Решения | C++ | Динамические структуры

добавление элемента к динамической структуре, удаление элемента из динамической структуры, на обработку двусвязных и циклических динамических структур.

Анализ существующей динамической структуры: Dynamic2

В заданиях группы Dynamic мы встречаемся с двумя новыми видами данных: это динамические структуры, реализованные в виде цепочек связанных друг с другом записей типа TNode, и указатели типа PNode на записи TNode. Типы TNode и PNode не являются стандартными типами библиотеки языка C++; они определены в задачнике Programming Taskbook, а точнее, в подключаемом файле pt4.h.

Особенности, связанные с использованием этих новых типов данных, рассмотрим на примере задания Dynamic2.

Dynamic2°. Дан адрес P1 записи типа TNode. Эта запись связана полем Next со следующей записью того же типа, она, в свою очередь, — со следующей, и так далее до записи, поле Next которой равно NULL (таким образом, возникает цепочка связанных записей). Вывести значения полей Data для всех элементов цепочки, длину цепочки (т. е. число ее элементов) и адрес ее последнего элемента.

Создание программы-заготовки и знакомство с заданием

Напомним, что проект-заготовку для решения задания можно создать с помощью модуля PT4Load. Приведем текст функции Solve из файла Dynamic2.cpp, входящего в созданный проект (именно в эту функцию требуется ввести решение задачи):

void Solve() { Task("Dynamic2"); }

После запуска программы на экране появится окно задачника. На рисунке приводится вид окна в режиме с динамической компоновкой, появившемся в версии 4.11 задачника.

Это окно содержит в качестве исходных и результирующих данных новые элементы: динамические структуры и указатели.

Начнем с описания того, как отображается на экране динамическая структура. Для ее вывода используются две экранные строки; в первой строке отображаются имена указателей, связанных с данной структурой, а во второй — содержимое элементов этой структуры, т. е. значения их полей Data и способ связи между ними. Вся информация о динамической структуре отображается бирюзовым цветом (подобно информации об элементах файлов). Рассмотрим в качестве примера динамическую структуру, указанную на рисунке:

P1 75 - 65 - 22 - 26 - 10 >NULL

Этот текст означает, что структура состоит из 5 элементов, причем ее первый элемент имеет поле Data, равное 75, и связан с помощью своего поля Next со вторым элементом, поле Data которого равно 65, и так далее до последнего, пятого элемента, поле Data которого равно 10, а поле Next равно NULL, т. е. нулевому адресу, что является признаком завершения структуры. Таким образом, текст, описывающий данную динамическую структуру, является упрощенным вариантом следующей схемы:

Так как эта структура указана в разделе исходных данных, следовательно, после инициализации задания она уже существует и размещается в некоторой области динамической памяти (подобно тому, как исходные файлы после инициализации задания размещаются в каталоге учащегося). Как получить доступ к существующей динамической структуре? Здесь также уместна аналогия с файлами. Для доступа к внешнему файлу необходимо знать его имя, и в любом задании на обработку файлов имена исходных файлов входят в набор исходных данных. Для доступа к данным, размещенным в динамической памяти, необходимо знать их адрес, поэтому в любом задании на обработку динамических структур в набор исходных данных входят указатели, содержащие адреса этих структур.

Из текста, описывающего динамическую структуру, видно, что на ее первый элемент указывает указатель с именем P1, который также содержится в наборе исходных данных. Описание этого указателя имеет вид

P1 = ptr

Здесь текст «P1 =» является комментарием и выделяется, как обычный комментарий, светло-серым цветом, а текст «ptr» означает, что этот элемент исходных данных является указателем, который надо ввести в программу с помощью функции GetP или потока ввода pt.

Примечание. Может возникнуть вопрос: почему вместо условного текста «ptr» не отображается «настоящее» значение указателя (т. е. некоторый четырехбайтный адрес)? Это связано с тем, что, даже выведя это значение на экран, мы не сможем определить, с какими данными связан этот адрес, поэтому подобная информация на экране будет излишней.

Итак, слово «ptr» в разделе исходных или результирующих данных означает, что соответствующий элемент данных является указателем, причем непустым (для пустого указателя используется слово «NULL»). Определить, с каким элементом динамической структуры данных связан непустой указатель, можно по экранной информации об этой динамической структуре. Разумеется, при чтении указателя (с помощью функции GetP или потока pt) программа учащегося получит «настоящий» адрес, с помощью которого она сможет обратиться к исходной динамической структуре.

Аналогично, создав (или преобразовав) некоторую динамическую структуру, программа учащегося должна передать задачнику некоторый адрес, связанный в этой структурой (используя функцию PutP или поток вывода pt). Зная этот адрес, задачник сможет проверить правильность созданной структуры.

Приступаем к решению

Вернемся к заданию Dynamic2. В нем не требуется ни создавать, ни преобразовывать исходную структуру данных; ее необходимо лишь проанализировать, а именно, определить значения всех ее элементов, подсчитать количество элементов и, кроме того, вывести указатель на последний элемент этой структуры.

Приведем вначале неполное решение задачи, выводящее все необходимые данные, кроме указателя на последний элемент:

void Solve() { Task("Dynamic2"); int n = 0; PNode p1; pt >> p1; while (p1 != NULL) { pt << p1->Data; n++; p1 = p1->Next; } pt << n; }

После запуска программы можно убедиться, что все числовые результирующие данные определены правильно, однако из-за того, что не выведен указатель на последний элемент, решение признано ошибочным с диагностикой «Выведены не все результирующие данные».

Дополним последний оператор функции Solve следующим образом:

pt << n << p1;

После запуска нового варианта программы все требуемые данные будут выведены, однако результирующее значение указателя будет равно NULL. Это связано с тем, что после завершения цикла while в переменной p1 содержится нулевой указатель, а не указатель на последний элемент динамической структуры.

Правильное решение

Для того чтобы получить правильное решение, опишем вспомогательную переменную p2, в которой будем сохранять адрес элемента, предшествующего элементу с адресом p1. После завершения цикла while в этой переменной будет содержаться адрес последнего элемента динамической структуры:

void Solve() { Task("Dynamic2"); int n = 0; PNode p1, p2; pt >> p1; while (p1 != NULL) { pt << p1->Data; n++; p2 = p1; p1 = p1->Next; } pt << n << p2; }

Запустив эту программу три раза, мы получим сообщение «Задание выполнено!».

Примечание. Вместо макроса NULL в программе на C++ для обозначения нулевого указателя можно использовать обычную константу 0. Таким образом, заголовок цикла while можно записать в следующем виде:

while (p1 != 0)

Более того, учитывая, что любой указатель в C++ может быть автоматически преобразован к логическому типу, причем нулевой указатель преобразуется в false, а ненулевые — в true, заголовок цикла можно записать еще более кратко:

while (p1)

Однако вариант с макросом NULL, использованный в программе, обладает большей наглядностью, поэтому он будет использоваться и в последующих примерах программ.

функции DeleteNode (данная функция описана в файле pt4.cpp):

DeleteNode(p1);

Начиная с версии задачника 4.11, вместо функции DeleteNode можно использовать стандартный оператор освобождения памяти delete:

delete p1;

Запустив исправленную программу пять раз, мы получим сообщение «Задание выполнено!».

Двусвязные динамические структуры: Dynamic30

Особенности работы с двусвязными динамическими структурами рассмотрим на примере задания Dynamic30.

Dynamic30°. Дан указатель P1 на начало непустой цепочки элементов-записей типа TNode, связанных между собой с помощью поля Next. Используя поле Prev записи TNode, преобразовать исходную (односвязную) цепочку в двусвязную, в которой каждый элемент связан не только с последующим элементом (с помощью поля Next), но и с предыдущим (с помощью поля Prev). Поле Prev первого элемента положить равным NULL. Вывести указатель на последний элемент преобразованной цепочки.

Знакомство с заданием

Запустив программу-заготовку, созданную для этого задания, мы увидим в области исходных данных информацию об «обычной» односвязной структуре, подобной рассмотренным в предыдущих заданиях, например:

P1 35 - 11 - 36 - 39 - 56 >NULL

Динамическая структура, приведенная в разделе результатов, будет иметь две особенности: во-первых, ее элементы связаны символом «=», а во-вторых, перед первым элементом присутствует текст «NULL<»:

P2 NULL< 35 = 11 = 36 = 39 = 56 >NULL

Это означает, что результирующая структура является двусвязной, т. е. каждый ее элемент связан не только с последующим элементом (с помощью поля Next, как в односвязной структуре), но и с предыдущим элементом (с помощью нового поля Prev), а поле Prev первого элемента имеет значение NULL:

Решение задачи

Для преобразования исходной односвязной структуры в двусвязную необходимо задать правильные значения для полей Prev всех элементов структуры, перебирая в цикле пары соседних элементов:

void Solve() { Task("Dynamic30"); PNode p1, p2 = NULL; pt >> p1; while (p1 != NULL) { p1->Prev = p2; p2 = p1; p1 = p1->Next; } pt << p2; }

Запустив программу пять раз, мы получим сообщение «Задание выполнено!».

Циклические динамические структуры: Dynamic55

Динамическая структура называется циклической, если она замкнута в «кольцо», т. е. ее последний элемент связан полем Next с первым (в случае двусвязной структуры требуется также, чтобы ее первый элемент был связан полем Prev с последним элементом). Простейшим заданием на циклические структуры является Dynamic55.

Dynamic55°. Дан указатель P1 на первый элемент непустого двусвязного списка. Преобразовать список в циклический, связав его последний элемент с помощью поля Next с первым, а первый элемент с помощью поля Prev — с последним, и вывести указатель на элемент, который был последним элементом исходного списка.

Знакомство с заданием

Запустив программу-заготовку для этого задания, мы увидим на экране изображения двух динамических структур, которые будут выглядеть следующим образом (первая структура — исходный двусвязный список, вторая структура — результирующий циклический двусвязный список):

P1 NULL< 19 = 94 = 51 = 41 = 55 >NULL P2 << = 19 = 94 = 51 = 41 = 55 = >>

Обозначения «<< =» и «= >>» позволяют отличить циклический список от обычного (напомним, что у обычного двусвязного списка поле Prev первого элемента и поле Next последнего элемента равны NULL).

Таким образом, экранный текст, описывающий циклический двусвязный список, является упрощенным вариантом следующей схемы:

Решение задачи

Для решения задания Dynamic55 достаточно найти последний элемент исходного списка и связать его с первым элементом:

void Solve() { Task("Dynamic55"); PNode p1, p2; pt >> p1; p2 = p1; while (p2->Next != NULL) p2 = p2->Next; p2->Next = p1; pt << p2; }

В данном варианте решения мы «забыли» о том, что надо связать не только последний элемент с первым, но и первый с последним (поскольку наш список — двусвязный). Поэтому решение будет считаться ошибочным, причем в области результатов после последнего элемента будет изображен символ одинарной, а не двойной связи, например:

P2 NULL< 38 = 24 = 91 - >>

Для получения правильного решения достаточно добавить в программу перед оператором вывода pt << p2 следующий оператор:

p1->Prev = p2;

Запустив исправленную программу три раза, мы получим сообщение «Задание выполнено!».