ADT/ADS = abstraktní datové typy / struktury

Transkript

1 DT = datové typy obor hodnot, které může proměnná nabývat, s operacemi na tomto oboru určen: obor hodnot + výpočetní operace např. INT = { až } + {+,,*,/,} ADT/ADS = abstraktní datové typy / struktury poprvé představen 1974, veřejnosti až 1977 implementačně nezávislá struktura dat s operacemi na této struktuře určen: množství alokované paměti + druh dat paměť (B) dáno programovacím jazykem a typem PC» Java (pevná velikost), C, C++ (dle velikosti registru ½, 1, 2) druh dat způsob manipulace s daty (DT)» celé číslo, řetězec znaků, měna, desetinné číslo, 1

2 podle historického vývoje IT klasické DT jednoduché DT složené DT zvláštní DT klasické ADT základní ZDT uživatelské UDT prostředí.net hodnotový DT referenční DT klasické DT jednoduché DT ordinální (ex. předchůdce a následník)» log.hodnota (boolean), c.číslo (integer), znak (char), výč.typ (enum) neordinální (číslo s plovoucí čárkou)» reálné číslo (real, float, double) prázdný» void, null, nill složené DT homogenní» pole, textový řetězec nehomogenní» seznamy, struktury, záznamy, třídy zvláštní DT» ukazatel (*pt), soubor (file),... 2

3 klasické ADT/ADS ZDT = základní, primitivní, vestavěné (built in) definované programovacím jazykem celočíselné, s plovoucí desetinnou čárkou, znakové, logická hodnota» Java: byte, short, int, long, float, double, char, String, boolean» C#: s byte, u short, u int, u long, float, double, decimal, char, string, bool, object UDT = uživatelsky definované definované programátorem seskupení primitivních ZDT pole, textový řetězec, fronta, seznam, zásobník, strom,...» Java: pole array, třída class, výčtový typ enum, rozhraní interface» C#: pole array, třída class, výčtový typ enum, struktura struct, v prostředí.net předek třídy System.Object hodnotový datový typ vytváření dynamicky (složka třídy) nebo v zásobníku (lokální proměnná metody) Primitivní (atomické) datové typy celá čísla (byte, short, int, long), znaky (char), reálná čísla (float, double), logické hodnoty (bool), prázdný typ (void, null), výčtový typ, struktura referenční (odkazový) datový typ vytváření pouze dynamicky odkazování reference rušení automatická správa paměti řetězce (String), pole ([]), třídy (class), 3

4 celá čísla uložení: znaménko + bin.číslo byte (1B) 0 až 255 / 128 až +127 short (2B) 0 až / až int (4B, 6B) bez znaménka / se znaménkem unsigned / signed záporná čísla doplňkový kód např až / až long (8B) 0 až / až Java : byte, short, int, long signed C# : sbyte, byte, short, ushort, int, uint, long, ulong reálné číslo reálné číslo = mantisa * 2 exponent mantisa v normalizovaném tvaru (1, ) uložení: znaménko + mantisa + exponent (= pohyblivá čárka) velikost mantisy = max. počet platných cifer velikost exponentu = rozsah zobrazovaných hodnot real / float (4B) s jednoduchou přesností (3B mantisa + 1B exponent) ±1.5 x až ± 3.4 x přesnost na 7 8 cifer za desetinnou čárkou double (8B) s dvojitou přesností (6B mantisa + 2B exponent) ±5.0 x až ± 1.7 x přesnost na cifer za desetinnou čárkou 4

5 celočíselná hodnota znakové sady znaková sada (kódová stránka) + kódování ASCII (1B) 256/128 znaků (1 způsob kódování) kódování EBCDIC (souběžně s ASCII, pro sálové počíteče) kódové stránky národních abeced latin 1, latin 2, Kamenických, Win1250 Unicode (1B,2B,4B) znaků (17*65536)» standardy UCS (až 32b) + Unicode (až 16b) 1991 kódování UTF 7 (7b, znaková sada ASCII) kódování UTF 8 (8 32b, ISO , Internet + OS GNU/Linux) kódování UCS 2 (16b), UTF 16 (16 32b, LE, BE, OS Windows) kódování UCS 4, UTF 32 (32b, LE, BE, neefektivní)» endianita = ukládání vícebajtových DT (0x4A3B2C1D), LE, BE, ME char (2B) lze použít jako celočíselný typ bez znaménka (ushort) boolean (1bit) 1 / 0 true / false pravda / nepravda uložen často jako 1B existují i další ZDT různé pro různé programovací jazyky Java : string C# : decimal, void, list, 5

6 proměnná = odkaz na paměťové místo na paměťovém místě najdeme hodnotu proměnné název = ukazatel na 1.bajt datový_typ = velikost paměťového místa (1B, 2B, 4B, ) obsah deklarace: datový_typ název_proměnné ; short obsah; definice: název_proměnné = hodnota ; obsah = 15; ukazatel = odkaz na paměťovou adresu na paměťové adrese najdeme adresu jiné proměnné velikost adresy v pamě rychlejší práce pro velké datové struktury lze použít jako prvek struktury, atribut třídy adresový operátor & pro získání adresy proměnné operátor * pro práci s hodnotou proměnné v místě adresy obsah ptobsah deklarace: datový_typ * název_ukazatele ; short *ptobsah; definice: název_ukazatele = & proměnná ; ptobsah = &obsah; 6

7 pole = odkaz na řadu homogenních paměťových míst prvek pole = jedno paměťové místo určen indexem [i] umístěny v paměti vedle sebe stejného datového typu statické pole (při překladu musí být známa fixní velikost pole) dynamické pole (při běhu programu se může měnit velikost pole) obsah[0] obsah[1] obsah[2] obsah[3] deklarace: datový_typ[] název_pole [počet_prvků] ; short obsah[4]; short[] objem = new short[pocet]; definice: název_pole[prvek] = hodnota ; obsah[1] = 15; objem[3] = 7; struktura = odkaz na seskupení heterogenních paměťových míst prvek struktury = jedno paměťové místo různého datového typu umístěny v paměti vedle sebe určen instancí a operátorem. ABCD.obsah ABCD.nazev[0] ABCD.nazev[1] hodnotový typ ADS PQRS.obsah deklarace: struct název_str { typ prvek; } prom ; struct ctverec{ short obsah; char nazev[2]; } ABCD, PQRS; definice: název_prom. prvek = hodnota ; ABCD.obsah = 15; ABCD.nazev = "PX"; 7

8 třída = odkaz na seskupení heterogenních paměťových míst prvek třídy = jedno paměťové místo různého datového typu umístěny v paměti vedle sebe určen instancí a operátorem new ABCD.obsah ABCD.nazev[0] ABCD.nazev[1] referenční typ ADS PQRS.obsah deklarace: class název_tr { typ prvek; metody } ; class ctverec{ short obsah; char nazev[2]; Constr() }; definice: název_tr prom = new Constr() ; ctverec ABCD = new Constr(15,"PX"); ctverec PQRS = new Constr(); zásobník = způsob seskupení paměťových míst metoda LIFO (last in, first out) součást skoro každého programu zasobnik[0] zasobnik[1] zasobnik[2] zasobnik[3] vrchol = 1 int velikost = 4; int Zasobnik[velikost]; int vrchol = 1; public class Stack { object[] items; int count; public void Push(object item) {...} public object Pop() {...} } Stack zasobnik = new Stack(); 8

9 zásobník = způsob seskupení paměťových míst metoda LIFO (last in, first out) Vložení hodnoty 24 do Zásobníku zasobnik[0] zasobnik[1] zasobnik[2] zasobnik[3] 24 vrchol = vrchol + 1; Zasobnik[vrchol] = 24; vrchol = 0 zasobnik.push(24); zásobník = způsob seskupení paměťových míst metoda LIFO (last in, first out) Vložení hodnoty 59 do Zásobníku zasobnik[0] zasobnik[1] zasobnik[2] zasobnik[3] vrchol = vrchol + 1; Zasobnik[vrchol] = 59; vrchol = 1 zasobnik.push(59); 9

10 zásobník = způsob seskupení paměťových míst metoda LIFO (last in, first out) Vložení hodnoty 11 do Zásobníku zasobnik[0] zasobnik[1] zasobnik[2] zasobnik[3] vrchol = vrchol + 1; Zasobnik[vrchol] = 11; vrchol = 2 zasobnik.push(11); zásobník = způsob seskupení paměťových míst metoda LIFO (last in, first out) Vložení hodnoty 37 do Zásobníku zasobnik[0] zasobnik[1] zasobnik[2] zasobnik[3] vrchol = vrchol + 1; Zasobnik[vrchol] = 37; zasobnik.push(37); vrchol = 3 10

11 zásobník = způsob seskupení paměťových míst metoda LIFO (last in, first out) Vyjmutí hodnoty 37 ze Zásobníku zasobnik[0] zasobnik[1] zasobnik[2] zasobnik[3] pom = Zasobnik[vrchol]; vrchol = vrchol 1; vrchol = 2 int pom = (int) zasobnik.pop(); zásobník = způsob seskupení paměťových míst metoda LIFO (last in, first out) Vyjmutí hodnoty 11 ze Zásobníku zasobnik[0] zasobnik[1] zasobnik[2] zasobnik[3] pom = Zasobnik[vrchol]; vrchol = vrchol 1; vrchol = 1 int pom = (int) zasobnik.pop(); 11

12 zásobník = způsob seskupení paměťových míst metoda LIFO (last in, first out) Vyjmutí hodnoty 59 ze Zásobníku zasobnik[0] zasobnik[1] zasobnik[2] zasobnik[3] pom = Zasobnik[vrchol]; vrchol = vrchol 1; vrchol = 0 int pom = (int) zasobnik.pop(); zásobník = způsob seskupení paměťových míst metoda LIFO (last in, first out) Vložení hodnoty 31 do Zásobníku zasobnik[0] zasobnik[1] zasobnik[2] zasobnik[3] vrchol = vrchol + 1; Zasobnik[vrchol] = 31; vrchol = 1 zasobnik.push(31); 12

13 používané metody / funkce: je zásobník plný? ano, pokud 1 ne, pokud 1 je zásobník prázdný? ano, pokud 1 ne, pokud 0 vlož (push) hodnotu do zásobníku. otestuj, zda již není plný vyjmi (pop) hodnotu ze zásobníku. otestuj, zda již není prázdný fronta = způsob seskupení paměťových míst metoda FIFO (first in, first out) cyklická fronta[0] fronta[1] fronta[2] fronta[3] int velikost = 4; int Fronta[velikost]; int = 0; int konec = 0; = 0 konec = 0 public class Queue { object[] items; int start, stop; public void Push(object item) {...} public object Pop() {...} } Queue fronta = new Queue(); 13

14 fronta = způsob seskupení paměťových míst metoda FIFO (first in, first out) cyklická Vložení hodnoty 24 do Fronty fronta[0] fronta[1] fronta[2] fronta[3] 24 = 0 Fronta[konec] = 24; konec = (konec + 1) % velikost; konec = 1 fronta.push(24); fronta = způsob seskupení paměťových míst metoda FIFO (first in, first out) cyklická Vložení hodnoty 59 do Fronty fronta[0] fronta[1] fronta[2] fronta[3] = 0 Fronta[konec] = 59; konec = (konec + 1) % velikost; konec = 2 fronta.push(59); 14

15 fronta = způsob seskupení paměťových míst metoda FIFO (first in, first out) cyklická Vložení hodnoty 11 do Fronty fronta[0] fronta[1] fronta[2] fronta[3] = 0 Fronta[konec] = 11; konec = (konec + 1) % velikost; fronta.push(11); konec = 3 fronta = způsob seskupení paměťových míst metoda FIFO (first in, first out) cyklická Vyjmutí hodnoty 24 z Fronty fronta[0] fronta[1] fronta[2] fronta[3] pom = Fronta[]; = ( + 1) % velikost; = 1 konec = 3 int pom = (int) fronta.pop(); 15

16 fronta = způsob seskupení paměťových míst metoda FIFO (first in, first out) cyklická Vyjmutí hodnoty 59 z Fronty fronta[0] fronta[1] fronta[2] fronta[3] pom = Fronta[]; = ( + 1) % velikost; = 2 konec = 3 int pom = (int) fronta.pop(); fronta = způsob seskupení paměťových míst metoda FIFO (first in, first out) cyklická Vložení hodnoty 31 do Fronty fronta[0] fronta[1] fronta[2] fronta[3] konec = 0 Fronta[konec] = 31; konec = (konec + 1) % velikost; = 2 fronta.push(31); 16

17 fronta = způsob seskupení paměťových míst metoda FIFO (first in, first out) cyklická Vložení hodnoty 47 do Fronty fronta[0] fronta[1] fronta[2] fronta[3] Fronta[konec] = 47; konec = (konec + 1) % velikost; konec = 1 = 2 fronta.push(47); používané metody / funkce: je fronta plná? ano, pokud 1 % ne, pokud 1 % je fronta prázdná? ano, pokud ne, pokud vlož (push) hodnotu do fronty. otestuj, zda již není plná vyjmi (pop) hodnotu z fronty. otestuj, zda již není prázdná 17

18 lineární spojový seznam, zřetězený seznam (list) dynamická datová struktura» dynamická alokace paměti, tvorba struktur pole, stromy, grafy náročnější na čas, paměť a zkušenost programátora prvek» přístup k prvkům složitější (nelze indexy) jednosměrný data + odkaz na další prvek jednodušší, horší procházení obousměrný (dvoucestný, dvousměrný) data + odkaz na předchozí a další prvek složitější, procházení oběma směry data data prvek predchozi jednosměrný data + odkaz na další prvek jednodušší, horší procházení vkládání prvků na začátek na konec na pozici v seznamu prvek data jednosměrně zřetězený seznam class Prvek{ private int data; private Prvek ; public Prvek(int d) { NastavData(d); = null; } public int VratData() {} public void NastavData(int d) {} }; 18

19 jednosměrný, vkládání na začátek seznamu Vložení hodnoty 24 do Seznamu 24 null = new Prvek(24); jednosměrný, vkládání na začátek seznamu Vložení hodnoty 59 do Seznamu 24 null 59 null = new Prvek(59); 19

20 jednosměrný, vkládání na začátek seznamu Vložení hodnoty 59 do Seznamu 24 null 59 adr.24. = ; jednosměrný, vkládání na začátek seznamu Vložení hodnoty 59 do Seznamu 24 null 59 adr.24 = ; 20

21 jednosměrný, vkládání na začátek seznamu Vložení hodnoty 11 do Seznamu 24 null 11 null 59 adr.24 = new Prvek(11); jednosměrný, vkládání na začátek seznamu Vložení hodnoty 11 do Seznamu 24 null 11 adr adr.24. = ; 21

22 jednosměrný, vkládání na začátek seznamu Vložení hodnoty 11 do Seznamu 24 null 11 adr adr.24 = ; jednosměrný, vkládání na začátek seznamu Seznam null 11 adr adr.24 22

23 jednosměrný, vkládání na začátek seznamu Vyjmutí hodnoty 59 ze Seznamu pom 24 null 11 adr adr.24 = ; pom =.; while (pom.data!= 59) = pom; pom =.; jednosměrný, vkládání na začátek seznamu Vyjmutí hodnoty 59 ze Seznamu pom 24 null 11 adr adr.24. = pom.; 23

24 jednosměrný, vkládání na začátek seznamu Vyjmutí hodnoty 59 ze Seznamu pom 24 null 11 adr adr.24 // zpracuj pom; jednosměrný, vkládání na začátek seznamu Seznam null 11 adr.24 24

25 obousměrný data + odkaz předchozí, další složitější vkládání prvků na začátek na konec na pozici v seznamu prvek data predchozi obousměrně zřetězený seznam class Prvek{ private int data; private Prvek predchozi, ; public: Prvek(int d) { NastavData(d); predchozi = null; = null; } public int VratData() {} public void NastavData(int d) {} }; obousměrný, vkládání na konec seznamu Vložení hodnoty 24 do Seznamu 24 null null konec = new Prvek(24); konec = ; 25

26 obousměrný, vkládání na konec seznamu Vložení hodnoty 59 do Seznamu 24 null null 59 null null konec = new Prvek(59); obousměrný, vkládání na konec seznamu Vložení hodnoty 59 do Seznamu 24 null adr null null konec konec. = ; 26

27 obousměrný, vkládání na konec seznamu Vložení hodnoty 59 do Seznamu 24 null adr adr.24 null konec.predchozi = konec; obousměrný, vkládání na konec seznamu Vložení hodnoty 59 do Seznamu 24 null adr adr.24 null konec = ; konec 27

28 obousměrný, vkládání na konec seznamu Vložení hodnoty 11 do Seznamu 24 null adr null null 59 adr.24 null = new Prvek(11); konec obousměrný, vkládání na konec seznamu Vložení hodnoty 11 do Seznamu 24 null adr null null 59 adr.24 adr.11 konec. = ; konec 28

29 obousměrný, vkládání na konec seznamu Vložení hodnoty 11 do Seznamu 24 null adr adr.59 null 59 adr.24 adr.11.predchozi = konec; konec obousměrný, vkládání na konec seznamu Vložení hodnoty 11 do Seznamu 24 null adr adr.59 null 59 adr.24 adr.11 konec = ; konec 29

30 obousměrný, vkládání na konec seznamu Seznam null adr adr.59 null 59 adr.24 adr.11 konec obousměrný, vkládání na konec seznamu Vyjmutí hodnoty 59 ze Seznamu 24 null adr adr.59 null 59 adr.24 adr.11 = ; while (.data!=59) =.; konec 30

31 obousměrný, vkládání na konec seznamu Vyjmutí hodnoty 59 ze Seznamu pom 24 null adr adr.59 null 59 adr.24 adr.11 pom =.predchozi; pom. =.; konec obousměrný, vkládání na konec seznamu Vyjmutí hodnoty 59 ze Seznamu pom 24 null adr adr.59 null 59 adr.24 adr.11 konec pom =.; pom.predchozi =.predchozi; 31

32 obousměrný, vkládání na konec seznamu Vyjmutí hodnoty 59 ze Seznamu pom 24 null adr adr.24 null 59 adr.24 adr.11 // zpracuj ; konec obousměrný, vkládání na konec seznamu Seznam null adr adr.24 null konec 32