Programmieren in C. Rekursive Strukturen. Prof. Dr. Nikolaus Wulff

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1 Programmieren in C Rekursive Strukturen Prof. Dr. Nikolaus Wulff

2 Rekursive Strukturen Häufig müssen effizient Mengen von Daten oder Objekten im Speicher verwaltet werden. Meist werden für diese Mengen Einfüge- Such- und Löschaktionen benötigt. Daher eignet sich ein Array nicht, da dies eine konstante Länge besitzt. Bibliotheksroutinen stellen hierzu entsprechende Container Abstraktionen wie Set, Collection, List, Stack, Queue, Map etc. zur Verfügung. Die Implementierung ist in jeder Sprache anders, das Prinzip jedoch immer dasselbe: Rekursive Strukturen, die dynamisch wachsen können. 2

3 StringList StringList soll als ADT implementiert werden und eine beliebe Anzahl von Zeichenketten verwalten. Folgende Operationen sollen unterstützt werden: Einfügen einer Zeichenkette in die Liste Löschen einer Zeichenkette aus der Liste Rückgabe der Anzahl der Zeichenketten in der Liste Prüfen ob eine Zeichenkette bereits in der Liste ist Ausgabe aller Zeichenketten der Liste Löschen der gesamten Liste 3

4 ADT StringList.h #ifndef _STRINGLIST_H_ #define _STRINGLIST_H_ /* Define StringList ADT */ typedef *StringList; { char* string; ; ; /* Operations for StringList ADT */ StringList insertstr(stringlist list, char *str); StringList removestr(stringlist list, char *str); int size(stringlist list); int containsstr(stringlist list, char *str); void deletestrlist(stringlist list); #endif /*_STRINGLIST_H_ */ 4

5 InsertStr Test Ein einfacher Test der Insert Operation könnte so aussehen: StringList list = NULL; list = insertstr(null, "Dies"); list = insertstr(list, "ist"); list = insertstr(list, "eine"); list = insertstr(list, "Liste"); printstrlist(list); Die Insert Operation erzeugt einmalig beim ersten Einfügen eine Listen Struktur. Zeichenketten werden in die Liste eingefügt. Anschließend wird die Liste ausgegeben. 5

6 Verwaltung der Liste im Speicher StringList list = NULL; list "Dies" "ist" NULL "eine" "Liste" 6

7 Insert Operation StringList insertstr(stringlist list, char *str) { StringList last; if (!containsstr(list,str)) { last = findlast(list); if (last == NULL) { list = createstrlist(str); else { last->next = createstrlist(str); return list; Ist die Zeichenkette noch nicht in der Liste wird sie hinten an die Kette eingefügt. createstrlist und findlast sind interne Hilfsmethoden. Eine leere Kette wir neu initialisiert. 7

8 Interne Hilfsroutinen static StringList createstrlist(char *str) { StringList list; list = malloc(sizeof()); list->string = str; list->next = NULL; return list; static StringList findlast(stringlist list) { StringList last = list; while(list) { last = list; list = list->next; return last; Die internen Hilfsroutinen sind static deklariert... Speicher anfordern mit malloc 8

9 Elemente Löschen Beim Löschen eines Elements ist zu beachten: Die Kette darf nicht unterbrochen werden. Die Zeiger des Vorgängers und des Nachfolgers müssen mit einander verkettet werden, erst dann darf das Element gelöscht werden. Beim ersten und letzten Element muß gegebenenfalls eine Sonderbehandlung erfolgen. Allozierter Speicher muss wieder freigegeben werden. Der Aufrufenden erhält immer eine frische Referenz auf die aktuelle Liste. Wichtig falls das erste Element der Liste gelöscht wird. 9

10 Speicher vor dem Löschen StringList list = NULL; list = removestr(list, "ist"); list "Dies" "ist" NULL "eine" "Liste" 10

11 Entfernen eines Strings StringList list = NULL; list "Dies" "ist" "eine" NULL "Liste" 11

12 RemoveStr StringList removestr(stringlist list, char *str) { StringList actual, last = NULL; actual = list; while(actual) { if (strcmp(actual->string, str) == 0) { if (last == NULL) { list = actual->next; else { last->next = actual->next; free(actual); break; last = actual; actual = actual->next; return list; Sonderfall: Entfernung des ersten Elements. Die Rekursion darf nie unterbrochen werden. Speicher freigeben mit free 12

13 Rekursive Such Operation int containsstr(stringlist list, char *str) { if (list == NULL) { return 0; if (strcmp(list->string, str) == 0) { return 1; else { return containsstr(list->next,str); Die rekursive Struktur des ADT ausgenutzt, indem die containsstr Methode selber rekursiv gerufen wird bis die Zeichenkette gefunden wurde oder die Liste zu Ende ist. Die strcmp Funktion aus <string.h> wird zum String-Vergleich verwendet (siehe stringcompare). 13

14 Schnellere Such Operation int containsstr(stringlist list, char *str) { if (list == NULL) { return 0; while(list) { if (strcmp(list->string, str) == 0) { return 1; list = list->next; return 0; Anstatt eines rekursiven Aufrufs der containsstr Funktion kann alternativ eine effektivere Schleife verwendet werden... 14

15 Ausgabe und size Funktion int size(stringlist list) { int count = 0; for(; list; list = list->next,count++) { return count; void printstrlist(stringlist list) { if (list) { printf("%s\n",list->string); printstrlist(list->next); Rekursive Ausgabe der Liste auf die Konsole. Die Berechnung der Zeichenkettenanzahl erfolgt per for-schleife. 15

16 Zusammenfassung Mit Rekursiven Strukturen lassen sich effizient dynamische Listen unbekannter Größe verwalten. Solche Strukturen sind prädestiniert für rekursive Funktionen, mit der Struktur als Argument... Bei der Speicherverwaltung mit malloc muss immer daran gedacht werden auch free zu rufen. Es empfiehlt sich malloc und free immer symmetrisch zu implementieren. Daumenregel: Derjenige der mit malloc Speicher anfordert ist auch dafür zuständig diesen mit free wieder freizugeben. 16

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