Strutture Dati in C++
Le strutture dati sono entità che permettono di memorizzare dati in modo
organizzato e funzionale a particolari esigenze
Strutture Dati tipiche in C++
Array
Matrici
Strutture
Classi
Code (queues)
Liste
Pile (stacks)
ecc
Laboratorio di Informatica
4. Array e strutture in C++
Corso di Laurea in Ingegneria Elettronica e Telecomunicazioni
A.A. 2013-2014
2° Semestre
Prof. Giovanni Pascoschi
Laboratorio di Informatica – A.A. 2013-2014
Array (vettori)
Le variabili di un array (elementi) vengono
identificate da un nome a cui va aggiunto un
indice tra parentesi quadre (che parte da 0)
In C++ ci sono due tipi di array
array (come nel C)
vector (classe Standard Template Library) (non in questo corso)
Memoria
I vari elementi sono memorizzati in locazioni di
memoria successive
voti[0]
8
voti[1]
4
voti[2]
3
Il numero di elementi di un array è fisso
sintassi
il numero di byte che l’array occupa in
memoria = numero di elementi * numero di byte
per ciascun elemento
tipo nomearray[espressione costante]
int voti[100];
double temperature[20];
Laboratorio di Informatica – A.A. 2013-2014
2
Array (vettori)
Un array è un insieme finito di N variabili dello stesso tipo, ognuno
identificata da un indice compreso tra 0 e N-1
p.e.
a cura di Pascoschi Giovanni
.....
a cura di Pascoschi Giovanni
3
Laboratorio di Informatica – A.A. 2013-2014
a cura di Pascoschi Giovanni
4
Elementi di un Array
Dichiarazione di un Array
Gli elementi di un array possono essere usati come una qualsiasi variabile
del tipo dell’array
E’ possibile inizializzare i valori di un array in fase di dichiarazione
Esempi:
Esempi:
int temp[6] = {-5, -1, 3, 12, 15, 21 };
voti[3] = 28;
cout << voti[13];
cin >> voti[32];
voto_diff = voti[2] – voti[18];
Laboratorio di Informatica – A.A. 2013-2014
oppure
int temp[ ] = {-5, -1, 3, 12, 15, 21 };
a cura di Pascoschi Giovanni
5
Accesso agli elementi di un Array
Laboratorio di Informatica – A.A. 2013-2014
a cura di Pascoschi Giovanni
6
Bound checking
L’indice di un array puo’ essere una espressione costante intera o
comunque una qualsiasi espressione intera
Il linguaggio C++ non prevede nessun meccanismo di controllo che un
indice di un array cada all’interno dell’intervallo [0,....,N-1] dove N è la
dimensione dell’array (bound checking)
Esempio:
In teoria è possibile anche usare indici negativi
for (int i=0; i< 500; i++) {
cin >> voti[i];
cout << voti[i];
}
In questi casi di fuoriuscita dell’indice dall’intervallo si accede a celle di
memoria che precedono o seguono l’area di memoria dov’è allocato l’array
si sporca l’area di memoria producendo in alcuni casi anche il crash del
programma o comunque effetti indisiderati nell’elaborazione del programma
Esempio:
cout << voti[ -3];
Laboratorio di Informatica – A.A. 2013-2014
a cura di Pascoschi Giovanni
7
Laboratorio di Informatica – A.A. 2013-2014
a cura di Pascoschi Giovanni
8
Esempio 1 (algoritmo di massimo con gli array)
Passaggio di array come parametri
#include <iostream>
using namespace std;
Gli array possono essere usati come parametri di una funzione
Gli array sono sempre passati per referenza (riferimento)
int main () {
int temp[100];
.......caricamento dei dati nell’array...
int i, max;
for(i=0; i<100; i++) {
if(i == 0) max = temp[i];
else {
if( temp[i] > max) max = temp[i];
}
}
cout << “Il valore piu’ grande è “ << max;
return 0;
}
Laboratorio di Informatica – A.A. 2013-2014
a cura di Pascoschi Giovanni
Esempio:
Laboratorio di Informatica – A.A. 2013-2014
9
float media( int a [ ], int num)
// definizione della funzione
media ( temp, numero);
// chiamata della funzione
Laboratorio di Informatica – A.A. 2013-2014
a cura di Pascoschi Giovanni
10
Array come parametri
Al momento della chiamata il nome del parametro formale passato per
riferimento diventa un sinonimo (alias) del parametro attuale facente
riferimento allo stesso array (non si crea un nuovo array ma un riferimento ad
un array esistente)
float media(int a[ ], int numero) {
int somma = 0;
for (int i=0; i<numero; i++) {
somma += a[i];
}
return somma/numero;
}
a cura di Pascoschi Giovanni
// dichiarazione prototipo
N.B.: bisogna fornire la dimensione dell’array alla funzione perchè altrimenti
non è nota
Esempio di passaggio di un array in una funzione
#include <iostream>
using namespace std;
float media(int [ ], int); // prototipo della funzione
const int MAX = 100;
float med;
int main () {
int temp[ MAX ];
int num;
.......caricamento parziale dei dati nell’array...
med = media( temp, num);
.........
return 0;
}
float media( int [ ], int);
Ogni modifica degli elementi dell’array parametro formale all’interno della
funzione rappresenta, in effetti, una modifica agli elementi dell’array
parametro attuale
11
Laboratorio di Informatica – A.A. 2013-2014
a cura di Pascoschi Giovanni
12
Come avere un array come tipo restituito da una funzione?
Elementi di un array come parametro
Non è possibile usare un array come tipo restituito da una funzione:
float[ ] funzione(....)
Gli elementi di un array possono essere passati come parametro sia per
valore che per riferimento come delle semplici variabili:
// errore: non è possibile
p.e.:
Soluzioni:
passare un array per riferimento (dove passera’ l’insieme dei dati)
restituire un puntatore ad un array (non locale) vedremo in seguito
usare la classe vector (non in questo corso)
nel main
swap( temp[i], temp[j] );
Definizione della funzione
swap(int& a, int& b)
Laboratorio di Informatica – A.A. 2013-2014
a cura di Pascoschi Giovanni
13
Array di caratteri
Laboratorio di Informatica – A.A. 2013-2014
a cura di Pascoschi Giovanni
Array di caratteri
la stringa è un array di caratteri con il terminatore ‘\0’ (carattere nullo)
la manipolazione delle stringhe si puo’ realizzare manipolando array di char
A differenza degli altri tipi di array è possibile stampare ed acquisire un
array di caratteri globalmente (stringa):
Esempi equivalenti:
char citta[7] = “Milano”;
cout<< citta;
char citta = { ‘M’, ‘i’, ‘l’, ‘a’, ‘n’, ‘o’ };
char citta[ ] = { ‘M’, ‘i’, ‘l’, ‘a’, ‘n’, ‘o’ };
char citta[7] = “Milano”;
Laboratorio di Informatica – A.A. 2013-2014
14
oppure
cin>>nome;
a cura di Pascoschi Giovanni
15
Laboratorio di Informatica – A.A. 2013-2014
a cura di Pascoschi Giovanni
16
Array di caratteri e stringhe (differenza)
Array di caratteri e stringhe (differenza)
Gli oggetti della classe string possono essere considerati come array di
caratteri di dimensione grande a piacere
Ad esempio per copiare una stringa:
I singoli caratteri possono essere modificati come gli elementi di un array
di tipo char
Esempio
string citta = “Roma”;
citta[1] = ‘i’;
cout<<citta;
string citta1, citta2;
citta1 = citta2;
// oggetto della classe string
char citta1[10], citta2[10];
strcpy(citta1, citta2);
// array di caratteri
La classe string fornisce una rappresentazione piu’ astratta di una stringa
ed è piu’ facile lavorare con oggetti della classe string che con array di
caratteri
Laboratorio di Informatica – A.A. 2013-2014
a cura di Pascoschi Giovanni
17
Array multidimensionali
18
Per accedere all’elemento che si trova nella riga i e nella colonna j si
utilizza la seguente notazione:
Sintassi :
tipo nomearray[dim1][dim2].....[dimn];
mat[i][j]
Esempio:
Gli array a 2 dimensioni si chiamano matrici
cout<< mat[2][3];
Esempio:
a cura di Pascoschi Giovanni
// stampa l’elemento della matrice di coordinate 2 e 3
gli indici di riga e colonna partono entrambi dal valore 0
// matrice di 10 righe e 5 colonne
Laboratorio di Informatica – A.A. 2013-2014
a cura di Pascoschi Giovanni
Matrici
E’ possibile dichiarare array con piu’ dimensioni
float mat[10][5];
Laboratorio di Informatica – A.A. 2013-2014
19
Laboratorio di Informatica – A.A. 2013-2014
a cura di Pascoschi Giovanni
20
Memorizzazione di Matrici
Inizializzazione di Matrici
Gli array multidimensionali sono memorizzati per
righe in locazioni contigue
j
1
int mat[3][3]= { {1,0,0}, {0,1,0}, {0,0,1} };
mat[0][0]
2
3
4
0
......
mat[0][4]
j
riga 0
0
Gli array multidimensionali possono essere inizializzati con una lista di
valori di inizializzazione racchiusi tra parentesi graffe:
Memoria
0
1
2
0
1
0
0
1
0
1
0
2
0
0
1
1
mat[1][0]
3
.......
4
mat[1][4]
5
riga 1
i
2
i
......
6
7
8
9
Laboratorio di Informatica – A.A. 2013-2014
a cura di Pascoschi Giovanni
21
Esempio con matrici
Laboratorio di Informatica – A.A. 2013-2014
a cura di Pascoschi Giovanni
22
Array multidimensionali come parametri
Memorizzazione di una tavola pitagorica
Nel caso di passaggio di array multidimensionali nella dichiarazione
bisogna specificare:
tutte le dimensioni
.....................
const int ROW=10, COL=10;
int mat[ROW][COL];
int i,j;
for(i=0; i<ROW; i++)
for(j=0; j<COL; j++)
mat[ i ] [ j ] = (i+1) * (j+1);
...................
Laboratorio di Informatica – A.A. 2013-2014
oppure tutte le dimensioni dalla seconda in poi (il compilatore ha
bisogno di conoscere queste informazioni per poter accedere agli
elementi nella memoria)
a cura di Pascoschi Giovanni
23
Laboratorio di Informatica – A.A. 2013-2014
a cura di Pascoschi Giovanni
24
Array multidimensionali come parametri (esempio 1)
Array multidimensionali come parametri (esempio 2)
void stampa(int mat[ROW][COL]) {
void stampa(int mat[ ][COL], int n) {
int i, j;
for(i=0; i<ROW; i++)
for(j=0; j<COL; j++)
cout << mat[ i ] [ j ] << endl;
}
int i, j;
for(i=0; i<n; i++)
for(j=0; j<COL; j++)
cout << mat[ i ] [ j ] << endl;
}
Laboratorio di Informatica – A.A. 2013-2014
a cura di Pascoschi Giovanni
25
Algoritmi fondamentali sugli array – Ricerca sequenziale
26
Scrivere una funzione che dato in input un array ordinato di interi serie[ ]
ed un numero find, restituisca vero o falso a seconda che il numero find sia
presente o meno nell’array
Supponiamo che l’array sia ordinato in senso crescente:
serie[0]<=serie[1]<=.....serie[n-1]
Passi dell’algoritmo
1.sx=0 , dx=n-1, med=(sx+dx)/2
2.si confronta l’elemento cercato find con l’elemento mediano serie[med]
3.se find=serie[med] il numero è presente
4.altrimenti, se il vettore ha almeno due elementi
se find<serie[med] si ripete la ricerca nella prima metà del vettore
(da serie[0] a serie[med-1]
si aggiornano dx e med e si va al passo 2
se find>serie[med] si ripete la ricerca nella seconda metà del
vettore (da serie[med+1] a serie[dx]
si aggiornano sx e med e si va al passo 2
bool ricerca(int serie[ ], int n, int find) {
bool trovato = false;
int i = 0;
while(i<n && !trovato) {
if(serie[i] == find) trovato = true;
i++;
}
return trovato;
}
a cura di Pascoschi Giovanni
a cura di Pascoschi Giovanni
Algoritmi fondamentali sugli array – Ricerca binaria(dicotomica)
Scrivere una funzione che dato in input un array di interi serie[ ] ed un
numero find, restituisca vero o falso a seconda che il numero find sia
presente o meno nell’array
Laboratorio di Informatica – A.A. 2013-2014
Laboratorio di Informatica – A.A. 2013-2014
27
Laboratorio di Informatica – A.A. 2013-2014
a cura di Pascoschi Giovanni
28
Algoritmi fondamentali sugli array – Ricerca binaria (dicotomica)
Algoritmi fondamentali sugli array – Ordinamento
bool ricerca(int serie[ ], int n, int find) {
Dato un array di elementi (interi, float, stringhe,...) serie[ ] ordinare gli
elementi dell’array in ordine crescente o decrescente, ossia in maniera tale
che:
serie[0]<= serie[1]<= serie[2]<=.......<= serie[n-1]
bool trovato = false;
int sx = 0, dx = n-1, med = (sx + dx)/2;
while(sx<=dx && !trovato) {
if(serie[med] == find) trovato = true;
else if (find<serie[med]) dx=med-1;
else sx=med+1;
med=(sx+dx)/2;
}
Esistono diversi algoritmi di ordinamento (Bubblesort, Insertion sort,
Quicksort, Mergesort, Heapsort, ecc)
return trovato;
}
Laboratorio di Informatica – A.A. 2013-2014
29
a cura di Pascoschi Giovanni
Algoritmo di Ordinamento Bubblesort
a cura di Pascoschi Giovanni
30
Algoritmo di Ordinamento Bubblesort : esempio
si scandisce la lista degli elementi confrontando coppie di elementi
successivi:
serie[0] con serie[1]
serie[1] con serie[2]
.......
serie[n-2] con serie[n-1]
Per ogni coppia, se i due elementi
serie[i]>serie[i+1] scambiare gli elementi
Laboratorio di Informatica – A.A. 2013-2014
non
sono
in
ordine
p.e.
6
6
6
6
25
2
2
2
2
25
4
4
4
4
25
25
45
45
45
32
32
32
32
45
passo 1
2
2
6
4
4
6
25
25
32
32
45
45
passo 2
2
4
6
25
32
45
passo 3
Ripetere fintanto che si effettua almeno uno scambio (al massimo n
ripetizioni)
Laboratorio di Informatica – A.A. 2013-2014
a cura di Pascoschi Giovanni
31
Laboratorio di Informatica – A.A. 2013-2014
a cura di Pascoschi Giovanni
32
Ordinamento Bubblesort
Strutture di dati
void bubblesort(int serie[ ], int n) {
Una struttura è un insieme finito di variabili (dette campi) non
necessariamente dello stesso tipo, ognuna identificata con un nome
l’insieme dei campi è denominato record
int i;
bool swapped;
do {
swapped=false;
for(i=0;i<n-1;i++) {
if (serie[i]>serie[i+1]) {
swap(serie[i],serie[i+1]);
swapped=true;
}
}
} while(swapped);
sintassi
struct nome_struttura {
tipo1 nome_variabile1;
.........
tipon nome_variabilen;
}
La struttura definisce un nuovo tipo di dato
}
Laboratorio di Informatica – A.A. 2013-2014
a cura di Pascoschi Giovanni
33
Strutture di dati
a cura di Pascoschi Giovanni
34
Strutture di dati
Dopo aver definito una variabile struttura, si accede ai singoli campi
mediante la notazione . (punto)
i campi di una struttura possono essere usati come qualunque variabile
dello stesso tipo
Una volta definito un tipo dati struttura, essa si comporta come
un qualsiasi altro tipo di dati. Si puo’ ad esempio:
assegnare una variabile struttura ad un’altra
far si’ che una funzione restituisca una struttura alla funzione
chiamante
passare strutture sia per valore che per referenza (riferimento)
esempio:
cd.prezzo=10;
cout<<cd.titolo;
cd.copie++;
Laboratorio di Informatica – A.A. 2013-2014
Laboratorio di Informatica – A.A. 2013-2014
a cura di Pascoschi Giovanni
35
Laboratorio di Informatica – A.A. 2013-2014
a cura di Pascoschi Giovanni
36
Esempi strutture di dati
Tabelle di dati
La tabella di dati è un array di strutture
daticd cd1 = {“Toccata e fuga”, “Bach”, 30, sinfonia };
//uguaglianza tra strutture
daticd cd2 = cd1;
struct giorno {
int gg;
int mm;
int aa;
};
void stampa_cd(daticd x) {
// passaggio per valore
cout<<“x.autore<<x.titolo<<x.prezzo<<x.genere<<endl;
}
void prezzo_scontato(daticd& x) {
x.prezzo=x.prezzo * 80/100;
}
Laboratorio di Informatica – A.A. 2013-2014
struct daticd {
string titolo;
string autore;
float prezzo;
string genere;
struct giorno giorno_vendita;
};
struct daticd CD[100]; // tabella costituita da 100 CD
// passaggio per referenza
a cura di Pascoschi Giovanni
37
Istruzione typedef
Laboratorio di Informatica – A.A. 2013-2014
a cura di Pascoschi Giovanni
38
a cura di Pascoschi Giovanni
40
Riepilogo della lezione
per poter descrivere in maniera piu’ concisa un tipo struttura si puo’ usare la
parola chiave typedef
Funzioni in C++
struct giorno {
int gg;
int mm;
int aa;
};
struct daticd {
string titolo;
string autore;
float prezzo;
string genere;
struct giorno vendita;
};
typedef struct daticd cddata; //non definisce un nuovo tipo, ma un sinonimo!!!!
cddata CD[100]; // tabella costituita da 100 CD
Laboratorio di Informatica – A.A. 2013-2014
a cura di Pascoschi Giovanni
39
Array in C++
Array come parametro nelle funzioni
Array di caratteri
Matrici (array multidimensionali)
Algoritmi fondamentali sugli array
Strutture di dati
Tabelle di dati
Laboratorio di Informatica – A.A. 2013-2014
Fine della lezione
Domande?
Laboratorio di Informatica – A.A. 2013-2014
a cura di Pascoschi Giovanni
41
