10; wsk = 2; printf( %d, wsk ); scanf( %d, wsk ); // przykładowe operacje na dynamicznej liczbie int free( wsk ); // zwolnienie pamięci // dane spod wskaźnika wsk już nie są dostępne, a // dane ze zmiennej x są w dalszym ciągu widoczne return 0; wsk x Stack (stos) 20 Heap (sterta) 2

3 Przykład 2 // tablica dynamiczna int rozmiar_tablicy; double T; printf( Ile liczb chcesz wprowadzić: ); scanf( %d, &rozmiar_tablicy ); if( T = (double ) calloc( rozmiar_tablicy, sizeof(double) ) ) // przydział // pamięci dla tablicy dynamicznej for( int i = 0; i < rozmiar_tablicy, i++ ); ( T+i ) = i*2; // albo T[ i ] =i*2; free(t); // zwolnienie pamięci przeznaczonej na tablicę Przykład 3 // struktura dynamiczna struct Osoba char nazwisko[30]; char imie[20]; float zarobki; ; Osoba wsk_osoby; wsk_osoby = (Osoba ) malloc( sizeof(osoba) ); // przydział pamięci dla // danych typu Osoba. Dane są dostępne przez wskaźnik wsk_osoby if( wsk_osoby ) // if( wsk_osoby!= NULL ) printf( Podaj nazwisko: ); gets(wsk_osoby > nazwisko ); printf( Podaj imie: ); gets(wsk_osoby > imie); printf( Podaj zarobki: ); scanf( %f,&(wsk_osoby > zarobki));... Wsk_osoby->zarobki+=100.50;... free( wsk_osoby ); // zwolnienie pamięci przeznaczonej dla danych // typu Osoba Jeżeli pod wskaźnikiem zapamiętana jest struktura, to dostęp do jej pól jest możliwy przez użycie operatora -> 3

4 Przykład 4 //dynamiczna tablica struktur int rozmiar_tablicy; Osoba T; printf( Ile liczb chcesz wprowadzić: ); scanf( %d, &rozmiar_tablicy ); T = (Osoba ) calloc( rozmiar_tablicy, sizeof(osoba)); // przydział pamięci dla tablicy dynamicznej if( T == NULL ) printf( Błąd przydziału pamięci ); else for( int i = 0; i < rozmiar_tablicy, i++ ); printf( Podaj nazwisko: ); gets(( T+i ) > nazwisko ); // gets(t[i].nazwisko); printf( Podaj imie: ); gets((t+i)->imie); // gets(t[i].imie); printf( Podaj zarobki: ); scanf( %f,&((t+i)->zarobki)); // scanf( %f,&t[i].zarobki); free( T ); dynamicznej // zwolnienie pamięci przeznaczonej dla tablicy 3. Struktura listy (jednokierunkowej) Struktura listy, to liniowa struktura dynamiczna, dla której: nie trzeba podawać maksymalnej liczby danych, można wstawiać, usuwać i wyszukiwać dane, w trakcie usuwania danych listy zwalniana jest pamięć, której zasób można ponownie wykorzystać w programie. Listę budują wskaźniki do struktury, w których zdefiniowane są dwa pole: pole danych, pole z adresem kolejnego elementu (wskaźnika) listy Listę reperezentuje adres jej pierwszego elementu. 4

5 Przykładowa deklaracja wskaźnika reperezentującego element listy struct Osoba nazwisko ; char nazwisko[40]; dane wiek unsigned wiek; zarobki float zarobki; next struct Lista Osoba dane; Lista *next; ; Pierwszy Kowalski,80, dane next Nowak, 28, 1123,5 dane next Iksinski 32, dane next NULL

6 a) Operacja dodawania nowego elemenu na koniec listy Przed Po Pierwszy Ostatni NULL Ostatni NULL Pierwszy adres pierwszego elementu listy Ostatni adres ostatniego elementu listy O struktura z danymi, które wstawiamy na koniec listy Adresy Pierwszy i Ostatni mogą się zmieniać w trakcie realizacji funkcji dodaj_osobe, dlatego są przekazywane przez adres (stąd dwie gwiazdki przed nazwą parametru) Jedno wywołanie funkcji dodaj_osobe dodaje na koniec listy jeden element. Dwa przypadki realizacji funkcji dodaj_osobe: wstawianie do pustej listy, wstawianie do niepustej listy

7 void dodaj_osobe(lista **Pierwszy,Lista **Ostatni,Osoba O) pomoc=(lista *)malloc(sizeof(lista)); // rezerwacja pamięci pomoc->dane=o; // kopiowanie danych ze struktury O do pola dane // wskaźnika pomoc pomoc->next=null; // ustawienie wskaźnika next w adresie pomoc na // wartości NULL if (*Pierwszy==NULL) // przypadek wstawiania do pustej listy *Pierwszy=pomoc; else (*Ostatni)->next=pomoc; // przypadek wstawiania do niepustej listy // podczepienie wskaźnika pomoc *Ostatni=pomoc; // zmiana wskaźnika Ostatni b) Operacja przeglądania listy Funkcja szukaj sprawdza, czy dane parametrem naz znajduje się na liście. Jeżeli tak, to wynikiem funckji szukaj jest wartości 1, w przeciwnym przypadku zwracana jest wartość 0. Pierwszy adres pierwszego elementu na liście naz poszukiwane nazwisko Lista * szukaj(lista *Pierwszy,char *naz) Lista* wynik=null; pomoc=pierwszy; // ustawienie wskaźnika pomoc na pierwszym elemencie // listy while (pomoc) // pętla przglądająca listę if (strcmp(pomoc->dane.nazwisko,naz)==0) wynik=pomoc;

8 pomoc=pomoc->next; // ustawienie wskaźnika pomoc na kolejnym // elemencie listy return wynik; int policz_bogaczy(lista *Pierwszy,float kwota) int ile=0; pomoc=pierwszy; // ustawienie wskaźnika pomoc na pierwszym elemencie // listy while (pomoc) // pętla przglądająca listę If (pomoc->dane.zarobki>kwota) ile++; pomoc=pomoc->next; // ustawienie wskaźnika pomoc na kolejnym // elemencie listy return ile; c) Operacja usuwania elementu listy Przed Po Pierwszy Pierwszy Element do usunięcia

9 Funkcja usun_osobe usuwa osobę o podanym nazwisku. Jeżeli na liście występuje kilka osób o podanym do usunięcia nazwisku, to usuwane są wszystkie elementy z tym nazwiskiem. Pierwszy adres pierwszego elementu listy naz nazwisko do usunięcia Funkcja zwraca wartość 1, gdy usunięcie zaszło i wartość 0 w przeciwnym przypadku. Przypadki realizacji funkcji usun_osobe: nazwiska naz nie ma na liście, nazwisko naz występuje w adresie Pierwszy nazwisko naz występuje w adresie innym niż Pierwszy int usun_osobe(lista **Pierwszy,char *naz) int byla=0; Lista *pomoc,*poprzedni; // wskaźnik poprzedni ustawiany jest na elemencie // poprzednim w stosunku do usuwanego pomoc=*pierwszy; poprzedni=null; while (pomoc!=null) if (strcmp(pomoc->dane.nazwisko,naz)==0)// nazwisko naz znajduje się w // adresie pomoc byla=1; if (pomoc==*pierwszy) // nazwisko naz występuje w adresie // Pierwszy *Pierwszy=pomoc->next; free(pomoc); pomoc=*pierwszy; else // nazwisko naz znajduje się adresie innym niż Pierwszy poprzedni->next=pomoc->next;

10 free(pomoc); pomoc=poprzedni->next; else // nazwiska naz nie ma w adresie pomoc i trzeba przejść // z adresami poprzedni i pomoc do następnego elementu listy poprzedni=pomoc; pomoc=pomoc->next; return byla; Przykład 5 // Program z wykładu nr 10, wktórym tablica struktur została zastąpiona // strukturą listy #include <stdio.h> #include <conio.h> #include <stdlib.h> #include <string.h> struct Osoba char nazwisko[40]; unsigned wiek; float zarobki; ; struct Lista Osoba dane; Lista *next; ; // wczytywanie danych z klawiatury Osoba wczytaj_dane() Osoba O; printf("nazwisko:"); scanf("%s",o.nazwisko);

11 printf("wiek:"); scanf("%d",&o.wiek); printf("zarobki:"); scanf("%f",&o.zarobki); return O; // dodawanie osoby na koniec listy void dodaj_osobe(lista **Pierwszy,Lista **Ostatni,Osoba O) pomoc=(lista *)malloc(sizeof(lista)); pomoc->dane=o; pomoc->next=null; if (*Pierwszy==NULL) *Pierwszy=pomoc; else (*Ostatni)->next=pomoc; *Ostatni=pomoc; // usuwanie podanej osoby z listy short usun_osobe(lista **Pierwszy,char *naz) short byla=0; Lista *pomoc,*poprzedni; pomoc=*pierwszy; poprzedni=null; while (pomoc!=null) if (strcmp(pomoc->dane.nazwisko,naz)==0) byla=1; if (pomoc==*pierwszy) *Pierwszy=pomoc->next; free(pomoc); pomoc=*pierwszy;

12 else poprzedni->next=pomoc->next; free(pomoc); pomoc=poprzedni->next; else poprzedni=pomoc; pomoc=pomoc->next; return byla; // wypisywanie danych na ekranie void wypisz_informacje(osoba O) printf("nazwisko:%s\nwiek:%d\nzarobki:%0.2f\n",o.nazwisko, O.wiek,O.zarobki); // szukanie osoby i wypisywanie jej danych na ekranie int szukaj(lista *Pierwszy,char *naz) int byla=0; pomoc=pierwszy; while (pomoc!=null) if (strcmp(pomoc->dane.nazwisko,naz)==0) wypisz_informacje(pomoc->dane); byla=1; pomoc=pomoc->next;

13 return byla; // wyznaczanie liczby osób, które zarabiają powyzej zar int policz_bogaczy(lista *Pierwszy,float zar) int l=0; pomoc=pierwszy; while (pomoc!=null) if (pomoc->dane.zarobki>zar) l++; pomoc=pomoc->next; return l; // menu programu int menu() int z; printf("1-dodaj osobe\n"); printf("2-usun osobe\n"); printf("3-znajdz osobe\n"); printf("4-policz bogaczy\n"); printf("5-zapisz dane\n"); printf("6-wczytaj dane\n"); printf("7-drukuj w pliku\n"); printf("8-wyswietl na ekranie\n"); printf("9-koniec programu\n"); scanf("%d",&z); return z;

14 // zapis danych z listy do pliku binarnego void zapis(char *sciezka,lista *Pierwszy) FILE *f; pomoc=pierwszy; f=fopen(sciezka,"wb"); if (f!=null) while (pomoc!=null) fwrite(&(pomoc->dane),sizeof(osoba),1,f); pomoc=pomoc->next; fclose(f); // odczyt danych z pliku binarnego i wstawienie danych na listę void odczyt(char *sciezka,lista **Pierwszy,Lista **Ostatni) FILE *f; f=fopen(sciezka,"rb"); pomoc=*pierwszy; Osoba O; if (f!=null) while (fread(&o,sizeof(osoba),1,f)==1) dodaj_osobe(pierwszy,ostatni,o); fclose(f); // zapis danych z listy w pliku tekstowym void zapis_do_tekstowego(char *sciezka,lista *Pierwszy) FILE *f; int i=0; f=fopen(sciezka,"wt");

15 pomoc=pierwszy; if (f!=null) while (pomoc!=null) if (i==0) fprintf(f,"lista osob\n"); fprintf(f,"%40s %3d %10.2f\n",pomoc->dane.nazwisko, pomoc->dane.wiek,pomoc->dane.zarobki); pomoc=pomoc->next; i++; fclose(f); // wyświetlenie danych z listy na ekranie void wyswietl_dane(lista *Pierwszy) Lista *pomoc=pierwszy; while (pomoc!=null) wypisz_informacje(pomoc->dane); pomoc=pomoc->next; // usuwanie całej listy void usun_liste(lista **Pierwszy) Lista *pomoc=*pierwszy; while (pomoc!=null) *Pierwszy=pomoc->next; free(pomoc); pomoc=*pierwszy;

16 // funkcja main int main( ) Lista *Pierwszy,*Ostatni; Pierwszy=NULL; Ostatni=NULL; char naz[40]; int z,byla,w; float zar; Osoba O; char sciezka[100]; do z=menu(); switch(z) case 1: O=wczytaj_dane();dodaj_osobe(&Pierwszy,&Ostatni,O); case 2: printf("podaj nazwisko do usuniecia:"); scanf("%s",naz); byla=usun_osobe(&pierwszy,naz); if (!byla) printf ("Brak takiej osoby!!!\n"); case 3:printf("Podaj nazwisko osoby szukanej: "); scanf("%s",naz); byla=szukaj(pierwszy,naz); if (!byla) printf("brak osoby szukanek!!!\n"); case 4:printf("Podaj wysokosc sredniej krajowej: "); scanf("%f",&zar); printf("liczba osob zarabiajacych powyzej sredniej:%d\n",policz_bogaczy(pierwszy,zar));

17 case 5:printf("Podaj sciezke pliku do zapisu: "); scanf("%s",sciezka); zapis(sciezka,pierwszy); case 6:printf("Podaj sciezke pliku do odczytu: "); scanf("%s",sciezka); if (Pierwszy!=NULL) printf("zestaw danych nie jest pusty, co dalej?\n 1- dopisac dane z pliku, 2-nadpisac dane?:"); scanf("%d",&w); if (w==2) usun_liste(&pierwszy); Ostatni=NULL; odczyt(sciezka,&pierwszy,&ostatni); case 7:printf("Podaj sciezke pliku tekstowego: "); scanf("%s",sciezka); zapis_do_tekstowego(sciezka,pierwszy); case 8:wyswietl_dane(Pierwszy); while (z!=9); return 0;