Informatik. Pointer (Dynamisch) Vorlesung. 17. Dezember 2018 SoSe 2018 FB Ing - SB Umwelttechnik und Dienstleistung - Informatik Thomas Hoch 1

Transkript

1 Informatik Vorlesung 08 Pointer (Dynamisch) 17. Dezember 2018 SoSe 2018 FB Ing - SB Umwelttechnik und Dienstleistung - Informatik Thomas Hoch 1

2 Pointer (Zeiger) Dynam. Speicher Bisher: Speicherbedarf muss zur Compilezeit bekannt sein statischer Speicher: globale Variablen, static-variablen automatischer Speicher (Stack): lokale nicht-statische Variablen Jetzt: Speicher kann während der Laufzeit dynamisch angefordert werden Dynamischer Speicher (Heap): dynamische Variablen Aber: Vor dem ersten Zugriff muss das gesamte Feld angelegt werden. Das Array kann nicht wachsen #& Dezember 2018 SoSe 2018 FB Ing - SB Umwelttechnik und Dienstleistung - Informatik Thomas Hoch 2

3 Pointer (Zeiger) Dynam. Speicher C++-Operatoren zum Allokieren und Freigeben des Speichers: Allokieren mit dem Operator new: <pointer> = new <datentyp> [<anzahl>]; // Array <pointer> = new <datentyp>; // Einzelvariable Beispiel: Student *ps = new Student;; Freigeben mit dem Operator delete: delete [] <pointer>; delete <pointer>; // Array // Einzelvariable Beispiel: delete ps; "Exception bei ungenügendem Speicher durch den Operator. 17. Dezember 2018 SoSe 2018 FB Ing - SB Umwelttechnik und Dienstleistung - Informatik Thomas Hoch 3

4 Pointer (Zeiger) Dynam. Speicher Beispiel: Dynamisches Array Durch die Aquivalenz zwischen Pointern und Arrays kann mit Hilfe des Pointers auf das dynamische Array zugegriffen werden wie auf ein statisches Array: double *p = new double [100]; // Zugriff auf Element i:... *(p + i)... // Pointer-Schreibweise... p [i]... // Array-Schreibweise Beispiel: Berechnung von Fibonacci-Zahlen mit Array-Schreibweise: const int Size = 20; int *a = new int [Size]; a [0] = a [1] = 1; // Die ersten zwei for (int i = 2; i < Size; i++) a [i] = a [i-1] + a [i-2]; // die restlichen } 17. Dezember 2018 SoSe 2018 FB Ing - SB Umwelttechnik und Dienstleistung - Informatik Thomas Hoch 4

5 Pointer (Zeiger) Dynam. Speicher C-Funktionen zum Allokieren und Freigeben des Speichers: Allokieren mit der Funktion malloc(): void *malloc (unsigned int anzahl_der_bytes) Die Funktion malloc() gibt einen Zeiger zurück, der auf den Anfang des allokierten Speicherbereichs zeigt. Sollte nicht genügend Speicher vorhanden sein, gibt die Funktion einen Null- Zeiger zurück! Vorsicht! malloc() gibt einen void-pointer zurück! Dieser muss bei der Zuweisung mittels type cast in den gewünschten Datentyp konvertiert werden. Freigeben mit der Funktion free(): void free (void *pointer) 17. Dezember 2018 SoSe 2018 FB Ing - SB Umwelttechnik und Dienstleistung - Informatik Thomas Hoch 5

6 Pointer (Zeiger) Strukturen Strukturen in Funktionen: Als Parameter oder Rückgabe bei Funktionen. Übergabe als komplette Struktur (Kopie). Falls Wertübergabe einer kompletten Struktur unerwünscht: Referenz auf Struktur übergeben (in C++, Referenz-Operator & in der Parameterliste). Übergabe der Adresse der Struktur (in C, Adress-Operator & vor dem Strukturnamen als aktuellem Parameter beim Aufruf) Soll die Adresse einer Komponente verwendet werden, so steht der Adress- Operator & vor dem Strukturnamen. 17. Dezember 2018 SoSe 2018 FB Ing - SB Umwelttechnik und Dienstleistung - Informatik Thomas Hoch 6

7 Pointer (Zeiger) Strukturen Vereinbarung: <struct-name> *<name>; Beispiel: Student *ps; // in C struct student *ps; Eine Struktur-Pointervariable wird wie andere Pointervariablen vereinbart. Der Zugriff auf die Komponente einer Struktur erfolgt über den Inhaltsoperator *: (*<name>).<komponente>; Oder über den Operator -> (vereinfachte und bevorzugte Schreibweise): <name> -> <komponente>; Beispiel: ps->name = "Von Neumann"; 17. Dezember 2018 SoSe 2018 FB Ing - SB Umwelttechnik und Dienstleistung - Informatik Thomas Hoch 7

8 Pointer (Zeiger) Listen (Verkettete-) Listen: Datenstrukturen, die bei Bedarf dynamisch wachsen können, d.h. im Gegensatz zu Arrays können Listen ihre Größe problemlos ändern. Ein Element einer Liste enthält Daten sowie einen Verweis (Pointer) auf das nächste Element. Das Ende einer Liste wird durch einen Nullpointer (nullptr) angezeigt. Eine Liste speichert (in der Regel) Elemente gleichen Datentyps null ptr nullptr ist seit C++11 ein Schlüsselwort für einen Pointer mit dem Wert 0. In C muss dafür NULL verwendet werden. struct ListenElement int ; ListenElement *; }; 17. Dezember 2018 SoSe 2018 FB Ing - SB Umwelttechnik und Dienstleistung - Informatik Thomas Hoch 8

9 Listen: Beispiel main.cpp #include "Datentypen.h"... int main() ListenElm *one = new ListenElm; one-> = 13; one-> = nullptr;... } Datentypen.h struct ListenElm int ; ListenElm *; }; 13 null ptr 17. Dezember 2018 SoSe 2018 FB Ing - SB Umwelttechnik und Dienstleistung - Informatik Thomas Hoch 9

10 Listen: Beispiel main.cpp #include "Datentypen.h"... int main() ListenElm *one = new ListenElm; one-> = 13; one-> = nullptr; Datentypen.h struct ListenElm int ; ListenElm *; }; } ListenElm *two = new ListenElm; two-> = 17; two-> = nullptr; null ptr 17 null ptr 17. Dezember 2018 SoSe 2018 FB Ing - SB Umwelttechnik und Dienstleistung - Informatik Thomas Hoch 10

11 Listen: Beispiel main.cpp #include "Datentypen.h"... int main() ListenElm *one = new ListenElm; one-> = 13; one-> = nullptr; Datentypen.h struct ListenElm int ; ListenElm *; }; ListenElm *two = new ListenElm; two-> = 17; two-> = nullptr; } one-> = two; null ptr 17. Dezember 2018 SoSe 2018 FB Ing - SB Umwelttechnik und Dienstleistung - Informatik Thomas Hoch 11

12 Pointer (Zeiger) Listen Einfügen und Löschen von Listen-Elementen: ein neues Element wird erzeugt und an entsprechender Stelle eingehängt (Einfügen) oder das entsprechende Element wird gelöscht (Löschen). Achtung: Pointer müssen angepasst werden! Listen vs. Arrays: Zugriff Größe Einfügen / Löschen Array wahlfrei fest aufwändig Liste sequentiell variabel einfach 17. Dezember 2018 SoSe 2018 FB Ing - SB Umwelttechnik und Dienstleistung - Informatik Thomas Hoch 12

13 Pointer (Zeiger) Binärbäume Ein Binärbaum B ist eine endliche Menge von Elementen (Knoten), die entweder leer ist, oder ein ausgezeichnetes Element w (die Wurzel) enthält und folgende Eigenschaften aufweist: die verbleibenden Elemente sind in zwei disjunkte Untermengen zerlegt. jede Untermenge ist selbst wieder ein Binärbaum und heißt linker bzw. rechter Unterbaum von B. Ein binärer Suchbaum, ist ein Binärbaum dessen Inhalt eine Ordnungsrelation besitz: links eines Knotens stehen kleinere Werte (<), rechts stehen größere (>). Binäre Suchbäume ermöglichen effizientes Aufsuchen (O(log n)) der Datensätze. 2 links 3 5 rechts struct BaumKnoten int ; BaumKnoten *links; BaumKnoten *rechts; }; 17. Dezember 2018 SoSe 2018 FB Ing - SB Umwelttechnik und Dienstleistung - Informatik Thomas Hoch 13

14 Ende Vielen Dank! 17. Dezember 2018 SoSe 2018 FB Ing - SB Umwelttechnik und Dienstleistung - Informatik Thomas Hoch 14