Data Structures. Christian Schumacher, Info1 D-MAVT Linked Lists Queues Stacks Exercise

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1 Data Structures Christian Schumacher, Info1 D-MAVT 2013 Linked Lists Queues Stacks Exercise Slides:

2 Motivation Want to represent lists of values/objects Arrays Store multiple values of the same type Fixed size Inefficient to insert values at arbitrary point Need different data structure for more efficient representation of lists Element-based Linked together loosely Problem: Cannot add object of same type inside other object struct Element Element next: };

3 Repetition: Pointers Definition TypeName *VariableName; Reference operator & Returns the address of a variable Dereference operator * float a = 1.5; // float variable float *p; // pointer to float p = &a; // p points to a // (p stores address of a) Accesses the memory location a pointer points to float b = *p; // assign value at location p to b *p = 3.2; // assign 3.2 to memory location p

4 Linked Lists Collection of nodes Two components for each node to store the data to store the next linked node Last node has no linked node Referenced by NULL head struct nodetype int data; nodetype *next; }; nodetype *head; 4

5 Repetition: Pointers Dynamic Memory Allocation Create variables/objects with new Use -> to directly access member variables and functions through an object pointer int *a_p = new int; *a_p = 5; delete a_p; No dereferencing needed Foo *p = new Foo; p->zahl = 5; p->bar(); (*p).zahl = 5; (*p).bar(); class Foo public: int zahl; void bar(); };

6 Linked List Operations Traversing a list Use other pointer similar to head to not lose reference to beginning of list nodetype *current; current = head; while (current!= NULL) cout << current->data << " "; current = current->next; } Finding an element in the list Traverse the list until you find the element (here 12) Do something if not found nodetype *current; current = head; int element = 12; while (current!= NULL) if(current->data == element) break; } current = current->next; if(current == NULL) cout << "element not found" << endl; 6

7 Linked List Operations Inserting a new node Create a new node Determine insertion position and assign it to current Make the new node point to the same node that the node current is pointing to Make node at current now point to the new node nodetype *newnode; newnode = new nodetype; newnode->data = 37; newnode->next = current->next; current->next = newnode; 7

8 Linked List Operations Deleting a node Determine the node to be removed (deletenode) and point current to the node prior to that node Create a pointer to point to the node you want to delete (i.e deletenode) Make current s link now point to deletenode s link Delete the node from memory Assuming node after current has to be deleted nodetype *deletenode; deletenode = current->next; current->next = deletenode->next; delete deletenode; 8

9 Building Linked Lists Backward approach // Init the list nodetype *head; nodetype *newnode; int num; head = NULL; // Build the list using the backward approach for (int i=0; i<3; i++) } cout << "Enter number :"; cin >> num; newnode = new nodetype; // Create the new node newnode->data = num; newnode->next = head; head = newnode; // and assign its data value // make its link point to the // front of the list // make the head now be the // newnode 9

10 Doubly Linked Lists Similar to single linked lists but Each node has a connection to the previous one List can be traversed also backwards Can reach a3 from a1 and vice versa struct nodetype int data; nodetype *next; nodetype *prev; }; nodetype *head; 10

11 Queues Like linked lists Add new elements at the end Remove elements from the head struct element int value; // The value of the element struct element *next; // Pointer to the next element }; typedef struct element Node; Node *head = NULL; //Pointer to first element Node *tail = NULL; //Pointer to last element a 1 a 2 a 3 a n null head 11 tail

12 Queues add element a 1 a 2 a 3 tail->next = v; tail = v; v -> next = NULL; head tail null v remove element Node *v = head; head = head->next; delete v; v a 1 a 2 a 3 null head tail 12

13 Stacks One-sided queues Add to and remove from the top by pushing/popping The only element that is reachable is the top element! top a 4 a 3 a 2 a 1 a 0 13

14 Stacks add element v->next = head; head = v; v a 1 a 2 a 3 null head remove element Node *v = head; head = head->next; delete v; v a 1 a 2 a 3 null head 14

15 Stacks vs. Queues Queues: Work in FIFO (first-in-first-out) fashion Store two pointers Add/removal using different pointers Operating systems: Jobs wait in a queue for CPU time Printers: Incoming jobs end up in a queue Stacks: Work in LIFO (last-in-first-out) fashion Store only one pointer Add/removal from top only Evaluating arithmetic operations Function calls: They are put in a stack by the compiler 15

16 Übung 11 Aufgabe 1 struct Node für Listenelement erstellen Wert des Elements (int) Pointer auf nächstes Element (Node *) Liste aus Listenelementen zusammenfügen Jedes Element mit new erstellen, in Liste einfügen Liste ausgeben Pointer auf erstes Element setzen Element ausgeben Pointer auf nächstes Element setzen Wiederholen bis zum letzten Element Liste löschen Alle Listenelement einzeln löschen (delete) Auf gelöschte Element darf nicht mehr zugegriffen werden

17 Übung 11 Aufgabe 2 Stack() list auf NULL setzen ~Stack() Alle Element der Liste löschen void push(int value) Neues Listenelement mit Wert value der Liste hinzufügen int pop() class Stack private: Node *list; public: }; Stack(); ~Stack(); void push(int value); int pop(); Neuestes Element von der Liste entfernen, Wert des Elements zurückgeben

18 Übung 11 Aufgabe 2 Beispiel: Testen des Stacks Stack s; for (int i = 0; i < 10; i++) int a = rand() % 100; cout << "Push: " << a << endl; s.push(a); } for (int i = 0; i < 10; i++) int b = s.pop(); cout << "Pop: " << b << endl; } cout << "Safety: " << s.pop() << endl;

19 Übung 11 Aufgabe 3 Zusätzlicher Pointer auf das Ende der Liste Nicht zwingend notwendig, aber effizienter void push(int value) Neues Listenelement ans Ende der Liste setzen int get() Erstes Element entfernen, Wert zurückgeben Sonderfälle beachten Einfügen in leere Queue Letztes Element entfernen

20 Tipps zu Klassen Aufteilung in Header (.h) und Source (.cpp) nicht zwingend Bei Problemen einfach alles in ein File (z.b. main.cpp) schreiben Reihenfolge: Deklaration der Klasse (Inhalt des Header-Files) Definition der Memberfunktionen (Inhalt des Source-Files) main-funktion

21 Tipps zu Klassen Membervariablen initialisieren Möglichkeit 1: Setter-Funktion void Complex::set(double r, double i) real = r; imag = i; } Complex c; c.set(1.2, 2.5); class Complex private: double real; double imag; public: void set(double r, double i); }; Möglichkeit 2: Direktzugriff erlauben Complex c; c.real = 1.2; c.imag = 2.5; class Complex public: double real; double imag; };

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