Динамические структуры данных. Метод вычисляемого и хранимого адреса.
Динамические структуры данных: стеки
Стек — динамическая структура данных, представляющая из себя упорядоченный набор элементов, в которой добавление новых элементов и удаление существующих производится с одного конца, называемого вершиной стека.
По определению, элементы извлекаются из стека в порядке, обратном их добавлению в эту структуру, т.е. действует принцип "последний пришёл — первый ушёл".
Наиболее наглядным примером организации стека служит детская пирамидка, где добавление и снятие колец осуществляется как раз согласно определению стека.
Стек можно организовать на базе любой структуры данных, где возможно хранение нескольких однотипных элементов и где можно реализовать определение стека: линейный массив, типизированный файл, однонаправленный или двунаправленный список. В нашем случае наиболее подходящим для реализации стека является однонаправленный список, причём в качестве вершины стека выберем начало этого списка.
Выделим типовые операции над стеком и его элементами:
добавление элемента в стек;
удаление элемента из стека;
проверка, пуст ли стек;
просмотр элемента в вершине стека без удаления;
очистка стека.
Списки
Обсудим вопрос о том, как в динамической памяти можно создать структуру данных переменного размера.
Разберем следующий пример. В процессе физического эксперимента многократно снимаются показания прибора (допустим, термометра) и записываются в компьютерную память для дальнейшей обработки. Заранее неизвестно, сколько будет произведено измерений.
Если для обработки таких данных не использовать внешнюю память (файлы), то разумно расположить их в динамической памяти. Во-первых, динамическая память позволяет хранить больший объем информации, чем статическая. А во-вторых, в динамической памяти эти числа можно организовать в связанный список, который не требует предварительного указания количества чисел, подобно массиву. Что же такое "связанный список"? Схематически он выглядит так:
Здесь Inf — информационная часть звена списка (величина любого простого или структурированного типа, кроме файлового), Next — указатель на следующее звено списка; First — указатель на заглавное звено списка.
Согласно определению, список располагается в динамически распределяемой памяти, в статической памяти хранится лишь указатель на заглавное звено. Структура, в отличие от массива, является действительно динамической: звенья создаются и удаляются по мере необходимости, в процессе выполнения программы.
Для объявления списка сделано исключение: указатель на звено списка объявляется раньше, чем само звено. В общем виде объявление выглядит так.
Type U = ^Zveno;
Zveno = Record Inf : BT; Next: U End;
Здесь BT — некоторый базовый тип элементов списка.
Если указатель ссылается только на следующее звено списка (как показано на рисунке и в объявленной выше структуре), то такой список называют однонаправленным, если на следующее и предыдущее звенья — двунаправленным списком. Если указатель в последнем звене установлен не в Nil, а ссылается на заглавное звено списка, то такой список называется кольцевым. Кольцевыми могут быть и однонаправленные, и двунаправленные списки.
Более подробно рассмотрим работу со связанными списками на примере однонаправленного некольцевого списка.
Выделим типовые операции над списками:
• добавление звена в начало списка;
• удаление звена из начала списка;
• добавление звена в произвольное место списка, отличное от начала (например, после звена, указатель на которое задан);
• удаление звена из произвольного места списка, отличного от начала (например, после звена, указатель на которое задан);
• проверка, пуст ли список;
• очистка списка;
• печать списка.