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Capítulo 17
Criado por Frederick H. Colclough, Colorado Technical University
Estruturas de Dados Ligadas
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Objetivos de Estudo Nós e Listas Ligadas
Criando e buscando Aplicações de Listas Ligadas
Pilhas e Filas Classes Amigas e Alternativas Similares
Iteradores Ponteiros como iteradores
Árvores
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Introdução Listas Ligadas
Construídas com ponteiros Aumentam e diminuem durante a execução
Árvore também usa ponteiros Estruturas semelhantes a ponteiros
Usam variáveis dinâmicas Standard Template Library
Tem versões predefinidas de algumas estruturas
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Abordagens Três formas de lidar com estruturas
comoessas:
1- Abordagem estilo C: funções globais estructs com tudo público
2- Classes com variáveis-membro privadas eempregar funções accessor e mutator
3- Classes amigas Listas ligadas usarão o método 1 Pilhas e filas usarão o método 2 Árvores, o método 3
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Nós e Listas Ligadas Listas ligadas
Exemplo simples de uma ‘estrutura de dados dinâmica’ Compostas de nós
Cada ‘nó’ é uma variável do tipo struct ouclasse que é dinamicamente criada com o
operdador new Nós também contêm ponteiros para outros nós Fornecem ‘ligações’
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Nós e PonteirosPainel 17.1página 482
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Definição de Nó struct NoDaLista
{string item;int contagem;NoDaLista *link;
};typedef NoDaLista* NoDaListaPtr;
A ordem aqui é importante! NoDaLista é definido 1o, uma vez que é usada em
typedef
Observe também a ‘circularidade’
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Ponteiro Cabeça Caixa rotulada como ‘cabeça’ não é um
nó: NoDaListaPtr cabeca;
Um ponteiro simples para um nó Aponta para o primeiro nó na lista
Cabeça é usada para ‘manter’ o início da lista Também é usada como argumento para
Funções
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Exemplo de Acesso ao Nó
(*cabeca).contagem = 12; Fixa o membro contagem do nó apontado
porcabeca em 12
Operador alternativo, -> Chamado ‘operador seta’ Notação simplificada que combina * e . cabeca->contador = 12;
Idêntico ao exemplo acima cin >> cabeca->item
Atribui a string completa ao membro item
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Marcador de Final Use NULL para marcar o final
Considerado ‘sentinela’ para nós Indica que nenhuma ligação virá depois desse nó
Fornece um marcador de final parecido como que nós usamos em vetores parcialmente
preenchidos
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Acessando Dados nos NósPainel 17.2
página 484
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Listas Ligadas Listas como as mostradas são
chamadas
de Listas ligadas O primeiro nó é chamado Cabeça
Apontada por um ponteiro chamado cabeça O último nó também é especial
Sua variável membro ponteiro é NULL Teste simples para o ‘final’ da lista ligada
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Definição da Classe Listas ligadas class NoInt
{public:
NoInt( ){}NoInt(int osDados, NoInt* oLink)
: dados(osDados), link(oLink){}NoInt* getLink( ) const { return link; }int getDado( ) const { return dados; }void setDado(int osDados) { dados = osDados; }void setLink(NoInt* ponteiro) { link = ponteiro; }
private:int dados;NoInt *link;
};typedef NoInt* NoIntPtr;
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Classe Listas ligadas Note que todas as definições de funções-
membro são lineares Pequenas e simples o suficiente
Obeserve o construtor de dois parâmetros Permite a criação de nós com um determinado
inteiro como dado e com um membro link específico
Exemplo:NoIntPtr p2 = new NoInt(42, p1);
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Crriando o Primeiro Nó NoIntPtr cabeca; Declara a variável ponteiro cabeca cabeca = new NoInt;
Aloca dinamicamente o novo nó Nosso 1o nó na lista, é atribuído a cabeca
cabeca->setDado(3);cabeca->setLink(NULL);
Damos valores às variáveis-membros desse novo nó O membro ponteiro é fixado como igual a NULL,
pois ele é o último e também o primeiro
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Adicionando um Nó à Cabeça de uma Lista Ligada
Painel 17.3
página 487
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Armadilha: Nós PerdidosPainel 17.5 página 489
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Inserindo no Meio de uma Lista Ligada
Painel 17.6
página 490
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Removendo um NóPainel 17.7
página 491
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Busca em uma Lista Ligada
Função com dois argumentos:
NoIntPtr busca(NoIntPtr cabeca, int alvo);
//Pré-condição: o ponteiro cabeca aponta para a cabeça de uma
//lista ligada. A variável ponteiro no último nó é NULL.
//Se a lista estiver vazia, cabeca é NULL.
//Retorna um ponteiro que aponta para o primeiro nó que contenha o
//alvo. Se nenhum nó contiver o alvo, a função retorna NULL.
‘Passagem’ simples da lista Semelhante a percorrer um vetor
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Pseudocódigo Para Função Busca while (aqui não está apontando para um nó contendo
alvo e aqui não está apontando para o último nó)
{
Faz aqui apontar para o próximo nó na lista.
}
if (o nó apontado por aqui contém alvo)
return aqui;
else
return NULL;
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Algorítmo Para Função Busca
while (aqui–>getDado( ) != alvo && aqui–>getLink( ) != NULL)
aqui = aqui–>getLink( );
if (aqui–>getDado( ) == alvo)
return aqui;
else
return NULL;
Deve-se fazer um caso ‘especial’ para
listas vazias Não usado aqui
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Pilhas Estrutura de dados Pilha:
Acessa dados na ordem inversa em que foram armazenados LIFO – last-in/first-out (primeiro a entrar/último a sair) Pense na pilha como um ‘buraco no chão’
As pilhas são usadas para muitas tarefas: Controle de chamadas de função em C++ Gerenciamento de memória
Nosso uso: Uso em listas ligadas para implementar pilhas
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Uma Pilha: GráficoPainel 17.12 página 499
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Interface para uma Classe Template Pilha
Painel 17.13página 500
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Programa usando a Classe Template Pilha
Painel 17.14 página 501
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Pilha: Push (empurrar) e Pop (Saltar para fora)
Acrescente dados à pilha push ‘Empurrando’ os dados para pilha Lembre-se: Vai para o ‘topo’ da pilha
Removendo dados da pilha pop ‘Saltando para fora’ da pilha Lembre-se: removido do ‘topo’ da pilha
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Filas Outra estrutura de dados comum:
Lida com os dados no modo first-in/first-out(FIFO) (primeiro a entrar é o primeiro a sair)
Os itens são inseridos no final da lista E removidos na frente
Representação de uma típica formação em ‘linha’
Como as filas de um cinema
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Interface para uma Classe Template Fila
Painel 17.16
páginas 504-505
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Programa utilizando Classe Template Fila
Painel 17.17
página 505
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Classes Amigas Lembre-se do uso constante das funções
de acesso getlink e setlink Talvez você tenha achado muito chato Semelhante a tornar os dados públicos?!
Público torna-se disponível para TODOS!
Use Classes Amigas Torne a classe template fila ‘amiga’ da classe
template nó Todos os membros privados tornam-se
diretamentedisponíveis para as funções-membros classe fila!
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Declaração Antecipada O relacionamento de classes requer que
uma faça referência à outra Apresenta o problema Como pode-se declarar ‘ambas’ ao
mesmo tempo? Requerem declaraçao antecipada
Um simples cabeçalho de classe dentro da outraclasse fila; //Declaração antecipada.
Avisa que a ‘classe fila existirá’
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Iteradores Construção que permite percorrer em ciclos os
dados Como uma ‘passagem’ Permite ‘qualquer’ ação desejada sobre os
dados Ponteiros são geralmente usados como iteradores
Vistos na implementação de listas ligadas
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Ponteiros como Iteradores Lembre-se: Listas ligadas: Estrutura de
dados prototípica Ponteiros: exemplo prototípico de iterador
Usados como um iteradores, percorrendo a lista ligada,
um nó de cada vez, a começar da cabeça da lista: Exemplo:
Tipo_No *iterador;for (iterador = Cabeca; iterador != NULL;
iterador=iterador->Link)
Execute_a_Ação
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Classes Iteradoras Mais versátil que ponteiros Possui operadores sobrecarregados:
++ Move o iterador para o próximo item-- Move o iterador para o item anterior== Compara iteradores!= Compara para não-iguais* Acessa um item
Classe de estrutura de dados deve ter membros:begin(): retorna um iterador para o 1o item na estruturaend(): retorna um iterador para testar se chegou ao final
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Exemplo de Classe Iteradora Utilizando um iterador, você pode percorrer em
ciclos
os itens em uma estrutura de dados ed, da
seguinte forma:
for (i = ed.begin( ); i != ed.end( ); i++)
processe *i //*i é o item dado atual.
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Árvores: Introdução Árvores podem ser complexas estruturas de dados Somente veremos aqui os fundamentos:
Construindo e manipulando Usando nós e ponteiros
Lembre-se das listas ligadas: nós, têm somente
um ponteiro aponta para o próximo nó Árvores têm dois, e as vezes mais ponteiros
para outros nós
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Árvore BináriaPainel 17.23página 516
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Proriedades das árvores Observe os caminhos
A partir do topo para qualquer nó Nenhum ‘ciclo’ – siga os ponteiros, e alcançará
o final Obeserve que cada nó possui dois links
Chamada árvore binária É o tipo mais comum de árvore
Nó-raiz Similar a cabeca nas listas ligadas
Nós-folhas Ambas as variáveis link são NULL (nenhuma subárvore)
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Árvores e Recursão Observe que uma árvore apresenta estrutura recursiva
Cada árvore possui duas subárvores Cada subárvore possui outras duas subárvores
Etc., etc.
Torna as árvores adaptáveis a algorítmosrecursivos
Para busca, especialmente!
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Árvore: Processamento Processamento de Ordem Anterior
1. Processar os dados no nó-raiz.2. Processar a subárvore esquerda.3. Processar a subárvore direita.
Processamento em Ordem1. Processar a subárvore esquerda.2. Processar os dados no nó-raiz.3. Processar a subárvore direita.
Processamento de Ordem Posterior1. Processar a subárvore esquerda.2. Processar a subárvore direita.3. Processar os dados no nó-raiz.
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Regras de Armazenamento da Árvore Nosso exemplo armazenou valores de uma maneira especial:
Regra de Armazenamento da Árvore de Busca Binária:1- Valores na subárvore da esquerda são menores que o valor na raiz
2- Valores na subárvore da direita são maiores que o valor na raiz 3- Regras se aplicam recursivamente à cada subárvore
Árvores usando esse mecanismo de armazenamento: Chamadas Árvores de Busca Binária (ABB) Passagens:
Em ordem valores ‘em ordem’Ordem anterior notação ‘prefixo’ Ordem posterior notação ‘sufixo’
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Sumário 1 Nó é um struct ou objeto de classe
Um ou mais membros são ponteiros Nós podem ser conectados por ponteiros
Poduzem estruturas que podem aumentar e dimi-
nuir de tamanho em tempo de execução Listas ligadas
Listas de nós, onde cada nó aponta para o próximo
O final das listas ligadas são marcados com
um ponteiro NULL
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Sumário 2 Pilhas são estrututas de dados LIFO Filas são estruturas de dados FIFO Iterador é uma construção que permite
percorrer em ciclos os dados Estrutura de dados árvore
Nós possuem dois ou mais ponteiros Cada um apontando para outro nó/subárvore
Árvore de Busca Binária Regras especiais de armazenamento que
permitem buscas rápidas
