Grundlagen der Informatik 12. Strukturen

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1 12. Strukturen Strukturen und deren Komponenten Strukturen im Projekt Dynamisch erstellte Strukturen Strukturen und Operatoren Strukturen und Funktionen Einfach verkettete Liste Grundlagen der Informatik (Alex Rempel) 1

2 Strukturen und deren Komponenten Benutzerdefinierte Datentypen Arrays: alle Elemente haben den gleichen Typ Enumerations: lediglich statische Aufzählungen Strukturen: Zusammenfassung beliebiger Datentypen Strukturdeklaration struct [typename] {components [variables]; Beispiel: Struktur 'animal', Objekt 'someanimal' struct animal { string strname; bool bdangerous; someanimal; struct { string strname; bool bdangerous; someanimal; struct animal { string strname; bool bdangerous; ; animal someanimal; Grundlagen der Informatik (Alex Rempel) 2

3 Strukturen und deren Komponenten Zugriff auf Komponenten in der Struktur #include <string> struct animal { string strname; bool bdangerous; ; void printanimal(animal anml) { cout << "Animal '" << anml.strname << "' is "; if (anml.bdangerous) cout << "dangerous!" << endl; else cout << "not dangerous." << endl; void main() { animal anmllion, anmlmouse; anmllion.strname = "Lion"; anmllion.bdangerous = true; anmlmouse.strname = "Mouse"; anmlmouse.bdangerous = false; printanimal(anmllion); printanimal(anmlmouse); Komponentenzugriff über Punktoperator Grundlagen der Informatik (Alex Rempel) 3

4 Strukturen und deren Komponenten Zugriff auf Komponenten in der Struktur #include <string> Animal 'Lion' is dangerous! Animal 'Mouse' is not dangerous. struct animal { string strname; bool bdangerous; ; void printanimal(animal anml) { cout << "Animal '" << anml.strname << "' is "; if (anml.bdangerous) cout << "dangerous!" << endl; else cout << "not dangerous." << endl; void main() { animal anmllion, anmlmouse; anmllion.strname = "Lion"; anmllion.bdangerous = true; anmlmouse.strname = "Mouse"; anmlmouse.bdangerous = false; printanimal(anmllion); printanimal(anmlmouse); Grundlagen der Informatik (Alex Rempel) 4

5 Strukturen und deren Komponenten Deklaration Muss außerhalb von Funktionen sein Ist üblicherweise in eigener Headerdatei Beispiel: Datei 'animal.h' beinhaltet: struct animal { string strname; bool bdangerous; ; Dann muss diese Datei vor der Benutzung der Struktur animal inkludiert werden Grundlagen der Informatik (Alex Rempel) 5

6 Strukturen im Projekt Strukturen im Projekt (Headerdateien) main.cpp #include "animal.h" void printanimal(animal anml) { cout << "Animal '" << anml.strname << "' is "; if (anml.bdangerous) cout << "dangerous!" << endl; else cout << "not dangerous." << endl; animal.h #include <string> struct animal { string strname; bool bdangerous; ; void main() { animal anmllion, anmlmouse; anmllion.strname = "Lion"; anmllion.bdangerous = true; anmlmouse.strname = "Mouse"; anmlmouse.bdangerous = false; printanimal(anmllion); printanimal(anmlmouse); Grundlagen der Informatik (Alex Rempel) 6

7 Strukturen im Projekt Strukturen im Projekt (Mehrfachverwendung) main.cpp #include "dateinfo.h" void printdate(dateinfo& date) { cout << "Date: " << date.iyear << "." << date.imonth << "." << date.iday << " " << date.titime.ihour << ":" << date.titime.iminute << endl; void main() { dateinfo date; date.iyear = 1981; date.imonth = 1; date.iday = 18; date.titime.ihour = 11; date.titime.iminute = 46; printdate(date); Date: :46 timeinfo.h struct timeinfo { int ihour; int iminute; ; dateinfo.h #include "timeinfo.h" struct dateinfo { int iyear; int imonth; int iday; timeinfo titime; ; Grundlagen der Informatik (Alex Rempel) 7

8 Strukturen im Projekt Strukturen im Projekt (Mehrfachverwendung) main.cpp #include "dateinfo.h" #include "timeinfo.h" timeinfo.h struct timeinfo { int ihour; int iminute; ; void printdate(dateinfo& date) { cout << "Date: " << date.iyear << "." << date.imonth << "." << date.iday << " " << date.titime.ihour << ":" << date.titime.iminute << endl; void main() { dateinfo date; date.iyear = 1981; date.imonth = 1; date.iday = 18; date.titime.ihour = 11; date.titime.iminute = 46; printdate(date);... error C2011: 'timeinfo': 'struct' Typneudefinition dateinfo.h #include "timeinfo.h" struct dateinfo { int iyear; int imonth; int iday; timeinfo titime; ; Grundlagen der Informatik (Alex Rempel) 8

9 Strukturen im Projekt Strukturen im Projekt (Mehrfachverwendung) main.cpp #include "dateinfo.h" #include "timeinfo.h" void printdate(dateinfo& date) { cout << "Date: " << date.iyear << "." << date.imonth << "." << date.iday << " " << date.titime.ihour << ":" << date.titime.iminute << endl; void main() { dateinfo date; date.iyear = 1981; date.imonth = 1; date.iday = 18; date.titime.ihour = 11; date.titime.iminute = 46; printdate(date); Date: :46 Datei wird mehrfach inkludiert, der Code aber nur einmal timeinfo.h #ifndef _TIMEINFO_ #define _TIMEINFO_ struct timeinfo { int ihour; int iminute; ; #endif dateinfo.h #include "timeinfo.h" struct dateinfo { int iyear; int imonth; int iday; timeinfo titime; ; Grundlagen der Informatik (Alex Rempel) 9

10 Strukturen im Projekt Strukturen im Projekt (Mehrfachverwendung) Beim mehrfachen Inkludieren werden die gleichen Typen immer wieder deklariert Compile Error Abhilfe durch Präprozessordirektiven in Headerdateien: #ifndef _SOMETEXT_ - 'if not defined' führe Code aus #define _SOMETEXT_ - definiere ab jetzt _SOMETEXT_... Code... #endif bis hier gilt der letzte #if... Grundlagen der Informatik (Alex Rempel) 10

11 Dynamisch erstellte Strukturen Zugriff auf dynamische Strukturenobjekte main.cpp animal.h #include "animal.h" void printanimal(animal anml) { cout << "Animal '" << anml.strname << "' is "; if (anml.bdangerous) cout << "dangerous!" << endl; else cout << "not dangerous." << endl; void main() { animal* panimal = new animal; (*panimal).strname = "Mouse"; (*panimal).bdangerous = false; printanimal(*panimal); delete panimal; Animal 'Mouse' is not dangerous. #include <string> struct animal { string strname; bool bdangerous; ; Erst Dereferenzieren, dann zugreifen! (*p). ist nicht gleich *p. siehe Vorrangregeln für Operatoren Grundlagen der Informatik (Alex Rempel) 11

12 Dynamisch erstellte Strukturen Zugriff auf dynamische Strukturenobjekte main.cpp #include "animal.h" void printanimal(animal anml) { cout << "Animal '" << anml.strname << "' is "; if (anml.bdangerous) cout << "dangerous!" << endl; else cout << "not dangerous." << endl; animal.h #include <string> struct animal { string strname; bool bdangerous; ; void main() { animal* panimal = new animal; panimal->strname = "Mouse"; panimal->bdangerous = false; printanimal(*panimal); delete panimal; Animal 'Mouse' is not dangerous. Normalerweise wird der Pfeiloperator verwendet (keine Klammern nötig) Aber nur wenn es sich um einen Zeiger handelt! Grundlagen der Informatik (Alex Rempel) 12

13 Strukturen und Operatoren Für einfache Datentypen sind Operatoren bereits implementiert Beispiel: 'int a,b;' und dann 'a+b' Für Strukturen funktioniert (eingeschränkt) der Zuweisungsoperator, die anderen müssen eigenständig als Operatorfunktionen implementiert werden Beispiel: 'animal a,b;' und dann 'a=b' OK Beispiel: 'animal a,b;' und dann 'a==b' nicht OK Grundlagen der Informatik (Alex Rempel) 13

14 Strukturen und Operatoren Strukturen und Operatoren (Zuweisung) struct vector2d { double x; double y; ; void main() { vector2d v1,v2; v1.x = 0.5; v1.y = -4.8; v2 = v1; cout << "v2 ( " << v2.x << " ; " << v2.y << " )" << endl; v2 = ( 0.5 ; -4.8 ) Grundlagen der Informatik (Alex Rempel) 14

15 Strukturen und Operatoren Strukturen und Operatoren (nicht Zuweisung) struct vector2d { double x; double y; ; void main() { vector2d v1,v2; v1.x = 0.5; v1.y = -4.8; v2.x = 0.5; v2.y = -4.8; if (v1 == v2) cout << "v1 and v2 are equal!" << endl; error C2784: "bool std::operator ==(const std::istreambuf_iterator<_elem,_traits> &,const std::istreambuf_iterator<_elem,_traits> &)": template-argument für "const std::istreambuf_iterator<_elem,_traits> &" konnte nicht von "vector2d" hergeleitet werden. Grundlagen der Informatik (Alex Rempel) 15

16 Strukturen und Funktionen Strukturen können Parameter und Rückgaben sein #include "animal.h" animal makemouse() { animal mouse; mouse.strname = "Mouse"; mouse.bdangerous = false; return mouse; void makeanimalangry(animal& anml) { anml.bdangerous = true; void printanimal(animal anml) { cout << anml.strname << " is "; cout << (anml.bdangerous? "dangerous " : "not dangerous") << endl; void main() { animal anml = makemouse(); printanimal(anml); makeanimalangry(anml); printanimal(anml); animal.h #include <string> struct animal { string strname; bool bdangerous; ; Mouse is not dangerous Mouse is dangerous Grundlagen der Informatik (Alex Rempel) 16

17 Strukturen und Funktionen Strukturen können Funktionen enthalten (.h und.cpp) #include "animal.h" animal makemouse() { animal mouse; mouse.strname = "Mouse"; mouse.bdangerous = false; return mouse; void main() { animal anml = makemouse(); anml.print(); anml.makeangry(); anml.print(); #ifndef _ANIMAL_H_ #define _ANIMAL_H_ #include <string> struct animal { string strname; bool bdangerous; ; #endif animal.h void makeangry(); void print(); Mouse is not dangerous Mouse is dangerous animal.cpp #include "animal.h" void animal::makeangry() { bdangerous = true; void animal::print() { cout << strname << " is "; if (bdangerous) cout << "dangerous"; else cout << "not dangerous" cout << endl; Grundlagen der Informatik (Alex Rempel) 17

18 Einfach verkettete Liste Für Lösungen bestimmter Aufgaben werden... Daten zu Datenobjekten zusammengefasst Datenobjekte zu Datenstrukturen zusammengefasst Beispiele für Datenstrukturen: Listen (Array, Stack, Queue) Tabellen (mehrdimensionale Arrays) Graphen (unidirektional, bidirektional etc.) Bäume u.s.w. Grundlagen der Informatik (Alex Rempel) 18

19 Einfach verkettete Liste Sequentielle Datenstrukturen Bis jetzt: Arrays, Strings Eigenschaft: Elemente zusammen im Speicher Verkettete Listen Einfach verkettete Listen Mehrfach verkettete Listen Eigenschaft: Elemente nicht zusammen im Speicher, ein Element gibt stattdessen den Weg zum nächsten Element vor Grundlagen der Informatik (Alex Rempel) 19

20 Einfach verkettete Liste Einfach verkettete Listen Jeder Knoten zeigt auf den nächsten Knoten So wird nur der erste Knoten gebraucht Folgende Funktionen sind nötig: insert, remove, search, destroy, print Grundlagen der Informatik (Alex Rempel) 20

21 Einfach verkettete Liste Einfach verkettete Listen Jeder Knoten zeigt auf den nächsten Knoten So wird nur der erste Knoten gebraucht Folgende Funktionen sind nötig: insert, remove, search, destroy, print struct node { int data; node* ; ; data data data NULL Listenstruktur Knotenelement Grundlagen der Informatik (Alex Rempel) 21

22 Einfach verkettete Liste Funktion: insert (Einfügen) #include "node.h" void insert(node*& plist, int idata) { if (!plist) { // empty list, first node plist = new node; plist->data = idata; plist-> = NULL; else { // append after last element node* pnode = plist; while (pnode->!= NULL) pnode = pnode->; pnode-> = new node; pnode->-> = NULL; pnode->->data = idata; void main() { node* plist = NULL; insert(plist,4); insert(plist,-35); plist plist plist node.h struct node { int data; node* ; ; Grundlagen der Informatik (Alex Rempel) NULL NULL NULL

23 Einfach verkettete Liste Funktion: print (Ausgeben) #include "node.h" void insert(node*& plist, int idata); // other file plist node.h struct node { int data; node* ; ; NULL void print(node* plist) { while(plist!= NULL) { cout << plist->data << " "; plist = plist->; cout << endl; void main() { node* plist = NULL; insert(plist,4); insert(plist,-35); insert(plist,99); print(plist); Grundlagen der Informatik (Alex Rempel)

24 Einfach verkettete Liste Funktion: destroy (Liste freigeben) #include "node.h" void insert(node*& plist, int idata); // other file void print(node* plist); // other file plist node.h struct node { int data; node* ; ; NULL void destroy(node*& plist) { while (plist!= NULL) { node* p = plist; plist = plist->; delete p; plist = NULL; void main() { node* plist = NULL; insert(plist,4); insert(plist,-35); insert(plist,99); destroy(plist); plist Grundlagen der Informatik (Alex Rempel) NULL 99

25 Einfach verkettete Liste Funktion: search (Suchen) #include "node.h" void insert(node*& plist, int idata); // other file void print(node* plist); // other file void destroy(node*& plist); // other file plist node.h struct node { int data; node* ; ; NULL node* search(node* plist, int idata) { while(plist!= NULL && plist->data!= idata) plist = plist->; return plist; void main() { node* plist = NULL; insert(plist,4); insert(plist,-35); insert(plist,99); node* pnode = search(plist,-35); cout << "Found " << pnode->data << endl; destroy(plist); pnode Grundlagen der Informatik (Alex Rempel) 25

26 Einfach verkettete Liste Funktion: remove (Knoten freigeben)...includes, function prototypes... void remove(node*& plist, int idata) { if (plist == NULL) return; else if (plist->data == idata) { node* premove = plist; plist = plist->; delete premove; else if (plist->!= NULL) { node* p = plist; do { if (p->->data == idata) { node* premove = p->; p-> = p->->; delete premove; return; p = p->; while (p->!= NULL);...main... remove(plist,-35); plist node.h struct node { int data; node* ; ; Grundlagen der Informatik (Alex Rempel) 26 4 plist NULL 99 NULL 99