INFORMATICA
Tipi strutturati
int M[2][2];
Tipi strutturati
• I tipi considerati finora hanno la caratteristica comune di non essere strutturati: ogni elemento è una singola entità.
• Se il programma deve trattare collezioni di dati, anche se sono dello stesso tipo, a ognuno deve essere associato un identificatore.
• Supponendo di dover gestire le paghe in una ditta di 3000 dipendenti
sarebbe necessario definire 3000 variabili diverse, del tipo: operaio1,
operaio2, ...., impiegato1, impiegato2, ..., ecc.Tipi strutturati
• I linguaggi ad alto livello permettono di ovviare a questo inconveniente con i tipi strutturati, caratterizzati sia dal tipo dei loro componenti che dai legami
strutturali tra i componenti stessi, cioè dal metodo di strutturazione.
• Il linguaggio C, anche in questo caso, si presenta ambivalente: permette di creare dati aggregati, senza peraltro che questi costituiscano dei tipi nell'accezione
classica.
• Infatti l'organizzazione strutturale dei dati e le modalità di accesso ai singoli elementi che costituiscono la struttura non vengono nascoste all'utente, che invece può interagire con esse in piena libertà.
Vettori
• Il vettore è una collezione di variabili tutte dello stesso tipo (detto appunto tipo base) di lunghezza prefissata.
• Questa collezione di variabili è individuata da un unico nome, il nome appunto del vettore.
• Ogni elemento del vettore è detto componente ed è individuato dal nome del vettore seguito da un indice posto tra parentesi quadre.
• L'indice può essere solo di tipo intero o enumerato e determina la posizione dell'elemento nel vettore.
Vettori
• L'intervallo dei valori assunti dall'indice determina la dimensione del vettore, che deve essere limitata.
• Definizione generale di vettore:
tipo_componente nome_vettore [numero_componenti];
• tipo_componente può essere un qualunque tipo semplice,
• nome_vettore è il nome da attribuire al vettore,
• numero_componenti, racchiuso tra parentesi quadre, è il numero di elementi che
costituiscono il vettore e pertanto deve essere un intero o un'espressione costante di tipo intero.
Vettori
• L'indice del vettore può assumere valori compresi tra 0 e
numero_componenti – 1.• L'indice corrisponde pertanto alla posizione nel vettore dell’elemento a cui è associato, rispetto al primo.
• Gli elementi del vettore sono memorizzati in celle di memoria contigue (successive)!
Vettore a (di 5 elementi): a[0] a[1] a[2] a[3] a[4]
Vettori
• Esempi di definizioni di vettore:
#define NUM_MATERIE 20 char s[8];
double giornate[167];
int voti_ottenuti[NUM_MATERIE];
• La variabile s è un vettore di 8 elementi: equivale alle 8 variabili di tipo char: s[0], s[1], s[2], s[3], s[4], s[5], s[6], s[7].
• La variabile giornate è un vettore di 167 elementi di tipo double il cui indice può variare tra 0 e 166.
• La variabile voti_ottenuti è un vettore di 20 elementi di tipo intero il cui indice può variare tra 0 e 19.
Inizializzazione di un vettore
• E’ possibile assegnare un valore iniziale ad un vettore al momento della sua definizione.
• L’operazione consiste nell’indicare i valori degli elementi del vettore separati tra loro da virgola.
• Sintassi (per un vettore di N elementi):
= {<valore_0>, <valore_1>, ..., ,<valore_N-1>};
• Esempio:
int lista[4] = { 2, 0, -1, 5 };
Inizializzazione di un vettore
• NOTA: se vengono specificati meno di N elementi, l’inizializzazione
comincia comunque a partire dal primo valore e lascia non assegnati i rimanenti.
• Esempi:
int s[4] = {2, 0, -1}; /* s[0]=2, s[1]=0, s[2]=-1, s[3]=? */
char p[5] = {‘a’, ‘b’, ‘c’};
/* p[0]=‘a’, p[1]=‘b’, p[2]=‘c’, p[3]=?, p[4]=? */
double d[2] = {2.56}; /* d[0]=2.56, d[1]=? */
Vettori e indici
• L’indice, che definisce la posizione di un elemento di un vettore, DEVE essere rigorosamente un intero!
• Può ovviamente anche essere un’espressione, più o meno complessa, purché con risultato intero.
• Esempio:
double x, a[30]; /* a vettore di double */
int i, j, k;
...
x = a[2*i+j-k]; /* espressione aritmetica per l’indice */
Vettori e cicli
• I cicli sono particolarmente utili per “scandire” un vettore.
• Utilizzo tipico: applicazione iterativa di un’operazione sugli elementi di un vettore.
• Schema:
int data[10], ind;
...
for (ind=0; ind<10; ind++) {
elaborazione dell’elemento data[ind]
}
• Ad ogni ciclo è interessato l’elemento individuato dall’indice ind.
Vettori
• Non ci sono operatori che agiscono sul vettore nel suo complesso: non è lecito pertanto l'assegnamento di un vettore ad un altro vettore.
• Se vett_x e vett_y sono vettori, l'istruzione:
vett_x = vett_y;
è errata anche se vett_x e vett_y sono dello stesso tipo.
• Per trasferire un vettore in un altro occorre copiare un elemento per volta.
Vettori
• Esempio: copia il vettore vett_iniz nel vettore vett_fin
#include <stdio.h>
#define NUMDATI 5
int vett_iniz[NUMDATI] = {11, -2, -63, 4, 15};
int vett_fin[NUMDATI], indice;
main() {
for (indice = 0; indice < NUMDATI; indice++) vett_fin[indice] = vett_iniz[indice];
}
Vettori
• Sugli elementi del vettore agiscono gli operatori previsti per il tipo_componente.
Pertanto è lecito scrivere:
valor_fin = vett_x[m1] + vett_y[m2];
purché, naturalmente, valor_fin, il vettore vett_x e il vettore vett_y siano dello stesso tipo.
• Il tempo necessario per accedere a un elemento di un vettore è indipendente dal valore dell'indice: il vettore è pertanto una
struttura ad accesso casuale
Esempio
• Leggere 10 valori da tastiera e memorizzarli in un vettore; quindi calcolarne il minimo ed il massimo.
Pseudocodice:
- Con un indice ind che varia tra 0 e 9:
legge un dato e lo salva in vettdati[ind];
- Inizializzo la variabile massimo e la variabile minimo col primo elemento del vettore vettdati[0];
- Con un indice ind che varia tra 1 e 9:
se vettdati[ind] è più grande di massimo:
massimo vettdati[ind];
altrimenti se vettdati[ind] è più piccolo di minimo:
minimo vettdati[ind];
- Visualizza massimo e minimo
Esempio
#include <stdio.h>
#define NUMDATI 10
main() {
int minimo, massimo, ind;
int vettdati[NUMDATI];
/* lettura dei dati */
for (ind = 0; ind < NUMDATI; ind++) {
printf (“\nIntroduci vettdati[%d]: ", ind);
scanf ("%d", &vettdati[ind]);
}
/* cerca il massimo e il minimo */
massimo = vettdati[0];
minimo = vettdati[0];
for (ind = 1; ind < NUMDATI; ind++) {
if (vettdati[ind] > massimo) massimo = vettdati[ind];
else {
if (vettdati[ind] < minimo) minimo = vettdati[ind];
} }
printf (“\nIl massimo è %d e il minimo è %d\n ", massimo, minimo);
Esempio
Scrivere un programma che legga un numero decimale positivo minore di 1024 e lo converta nella corrispondente codifica binaria.
Analisi:
Per convertire in binario puro un numero decimale occorre eseguire una sequenza di divisioni per 2 prendendo i resti (0 oppure 1): occorre dunque un vettore per memorizzare questi resti.
Poiché i numeri devono essere compresi tra 0 e 1023 sono sufficienti 10 bit: il nostro vettore sarà pertanto lungo 10 elementi e in ogni elemento memorizzeremo una cifra.
I resti ottenuti dalle divisioni per 2 vanno però letti al contrario, conviene pertanto riempire il vettore a partire dall’ultimo elemento.
Per eseguire le divisioni per due è intuitivo che conviene servirsi di un ciclo il quale, ad ogni iterazione, calcola un nuovo bit (resto della divisione per 2).
for o while? È pressochè indifferente usare un ciclo for o un ciclo while: occorre però che le inizializzazioni delle variabili siano adattate al ciclo prescelto.
Esempio (con while)
#include <stdio.h>
main() {
int ind, numero, num;
int binario[10];
/* inizializza il vettore risultato con tutti zeri
*/
for (ind = 0; ind < 10; binario[ind++]=0);
/* equivale a : for (ind=0; ind<10; ind++)
binario[ind] = 0; */
printf (“\nIntroduci un numero intero positivo minore di 1024:
");
scanf ("%d", &numero);
if ((numero >= 0) && (numero < 1024)) {
num = numero; /* num è il “dato-guida” del ciclo */
ind = 9;
while (num != 0) /* finché num è diverso da 0! */
{
binario[ind] = num % 2; /* calcola un nuovo bit */
num /= 2; /* aggiorna num per il prossimo ciclo */
ind--; /* aggiorna l’indice del vettore */
}
printf ("\nConversione del numero %d: ", numero);
for (ind=0; ind<10; ind++) /* Visualizza il vettore: */
printf ("%1d",binario[ind]); * un bit per volta */
} else
Esempio (con for)
#include <stdio.h>
main() {
int ind, numero, num;
int binario[10];
/* non è necessario inizializzare il vettore in quanto il ciclo for deve */
/* scrivere comunque tutti gli elementi del vettore */
printf (“\nIntroduci un numero intero positivo minore di 1024: ");
scanf ("%d", &numero);
if ((numero >= 0) && (numero < 1024)) {
num = numero;
for (ind = 9; ind >= 0; ind--) /* con un indice che va da 9 a 0 */
{
binario[ind] = num % 2; /* calcola un nuovo bit */
num /= 2; /* aggiorna num per il prossimo ciclo */
}
printf ("\nConversione del numero %d: ", numero);
for (ind = 0; ind < 10; ind++) /* Visualizza il vettore: */
printf ("%1d",binario[ind]); /* un bit per volta! */
} else
printf (“\nNumero non lecito!”);
}
Vettori
• Quando si definisce un vettore il compilatore riserva un’area di memoria sufficiente per contenerlo e associa l'indirizzo iniziale di quell'area al nome simbolico (identificatore) da noi scelto per il vettore.
• Pertanto il nome vett_dati non è una vera e propria variabile, ma piuttosto un puntatore : in pratica vett_dati è l'indirizzo di memoria del primo
elemento del vettore cioè l'indirizzo di vett_dati[0].
• Ecco perché è errata l'istruzione:
voti_ottenuti = voti_semestre;
Vettori multidimensionali
• Il concetto di vettore come collezione di elementi consecutivi, può essere esteso immaginando che gli elementi siano a loro volta dei vettori: si
ottiene così un vettore multidimensionale o matrice.
• La definizione di matrice ricalca pienamente quella del vettore:
tipo_comp nome [dim1] [dim2]...;
• tipo_comp può essere un qualunque tipo semplice,
• dim1, dim2, ecc.; racchiusi tra parentesi quadre, definiscono il numero di elementi di ogni dimensione.
Vettori multidimensionali
a[0][0] a[1][0] a[2][0] a[3][0] a[4][0]
a[0][1] a[1][1] a[2][1] a[3][1] a[4][1]
a[0][2] a[1][2] a[2][2] a[3][2] a[4][2]
a
int a[3][5];
a[0]
a[1]
a[2]
Esempio:
matrice bidimensionale di numeri interi formata da tre righe e 5 colonne:
Sostituire ai pallini neri i corrispondenti indici di posizione di riga e di colonna
Vettori multidimensionali
• Accesso ad un elemento:
<nome vettore> [<posizione1>] [<posizione2>]...
• Per esempio
matrix [10][20][15]
individua l'elemento di coordinate rispettivamente 10, 20 e 15 nella matrice a 3 dimensioni matrix.
• Inizializzazione di un vettore multidimensionale:
• deve essere effettuata per righe!
int vett[3][2] = { {8,1}, /* vett[0] */
{1,9}, /* vett[1] */
{0,3} /* vett[2] */
};
Vettori multidimensionali e cicli
• Per un vettore a più dimensioni, la scansione va applicata a tutte le
dimensioni: in questo caso si devono in genere utilizzare “cicli annidati ”.
• Esempio: elaborazione degli elementi di un vettore bidimensionale.
int vett [3][5];
…
for (i = 0; i < 3; i++) { /* per ogni riga */
for (j = 0; j < 5; j++) { /* per ogni colonna */
... elaborazione su vett[i][j]
} }
Stringhe
Vettori di caratteri: le stringhe
• Le variabili di tipo char possono contenere un solo carattere: per trattare sequenze di caratteri come nomi o, più in generale, testi il C prevede le stringhe.
• Differentemente dagli altri tipi di dato (intero, reale, ecc.) per le stringhe non è sempre possibile fissare a priori le dimensioni: la loro caratteristica peculiare è proprio la lunghezza variabile.
• Per gestire dati di questo tipo occorrerebbe l'allocazione dinamica della memoria, in modo da riservare tutta e solo la memoria che serve.
Vettori di caratteri: le stringhe
• Il C prevede per le stringhe un vettore di caratteri, il quale deve quindi avere una lunghezza massima prefissata.
• All'interno di questo vettore, la lunghezza reale della stringa è
determinata dalla presenza di un carattere delimitatore particolare, '\0', detto anche NULL.
• Come per i tipi base, anche per le stringhe è prevista una notazione
particolare per indicarne i valori: la sequenza di caratteri deve essere
delimitata da una coppia di doppi apici (").
Stringhe
• Esempio:
const char s[6] = “Ciao!”;
• Il messaggio è lungo solo 5 caratteri, ma deve essere riservato un carattere in più per il terminatore di stringa, che deve essere sempre presente e viene forzato automaticamente dal linguaggio C.
• Il vettore può essere definito più lungo, con gli ultimi elementi indefiniti, ma non più corto.
• NOTA: la stringa vuota non è un vettore “vuoto”!
char s[] = “”;
‘C’ ‘i’ ‘a’ ‘o’ ‘!’ ‘\0’
s[0] s[1] s[2] s[3] s[4] s[5]
‘\0’
‘\0’
Stringhe
• Per la definizione di una stringa si può anche utilizzare la direttiva define:
#define MESSAGGIO “Ciao!”;
• Attenzione infine a non confondere variabili di tipo carattere con stringhe:
per esempio,
'C' rappresenta un unico carattere che è memorizzato in un'unica cella.
"C" rappresenta invece una stringa che è memorizzata in due celle consecutive che contengono i caratteri 'C' e '\0'.
Stringhe
• Un vettore di nomi si realizza mediante una matrice di tipo carattere dove ogni riga (vettore) contiene un nome. Ad esempio, per memorizzare i nomi dei giorni della settimana, si può procedere così:
const char giorni[7][10] = {"lunedì", "martedì",
"mercoledì", "giovedì", "venerdì", "sabato", "domenica"};
• dove la dimensione dei singoli vettori (tutti i vettori!), cioè 10, è
determinata sommando 1 alla lunghezza del nome più lungo (mercoledì).
• Pertanto un vettore di stringhe è in realtà una matrice di caratteri!
Stringhe
m a r t e d ì \0
l u n e d ì
m e r c o l e d ì \0
g i o v e d ì \0
v e n e r d ì \0
s a b a t o \0
giorni[0]
giorni[1]
giorni[2]
giorni[3]
giorni[4]
giorni[5]
\0
I/O di stringhe
• Le stringhe possono comparire come argomento di printf e scanf: per esse si utilizza lo specificatore di formato %s.
• In particolare la printf, quando trova nel format lo specificatore %s, interpreta i valori contenuti nella variabile corrispondente (che dev’essere un vettore di caratteri!) come caratteri e li visualizza finché non trova un carattere '\0'.
• Se non è presente il carattere terminatore la printf continua l’output oltre i confini del vettore fino a che non incontra un '\0‘ (ovvero una cella di memoria che contiene 0!).
• Come per gli altri specificatori, anche in %s si può specificare la lunghezza del campo e gli altri attributi di allineamento.
Esempio
• Programma per visualizzare i giorni della settimana, uno per riga, allineati a sinistra (flag -) in un campo di 15 caratteri.
#include <stdio.h>
const char giorni[7][10] = { "lunedì", "martedì", "mercoledì",
"giovedì", "venerdì", "sabato", "domenica"};
main() {
int indice;
printf ("\nI giorni della settimana sono:\n");
for (indice = 0; indice < 7; indice++)
printf ("%-15s\n", giorni[indice]);
}
Lettura di stringhe
• La scanf , quando trova nel format lo specificatore %s, attua un
meccanismo di lettura simile a quello usato per i numeri: scarta tutti gli “spazi neutri ” iniziali (spazio, <TAB>, <CR>, ecc.), “legge” i caratteri successivi scrivendoli in locazioni consecutive del vettore indicato e si ferma non appena incontra un altro carattere appartenente alla
categoria degli “spazi neutri ”, chiudendo la stringa appena generata nel vettore con il carattere NULL.
• E’ importante quindi che nella stringa non siano presenti spazi e che il
vettore destinazione sia dimensionato opportunamente poiché, come
sempre in C, non ci sono controlli sugli indici.
Lettura di stringhe
• Il fatto che non ci siano controlli sul numero di caratteri introdotti, ad esempio da
tastiera, può provocare danni collaterali non trascurabili: infatti la lettura prosegue fino al primo “spazio neutro ” in ogni caso e i caratteri letti vengono memorizzati
consecutivamente come se la stringa fosse stata dimensionata in modo corretto anche quando è più corta di quanto sarebbe necessario.
• I caratteri “in eccesso” e il NULL vengono comunque memorizzati e possono pertanto andare a ricoprire aree di memoria riservate ad altri dati sporcandoli irrimediabilmente.
• Poiché il nome della stringa è proprio l’idirizzo del vettore di caratteri associato nella scanf non si deve usare il carattere & prima del nome.
Esempio: programma per leggere i nomi (lunghi al massimo 20 caratteri) e le altezze (in cm) di 10 persone e successivamente visualizzarli incolonnati.
#include <stdio.h>
#define NUM_NOMI 10
#define L_STRING 21
main() {
/* Definizioni */
char nome[NUM_NOMI][L_STRING];
int altezza[NUM_NOMI];
int ind;
printf (“\nIntroduci il nome e l'altezza di 10 persone:\n");
for (ind = 0; ind < NUM_NOMI; ind++) {
printf (“\nPersona N. %2d: ", (ind + 1)); /* indice a partire da 1 */
scanf ("%s%d", nome[ind], &altezza[ind]);
}
printf("\n Nome Altezza");
for (ind = 0; ind < NUM_NOMI; ind++) {
printf (“\nPersona N. %4d: %-20s %3d", (ind + 1), nome[ind], altezza[ind]);
} }
Confronto tra stringhe
• Poiché le stringhe sono vettori, non è lecito assegnare una stringa ad un'altra. Pertanto il frammento di programma che segue è errato:
char messag[16];
...
messag = "Errore nei dati";
...
• Anche il confronto tra stringhe non può essere effettuato mediante
un'unica istruzione, come invece avviene per i singoli caratteri, ma occorre confrontare col criterio opportuno i singoli elementi delle due stringhe.
Programma che legge da tastiera due parole (lunghe al più 20 caratteri) e verifica se sono uguali o diverse.
#include <stdio.h>
#define VERO 1
#define FALSO 0
main() {
char parola1[21], parola2[21];
int ind, uguali;
printf (“\nIntroduci la prima parola: “);
scanf (“%s”, parola1);
printf (“\nIntroduci la seconda parola: “);
scanf (“%s”, parola2);
/* verifica se sono uguali */
uguali = VERO; /* ipotizza che siano uguali */
ind = 0;
while (uguali && (ind < 20) && (parola1[ind] != ‘\0’)) {
if (parola1[ind] != parola2[ind]) uguali = FALSO;
ind++;
}
if (uguali)
printf (“\nLe parole introdotte sono uguali”);
else
Confronto tra stringhe
• Essendo i caratteri interpretati come numeri interi, è lecito
confrontarli tra loro per stabilire la precedenza alfabetica mediante una espressione relazionale.
0 < 1 < 2 <.... < A < B < C <...< Z ... < a < b < c <....< z
• Poiché le stringhe sono vettori di caratteri, e quindi composte da
elementi di tipo char, è lecito stabilire l’ordine alfabetico di due
stringhe confrontandole fra loro carattere per carattere.
Esempio: programma che legge da tastiera due parole e stabilisce l’ordine alfabetico.
#include <stdio.h>
#define VERO 1
#define FALSO 0
main() {
char parola1[21], parola2[21];
int ind, finito, prima1;
printf ("\nIntroduci la prima parola: ");
scanf ("%s", parola1);
printf ("\nIntroduci la seconda parola: ");
scanf ("%s", parola2);
finito = FALSO; /* segnala fine dei confronti! */
ind = 0;
while (!finito && (ind < 20)) {
if (parola1[ind] == parola2[ind]) /* caratteri uguali: nessuna decisione */
ind++;
else {
if(parola1[ind] < parola2[ind])
prima1 = VERO; /* parola1 precede parola2 */
else
prima1 = FALSO; /* parola2 precede parola1 */
finito = VERO; /* caratteri diversi: fine dei confronti */
} }
if (prima1)
printf ("\n%s precede %s", parola1, parola2);
else
