Презентация Основы программирования. Линейные списки онлайн

Содержание слайда: Основы программирования Линейные списки

Содержание слайда: Список Линейный список – это контейнер, в котором элементы располагаются в памяти в произвольном порядке, а связь между ними обеспечивается с помощью указателей (ссылок). Элемент однонаправленного списка состоит из двух частей – информационной (собственно данных) и указателя (ссылки) на следующий элемент списка. Как правило, память для каждого элемента выделяется динамически. Для доступа к начальному элементу списка используется отдельный указатель (ссылка). Последний элемент списка не ссылается ни на что, т.е. имеет нулевой указатель (пустую ссылку). Во многих случаях выгодно хранить отдельный указатель на последний элемент.

Содержание слайда: Иллюстрация pbeg – указатель на начальный элемент, pend – указатель на конечный элемент (если он нужен). Доступ к элементам осуществляется последовательно, по указателям (ссылкам). Если необходимо обеспечить переход не только к последующим, но и к предыдущим элементам, в элементы нужно включить еще один указатель (ссылку) – на предыдущий элемент (нуль для начального элемента списка). Соответствующий список будет двунаправленным.

Содержание слайда: Элемент списка Для представления элемента списка нужно создать соответствующий тип, т.е. описать структуру (класс). Пусть информационная часть элемента – это просто целое число. Тогда новый тип будет выглядеть следующим образом: struct IElem { int value; IElem *next; } По умолчанию в структуре все поля являются открытыми (public), поэтому никаких дополнительных методов доступа к ним не надо.

Содержание слайда: Стек на основе списка На основе списка можно строить другие структуры данных. Для примера модифицируем стек из раздела «Структуры и классы», сохраняя весь открытый интерфейс. Учитывая, что добавление и извлечение элементов стека производится в его вершине, будем считать вершиной начальный элемент списка (т.е. начальный указатель списка всегда показывает на вершину стека, а конечный указатель вообще не нужен). Элементы списка выделяются динамически, поэтому для стека не нужен массив, и количество элементов стека не ограничено.

Содержание слайда: Пример класса для стека Для описания элементов стека используем структуру IElem. class IStack { IElem *pbeg; public: IStack() { pbeg = NULL; } ~IStack(); void push(int val); int pop(); };

Содержание слайда: Реализация методов IStack void IStack::push(int val) { IElem *ptr = new IElem; ptr->value = val; ptr->next = pbeg; pbeg = ptr; } int IStack::pop() { if (!pbeg) return -1; IElem *ptr = pbeg; int val = pbeg->value; pbeg = pbeg->next; delete ptr; return val; }

Содержание слайда: Деструктор класса IStack Деструктор класса IStack должен удалять все элементы списка. Используем pbeg для указания на текущий удаляемый элемент списка. void IStack::~IStack() { IElem *ptr; while (pbeg != NULL) { ptr = pbeg; pbeg = pbeg->next; delete ptr; } }

Содержание слайда: Использование стеков void main() { int i; IStack a, *pb; for (i = 0; i < 10; i++) a.push(i*2); pb = new IStack; for (i = 0; i < 20; i++) pb->push(i+10); for (i = 0; i < 22; i++) cout << pb->pop() << endl; delete pb; }

Содержание слайда: Информационная часть элементов Информационная часть элементов списка может быть представлена любым типом, в том числе, структурой или классом. Например, для списка линий это может быть: class PLine { double *x, *y; int key; int length; … public: void setlength(int len); void free(); void setp(int n,double vx,double vy); … };

Содержание слайда: Элемент списка линий Элемент списка может содержать либо саму линию: struct ListElem { PLine line; ListElem *next; }; либо указатель на динамически выделяемую линию: struct ListElem { PLine *line; ListElem *next; };

Содержание слайда: Элемент списка целых Для простоты будем рассматривать список целых с элементами struct ListElem { int value; ListElem *next; }; где значение value будет также служить ключом при поиске в списке.

Содержание слайда: Класс для списка целых Начальный вид класса, в который мы будем добавлять новые методы: class List { ListElem *pbeg, *pend; public: List() { pend = pbeg = NULL; } ~List() { clear(); } void push_front(int val); int pop_front(); void clear(); … };

Содержание слайда: Операции с начальным элементом void List::push_front(int val) { ListElem *pnew = new ListElem; pnew->value = val; pnew->next = pbeg; pbeg = pnew; if (!pend) pend = pnew; } int List::pop_front() { if (!pbeg) return -1; ListElem *ptr = pbeg; int val = pbeg->value; pbeg = pbeg->next; if (!pbeg) pend = NULL; delete ptr; return val; }

Содержание слайда: Очистка списка Открытый метод clear очищает список, удаляя все его элементы. Данный метод используется и в деструкторе. void List::clear() { ListElem *ptr; while (pbeg != NULL) { ptr = pbeg; pbeg = pbeg->next; delete ptr; } }

Содержание слайда: Добавление элемента в конец списка Вариант 1: указатель на последний элемент pend не используется. void List::push_back(int val) { ListElem *pcur, *pnew = new ListElem; pnew->value = val; pnew->next = NULL; if (!pbeg) pbeg = pnew; else { for (pcur = pbeg; pcur->next; ) pcur = pcur->next; pcur->next = pnew; } }

Содержание слайда: Добавление элемента в конец списка Вариант 2: используется указатель на последний элемент списка pend. void List::push_back(int val) { ListElem *pnew = new ListElem; pnew->value = val; pnew->next = NULL; if (!pbeg) pbeg = pend = pnew; else { pend->next = pnew; pend = pnew; } }

Содержание слайда: Извлечение последнего элемента списка int List::pop_back() { if (!pbeg) return -1; ListElem *pcur = pbeg, *prem = pend; int val = pend->value; if (pbeg == pend) pbeg = pend = NULL; else { while (pcur->next != pend) pcur = pcur->next; pcur->next = NULL; pend = pcur; } delete prem; return val; }

Содержание слайда: Вычисление длины списка int List::getcount() { ListElem *pcur = pbeg; int count = 0; for (; pcur; pcur = pcur->next) count++; return count; }

Содержание слайда: Сцепление двух списков void List::join(List& lst) { if (!lst.pbeg) return; if (!pbeg) pbeg = lst.pbeg; else pend->next = lst.pbeg; pend = lst.pend; lst.pbeg = lst.pend = NULL; } Вызов: List a, b; int i; for (i = 0; i < 10; i++) a.push_back(i*2); for (i = 0; i < 20; i++) b.push_back(i+1); a.join(b);

Содержание слайда: Поиск в списке по ключу Для поиска реализуем private-метод find_elem (поиск элемента списка по ключу) и public-метод find (поиск значения по ключу): ListElem* List::find_elem(int keyval) { ListElem *pcur = pbeg; for (; pcur; pcur = pcur->next) if (pcur->value == keyval) break; return pcur; } int List::find(int keyval) { ListElem *ptr = find_elem(keyval); if (!ptr) return -1; return ptr->value; }

Содержание слайда: Поиск элемента по ключу (для удаления) ListElem* List::find_elem(int keyval, ListElem*& prev) { ListElem *pcur = pbeg; prev = NULL; while (pcur && pcur->value != keyval) { prev = pcur; pcur = pcur->next; } return pcur; }

Содержание слайда: Удаление элемента с заданным ключом Public-метод удаления элемента с заданным значением ключа: bool List::remove(int keyval) { ListElem *prem, *prev; prem = find_elem(keyval, prev); if (!prem) return false; if (!prev) pbeg = pbeg->next; else prev->next = prem->next; if (prem == pend) pend = prev; delete prem; return true; }

Содержание слайда: Операции с текущим элементом списка Во многих задачах пользователю требуется выполнять операции с конкретным (текущим) элементом списка, например: модифицировать информационную часть текущего элемента вставить новый элемент после текущего удалить текущий элемент последовательно обработать все элементы от начала до конца списка. При этом пользователь должен работать только с информационной частью элементов, а формат списка и его элементов должны быть скрытыми. Чтобы реализовать это, можно добавить в класс еще одно private-поле (указатель на текущий элемент), модифицировать старые и включить новые методы.

Содержание слайда: Модификация класса List В данном примере приведены только новые члены класса и модифицируемый метод поиска элемента: class List { ListElem *pbeg, *pend, *pcurpos; ListElem *find_elem(int keyval); public: List() { pend = pbeg = pcurpos = NULL; } int *get_first(); int *get_last(); int *get_next(); int *get_current(); bool insert(int val); bool remove(); };

Содержание слайда: Модификация метода find_elem Private-метод find_elem ищет элемент списка по ключу и изменяет указатель на текущий элемент: ListElem* List::find_elem(int keyval) { ListElem *pcur = pbeg; for (; pcur; pcur = pcur->next) if (pcur->value == keyval) break; pcurpos = pcur; return pcur; }

Содержание слайда: Методы доступа к информационной части Получение адреса информационной части начального элемента (NULL для пустого списка): int* List::get_first() { pcurpos = pbeg; if (!pcurpos) return NULL; return &(pcurpos->value); } Получение адреса информационной части последнего элемента (NULL для пустого списка): int* List::get_last() { pcurpos = pend; if (!pcurpos) return NULL; return &(pcurpos->value); }

Содержание слайда: Методы доступа к информационной части Получение адреса информационной части текущего элемента (NULL, если текущий не установлен): int* List::get_current() { if (!pcurpos) return NULL; return &(pcurpos->value); } Получение адреса информационной части элемента, следующего за текущим (или NULL): int* List::get_next() { if (!pcurpos) return NULL; pcurpos = pcurpos->next; if (!pcurpos) return NULL; return &(pcurpos->value); }

Содержание слайда: Включение нового элемента Включение нового элемента после текущего (текущая позиция не изменяется): bool List::insert(int val) { if (!pcurpos) return false; ListElem *pnew = new ListElem; pnew->value = val; pnew->next = pcurpos->next; pcurpos->next = pnew; return true; }

Содержание слайда: Удаление текущего элемента bool List::remove() { if (!pcurpos) return false; ListElem *pcur = pbeg, *prev = NULL; while (pcur != pcurpos) { prev = pcur; pcur = pcur->next; } if (!prev) pbeg = pcur->next; else prev->next = pcur->next; pcurpos = pcur->next; if (!pbeg) pend = pcurpos = NULL; else if (pend == pcur) pend = prev; delete pcur; return true; }

Содержание слайда: Пример работы с текущим элементом void main() { List a; int i, *pval; for (i = 0; i < 50; i++) a.push_back(rand()%100); for (pval = a.get_first(); pval;) { if (pval->value%2) (pval->value)--; pval = a.get_next(); } a.get_first(); if (!a.get_next()) return; if (get_current()->value < 50) { a.insert(77); a.remove(); } }

Содержание слайда: Класс для упорядоченного списка целых class SortedList { ListElem *pbeg, *pend; ListElem *find_elem(int keyval, ListElem*& prev); ListElem *find_elem(int keyval); ListElem *pop_front(); void push_back(ListElem *ptr); public: SortedList() { pend = pbeg = NULL; } ~SortedList() { clear(); } void clear(); bool remove(int keyval); void add(int val); int find(int keyval); void merge(SortedList &lst); };

Содержание слайда: Добавление к упорядоченному списку void SortedList::add(int val) { ListElem *pnew = new ListElem; pnew->value = val; pnew->next = NULL; if (!pbeg) pbeg = pend = pnew; else if (pbeg->value >= val) { pnew->next = pbeg; pbeg = pnew; } else if (pend->value < val) { pend->next = pnew; pend = pnew; } else { ListElem *prev=pbeg, *pnex=pbeg->next; while (pnex->value < val) { prev = pnex; pnex = pnex->next; } prev->next = pnew; pnew->next = pnex; } }

Содержание слайда: Поиск элемента в упорядоченном списке ListElem* SortedList::find_elem(int keyval) { ListElem *pcur = pbeg; while (pcur && pcur->value < keyval) pcur = pcur->next; if (pcur && pcur->value == keyval) return pcur; return NULL; }

Содержание слайда: Поиск значения в упорядоченном списке int SortedList::find(int keyval) { ListElem *ptr = find_elem(keyval); if (!ptr) return -1; return ptr->value; }

Содержание слайда: Идея слияния двух упорядоченных списков Слияние двух упорядоченных списков A (текущего) и B можно проводить, строя дополнительный упорядоченный список C. При этом не нужно создавать новых элементов: надо извлекать начальные элементы либо из A, либо из B, и переносить их в конец C. После заполнения C списки A и B будут пустыми. Если необходимо, чтобы объединенный список хранился в A, необходимо просто перенести туда значения pbeg и pend из C, а затем очистить эти поля в C (это необходимо, чтобы при работе деструктора C не удалялись элементы списка).

Содержание слайда: Извлечение начального элемента Private-метод извлечения начального элемента и возврата его адреса: ListElem *SortedList::pop_front() { if (!pbeg) return NULL; ListElem *ptr = pbeg; pbeg = pbeg->next; if (!pbeg) pend = NULL; return ptr; }

Содержание слайда: Добавление элемента в конец списка Private-метод добавления элемента, заданного адресом, в конец списка: void SortedList::push_back(ListElem *ptr) { ptr->next = NULL; if (!pbeg) pbeg = pend = ptr; else { pend->next = ptr; pend = ptr; } }

Содержание слайда: Слияние двух упорядоченных списков void SortedList::merge(SortedList& B) { if (!B.pbeg) return; if (!pbeg){ pbeg = B.pbeg; pend = B.pend; B.pbeg = B.pend = NULL; } else { SortedList C; ListElem *ptr; while (pbeg || B.pbeg) { if (!B.pbeg) ptr = pop_front(); else if (!pbeg) ptr = B.pop_front(); else if (pbeg->value <= (B.pbeg)->value) ptr = pop_front(); else ptr = B.pop_front(); C.push_back(ptr); } pbeg = C.pbeg; pend = C.pend; C.pbeg = C.pend = NULL; } }

Содержание слайда: Использование упорядоченных списков void main() { SortedList a, b; int i; for (i = 0; i < 30; i++) a.add(rand()%100); for (i = 0; i < 20; i++) b.add(rand()%100); if (a.find(99) != -1) a.remove(99); b.merge(a); cout << b.getcount() << endl; }