Algoritmo e Estrutura de Dados I

Algoritmo e Estrutura de
Dados I
Aulas 18 – Tipos Abstratos de
Dados (TAD’s)
Márcia Marra
[email protected]
Estrutura de Dados
• Estruturas de dados e algoritmos estão
intimamente ligados:
– não se pode estudar estruturas de dados sem
considerar os algoritmos associados a elas,
– assim como a escolha dos algoritmos em geral
depende da representação e da estrutura dos dados.
• Para resolver um problema é necessário
escolher uma abstração da realidade, em geral
mediante a definição de um conjunto de dados
que representa a situação real.
• A seguir, deve ser escolhida a forma de
representar esses dados.
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Escolha da representação dos
dados
• A escolha da representação dos dados é
determinada, entre outras, pelas operações a
serem realizadas sobre os dados.
• Considere a operação de adição:
– Para pequenos números, uma boa representação é
por meio de barras verticais (caso em que a
operação de adição é bastante simples).
– Já a representação por dígitos decimais requer
regras relativamente complicadas, as quais devem
ser memorizadas.
– Entretanto, quando consideramos a adição de
grandes números é mais fácil a representação por
dígitos decimais (devido ao princípio baseado no
peso relativo da posição de cada dígito).
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Tipos de Dados
• Existem dois tipos principais de dados:
– Tipos simples
– Tipos estruturados
• Em geral definem uma coleção de valores simples,
ou um agregado de valores de tipos diferentes.
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Tipos Abstratos de Dados (TAD’s)
• Modelo matemático, acompanhado das
operações definidas sobre o modelo.
• Exemplo:
– o conjunto dos inteiros acompanhado das operações
de adição, subtração e multiplicação.
• TAD’s são utilizados extensivamente como base
para o projeto de algoritmos.
• A implementação do algoritmo em uma
linguagem de programação específica exige a
representação do TAD em termos dos tipos de
dados e dos operadores suportados.
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Tipos Abstratos de Dados (TAD’s)
• A representação do modelo matemático por trás
do tipo abstrato de dados é realizada mediante
uma estrutura de dados.
• Podemos considerar TAD’s como
generalizações de tipos primitivos e
procedimentos como generalizações de
operações primitivas.
• O TAD encapsula tipos de dados. A definição do
tipo e todas as operações ficam localizadas
numa seção do programa.
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Implementação de TAD’s
• Considere uma aplicação que utilize uma lista
de inteiros.
• Poderíamos definir TAD Lista, com as seguintes
operações:
1. faça a lista vazia;
2. obtenha o primeiro elemento da lista; se a
lista estiver vazia, então retorne nulo;
3. insira um elemento na lista.
• Há várias opções de estruturas de dados que
permitem uma implementação eficiente para
listas (por ex., o tipo estruturado arranjo).
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Implementação das TAD’s
• Cada operação do tipo abstrato de dados é
implementada como um procedimento na
linguagem de programação escolhida.
• Qualquer alteração na implementação do TAD
fica restrita à parte encapsulada, sem causar
impactos em outras partes do código.
• Cada conjunto diferente de operações define
um TAD diferente, mesmo atuem sob um
mesmo modelo matemático.
• A escolha adequada de uma implementação
depende fortemente das operações a serem
realizadas sobre o modelo.
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Tipos Abstratos de Dados em C
• Em C, utilizamos o conceito de estrutura para
definir tipos abstratos de dados (TAD’s).
• Uma estrutura agrupa várias variáveis numa só.
• Funciona como uma ficha pessoal que tenha
nome, telefone e endereço.
• A ficha seria uma estrutura. A estrutura, então,
serve para agrupar um conjunto de dados não
similares, formando um novo tipo de dados.
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Estruturas (Structs)
• São variáveis compostas heterogêneas
• Visa facilitar manipulação de um conjunto
de dados logicamente relacionados, mas
de diferentes tipos.
• Para se utilizar uma variável heterogênea é
preciso:
– Passo1: definir a estrutura
– Passo2: declarar as variáveis que terão esta
estrutura
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Criando uma estrutura
• Para se criar uma estrutura usa-se o comando struct.
Sua forma geral é:
struct <nome_estrutura> {
<tipo_de_dados> <nome da variável>;
<tipo_de_dados> <nome da variável>;
<tipo_de_dados> <nome da variável>;
. . .
} variaveis_estrutura;
• O nome_estrutura é o nome para a estrutura. As
variáveis_estrutura são opcionais e seriam nomes de
variáveis que o usuário já estaria declarando e que
seriam do tipo nome_estrutura.
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Exemplo de estruturas
struct est{
int i;
float f;
} a, b;
struct tipo_endereco {
char rua [50];
int numero;
char bairro [20];
char cidade [30];
char sigla_estado [3];
long int CEP;
};
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Exemplos de estruturas
• Vamos agora criar uma estrutura chamada
ficha_pessoal com os dados pessoais de
uma pessoa:
struct ficha_pessoal {
char nome [50];
long int telefone;
struct tipo_endereco endereco;
};
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Utilizando as estruturas
#include <stdio.h>
#include <string.h>
struct tipo_endereco {
char rua [50];
int numero;
char bairro [20];
char cidade [30];
char sigla_estado [3];
long int CEP;
};
struct ficha_pessoal {
char nome [50];
long int telefone;
struct tipo_endereco endereco;
};
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Exemplo utilizando estruturas
int main () {
struct ficha_pessoal ficha;
strcpy (ficha.nome,"Luiz Osvaldo Silva");
ficha.telefone=4921234;
strcpy (ficha.endereco.rua,"Rua das
Flores");
ficha.endereco.numero=10;
strcpy (ficha.endereco.bairro,"Cidade
Velha");
strcpy (ficha.endereco.cidade,"Belo
Horizonte");
strcpy (ficha.endereco.sigla_estado,"MG");
ficha.endereco.CEP=31340230;
return 0;
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}
Acessando as estruturas
• O programa declara uma variável ficha do
tipo ficha_pessoal e preenche os seus
dados.
• O exemplo mostra como podemos
acessar um elemento de uma estrutura:
basta usar o ponto (.).
• Assim, para acessar o campo telefone de
ficha, escrevemos:
ficha.telefone = 4921234;
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Acessando as estruturas
• Como a struct ficha pessoal possui um campo,
endereco, que também é uma struct, podemos
fazer acesso aos campos desta struct interna da
seguinte maneira:
ficha.endereco.numero = 10;
ficha.endereco.CEP=31340230;
• Desta forma, estamos acessando,
primeiramente, o campo endereco da struct
ficha e, dentro deste campo, estamos
acessando o campo numero e o campo CEP.
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Matrizes de Estruturas
• Um estrutura é como qualquer outro tipo de
dado no C. Podemos, portanto, criar matrizes de
estruturas.
• Vamos ver como ficaria a declaração de um
vetor de 100 fichas pessoais:
struct ficha_pessoal fichas [100];
• Poderíamos então acessar a segunda letra da
sigla de estado da décima terceira ficha
fazendo:
fichas[12].endereco.sigla_estado[1];
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Pratique o conceito de estruturas
• Escreva um programa fazendo o uso de
struct's.
– Você deverá criar uma struct chamada Ponto,
contendo apenas a posição x e y (inteiros) do
ponto.
– Declare 2 pontos, leia a posição
(coordenadas x e y) de cada um e calcule a
distância entre eles.
– Apresente no final a distância entre os dois
pontos.
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Atribuindo estruturas
• Podemos atribuir duas estruturas que
sejam do mesmo tipo.
• O C irá, neste caso, copiar uma estrutura,
campo por campo, na outra.
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Exemplo
struct est1 {
int i;
float f;
};
void main()
{
// Declara primeira e segunda como structs
struct est1 primeira, segunda;
primeira.i = 10;
primeira.f = 3.1415;
segunda = primeira;
// A segunda struct e' agora igual a primeira
printf(" Os valores armazenasdos na segunda struct
sao : %d e %f ", segunda.i , segunda.f);
}
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Atribuindo estruturas
• Na atribuição de estruturas, todos os
campos de primeira serão copiados na
segunda.
• Note que isto é diferente do que
acontecia em vetores, onde, para fazer a
cópia dos elementos de um vetor em
outro, tínhamos que copiar elemento por
elemento do vetor.
• Nas structs é muito mais fácil!
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Argumentos para funções
• Nos exemplos apresentados anteriormente,
vimos comandos da seguinte forma:
strcpy (ficha.nome,"Luiz Osvaldo Silva");
• Neste comando um elemento de uma estrutura
é passado para uma função. Este tipo de
operação pode ser feita sem maiores
considerações.
• Podemos também passar para uma função uma
estrutura inteira.
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Argumentos para funções
void PreencheFicha (struct ficha_pessoal ficha) {
...
...
}
• Como vemos acima é fácil passar a estrutura como um
todo para a função.
• Devemos observar que, como em qualquer outra função
no C, a passagem da estrutura é feita por valor.
• A estrutura que está sendo passada, vai ser copiada,
campo por campo, em uma variável local da função
PreencheFicha.
• Isto significa que alterações na estrutura dentro da
função não terão efeito na variável fora da função.
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Ponteiros e estruturas
• Podemos ter um ponteiro para uma
estrutura.
• Como poderia ser declarado um ponteiro
para as estruturas de ficha que estamos
usando nestas seções?
• Da mesma forma como declaramos
ponteiros para outras variáveis:
struct ficha_pessoal *p;
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Ponteiros e estruturas
• Os ponteiros para uma estrutura
funcionam como os ponteiros para
qualquer outro tipo de dados no C.
• Para usá-lo, existe duas possibilidades:
– A primeira é apontá-lo para uma variável
struct já existente, da seguinte maneira:
struct ficha_pessoal ficha;
struct ficha_pessoal *p;
p = &ficha;
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Ponteiros e estruturas
• A segunda é alocando dinamicamente memória
para ficha_pessoal usando, por exemplo, malloc():
#include <stdlib.h>
int main()
{
struct ficha_pessoal *p;
int a = 10;
p = (struct ficha_pessoal *)
malloc(a*sizeof(struct ficha_pessoal));
p[0].telefone = 3443768;
free(p);
return(0);
}
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Ponteiros e estruturas
• Há mais um detalhe a ser considerado.
• Se apontarmos o ponteiro p para uma
estrutura qualquer (como fizemos em
p = &ficha; ) e quisermos acessar um
elemento da estrutura poderíamos fazer:
(*p).nome
• Os parênteses são necessários, porque o
operador . tem precedência maior que o
operador * .
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Ponteiros e estruturas
• Porém, este formato não é muito usado.
• O que é comum de se fazer é acessar o
elemento nome através do operador seta, que é
formado por um sinal de "menos" (-) seguido por
um sinal de "maior que" (>), isto é: -> .
• Assim faremos:
p->nome
• A declaração acima é muito mais fácil e concisa.
Para acessarmos o elemento CEP dentro de
endereco faríamos:
p->endereco.CEP
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#includes…..
struct tipo_end
{
char *rua;
int numero;
};
int main()
{
struct tipo_end end1, end2;
char buffer[50];
printf("\nEntre o nome da rua:");
gets(buffer);
end1.rua = (char *) malloc((strlen(buffer)+1)*sizeof(char));
strcpy(end1.rua, buffer);
printf("\nEntre o numero:");
scanf("%d", &end1.numero);
end2 = end1;
printf("Dados 1:\n Endereco em end1 %s %d \n Endereco em end2 %s %d",
end1.rua,end1.numero,end2.rua, end2.numero);
strcpy(end2.rua, "Rua Mesquita");
end2.numero = 1100;
printf(" \n\nDados 2:\n Endereco em end1 %s %d \n Endereco em end2 %s %d",
end1.rua, end1.numero, end2.rua, end2.numero);
free(end1.rua);
return(0);
}
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Problemas!!!
• No programa anterior há um erro grave,
pois ao se fazer a atribuição end2 = end1,
o campo rua de end2 estará apontando
para a mesma posição de memória que o
campo rua de end1.
• Assim, ao se modificar o conteúdo
apontado por end2.rua estaremos também
modificando o conteúdo apontado por
end1.rua !!!
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Execução
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Comando typedef
• O comando typedef permite ao
programador definir um novo nome para
um determinado tipo.
• Sua forma geral é:
typedef antigo_nome novo_nome;
• Como exemplo vamos dar o nome de
inteiro para o tipo int:
typedef int inteiro;
• Agora é possível declarar o tipo inteiro.
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Comando typedef e estruturas
• O comando typedef também pode ser
utilizado para dar nome a tipos
complexos, como as estruturas.
• As estruturas criadas anteriormente
poderiam ser definidas como tipos através
do comando typedef.
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Exemplo
#include <stdio.h>
typedef struct tipo_endereco
{
char rua [50];
int numero;
char bairro [20];
char cidade [30];
char sigla_estado [3];
long int CEP;
} TEndereco;
typedef struct ficha_pessoal
{
char nome [50];
long int telefone;
TEndereco endereco;
} TFicha;
void main(void)
{
TFicha *ex;
...
}
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Teste Surpresa
•
Seja a seguinte struct que é utilizada para descrever os produtos que estão
no estoque de uma loja :
struct Produto {
char nome[30];
/* Nome do produto */
int codigo;
/* Codigo do produto */
float preco;
/* Preco do produto */
};
– Escreva uma instrução que declare uma matriz de Produto com
10 itens de produtos;
– Atribua os valores "Pe de Moleque", 13205 e R$0,20 aos
membros da posição 0 e os valores "Cocada Baiana", 15202 e
R$0,50 aos membros da posição 1 da matriz anterior;
– Faça as mudanças que forem necessárias para usar um
ponteiro para Produto ao invés de uma matriz de Produtos. Faça
a alocação de memória de forma que se possa armazenar 10
produtos na área de memória apontada por este ponteiro e
refaça as atribuições da letra b;
– Escreva as instruções para imprimir os campos que foram
atribuídos na letra c.
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