Dynamisches Array als "verkettete Liste". Ein Vergleich

Dynamisches Array als

"verkettete Liste"

Ein Vergleich

Durch die intensive Nutzung jeden Quadratmeters Bodenfläche (Hausbau und Tomatenplantagen) gibt es in Amsterdam keine Möglichkeit mehr eine freie Bodenfläche zu finden.

Deswegen wird mittlerweile eine neue Bebauungsfläche genutzt: das Wasser in den Kanälen. Diese neue genutzte Fläche wird mit Hausbooten versehen.

X Land (Bootsteg mit nur einem Anlegepunkt)

Das Boot muss mit dem Land verbunden werden.

Wie wird dieses Boot mit dem Land verbunden, obwohl der Anlegepunkt belegt ist?

Bevor wir uns zu lange in Holland aufhalten - und dabei die Tomatenbauern bei ihrer wichtigen Arbeit stören – und bevor sich unser neu erworbenes Wissen in Rauch auflöst, schnell noch ein anderer Vergleich...

In der Klasse wurde ausgemacht: Wenn jemand ein wichtiges Ereignis erfährt (wie z.B. nächste Kurzarbeit im Mathe), sollen alle Schüler der Klasse benachrichtigt werden. Wie kann man dies realisieren, ohne daß ein Schüler alle anderen anruft bzw. jeder Schüler daran beteiligt wird ?

Durch eine Telefonkette benachrichtigen sich die Schüler Gustav, Olaf, Miroslav, Wiglaf und Stanislav der KlasseName ruft an

Gustav Olaf

Olaf Miroslav

Miroslav Wiglaf

Wiglaf Stanislav

Stanislav ????????

Wen soll Stanislav anrufen?

Name ruft an

Gustav Olaf

Olaf Miroslav

Miroslav Wiglaf

Wiglaf Stanislav

Stanislav

Niemandem mehr, oder …

Name ruft an

Gustav Olaf

Olaf Miroslav

Miroslav Wiglaf

Wiglaf Stanislav

Stanislav

Gustav, dann hat man einen Telefonring

Name ruft an

Gustav Olaf

Olaf Miroslav

Miroslav Wiglaf

Wiglaf Stanislav

Stanislav

Von Holland, Ketten und Ringen zurück zur EDV nach Deutschland...

Warum kann man nicht beliebig viele Zahlen immer wieder hintereinander in einem Array anfügen?

Weil ein Array eine feste Länge haben muss.

Was müsste man also bei jedem Anfügevorgang machen?

dynamischen Speicher reservieren!

Beispiel:

Annahme: Man will hintereinander die folgenden Zahlen abspeichern:

-93 , 71 , 19

Man reserviert also dynamisch (d.h.während der Laufzeit) Speicher für eine Zahl, dann Speicher für die nächste Zahl, usw.Die reservierten Speicher (mit den Adressen) liefert jeweils das Betriebssystem.

...0911

0345...

...0007

Welches Problem hat man, wenn man diese Zahlen (in der Reihenfolge wie sie abgelegt wurden) auf dem Bildschirm ausgeben will

Man kennt nicht die Adressen dieser Zahlen, weil diese Adressen nicht gespeichert wurden.

Was muss man also machen, um diese Zahlen ausgeben zu können?

...0911

0345...

...0007

...0911

0345...

...0007

... Man muss jeweils neben der Zahl auch die Adresse der nächsten Zahl speichern.

Man braucht also einen Datentyp, in dem neben einer Zahl eine Adresse gespeichert wird.

dtelement Zahl Adresse

Wir nennen den Datentyp hier "dtelement" und stellen dies schematisch wie folgt dar:

Wie sieht dann die Verlinkung dieser Speicherblöcke mit dem Datentyp element aus?(-93 , 71 , 19)Schreiben Sie die 3 Speicherblöcke auf und verlinken sie

...0911

0345...

...0007

-930911

71 0007

Welche Adresse soll hier eingetragen werden und ...

...wie kann man dieses Element als das Letzte markieren?

...0911

0345...

...0007

...0911

0345...

...0007

... -930911

19 71 0007

...0911

0345...

...0007

... -930911

19 NULL

71 0007

NULL ist eine spezielle Adresse, die z.B. für diesen Zweck verwendet werden kann.

19NULL

...0911

0345...

...0007

Wie sieht die genaue Belegung im Arbeitsspeicher aus?Der Speicherblock (Zahl, Adresse), der –93 in das dynamische Array einträgt, soll abgespeichert werden.

Was fehlt noch?

71 soll angefügt werden.

19 soll angefügt werden.

Man hat also mit dem 1. Element das ganze dynamische Array als sogenannte "verkettete Liste".

Umsetzung in C:

#include "stdafx.h"#include <stdio.h>#include <malloc.h>

struct dtelement{ int zahl; struct dtelement *next;};

int main(){ ...}

Name der Struktur(frei wählbar)

Name der Adresse (frei wählbar)

Diese Adresse muss wieder auf eine Variable zeigen, die den Datentyp dtelement hat!

Reservieren Sie jeweils für die Zahl 10 und 20 dynamisch Speicher und verlinken diese Speicherplätze dann miteinander. Geben Sie anschließend - vom Anfang der verketteten Liste ausgehend - die Zahlen auf dem Bildschirm aus.

int main(){ struct dtelement *anf; struct dtelement *e; anf = (struct dtelement *) malloc(sizeof( struct dtelement)); e = (struct dtelement *) malloc(sizeof( struct dtelement));

?e Annahme:Die Variablen anf und e werden an der Adresse 0050 und 0060 gespeichert.

Welchen Wert hat anf und e an dieser Stelle ?

Welchen Wert hat anf und e an dieser Stelle ? (also nach e = ...

Annahme:Der 1. reservierte Speicher beginnt bei der Adresse 0100, Der 2. reservierte Speicher beginnt bei der Adresse 0200.

Wie werden die einzelnen Bereiche des Speichers an der Adresse 0100 (bzw. 0200) interpretiert bzw. was bedeuten sie?

... 0200 ... ... 0100

Eine Integer-Zahl

Eine Adresse, die als Datentyp die Struktur dtelement hat.

Eine Integer-Zahl

Eine Adresse, die als Datentyp die Struktur dtelement hat.

0100anf

... 0200 ... ... 0100

Welche Werte stehen an diesen 4 Stellen?

... 0200 ... ... 0100 ?

Programm geht gleich weiter...

Durch welche Anweisungen wird im 1. reservierten Speicher die Zahl 10 und im 2. reservierten Speicher die Zahl 20 abgespeichert?

(*anf).zahl = 10;

... 0200 ... ... 0100 ?

0100* .zahl

(*anf).zahl = 10;

... 0200 ... ... 0100

0100* .zahl

(*anf).zahl = 10;

... 0200 ... ... 0100

0100* .zahl

(*anf).zahl = 10;

... 0200 ... ... 0100

(*e).zahl = 20;

0200* .zahl

(*anf).zahl = 10;

... 0200 ... ... 0100

(*e).zahl = 20;

0200* .zahl

(*anf).zahl = 10;

... 0200 ... ... 0100

(*e).zahl = 20;

Durch welche Anweisung wird der 1. reservierte Speicher mit dem 2. reservierten Speicher verlinkt?

0200* .zahl

(*anf).zahl = 10;

... 0200 ... ... 0100

(*e).zahl = 20;

(*anf).next = e;

0100* .next

(*anf).zahl = 10;

... 0200 ... ... 0100

(*e).zahl = 20;

(*anf).next = e;

0100* .next

(*anf).zahl = 10;

... 0200 ... ... 0100

(*e).zahl = 20;

(*anf).next = e;

0100* .next

(*anf).zahl = 10;

... 0200 ... ... 0100

(*e).zahl = 20;

(*anf).next = e;

Durch welche Anweisung kann man das 2. angefügte element als das Letzte markieren?(*e).next = NULL;

0200* .next

(*anf).zahl = 10;

... 0200 ... ... 0100 10

(*e).zahl = 20;

(*anf).next = e;

0200* .next

(*anf).zahl = 10;

... 0200 ... ... 0100 10

(*e).zahl = 20;

(*anf).next = e;

0200* .next

(*anf).zahl = 10;

... 0200 ... ... 0100 10

(*e).zahl = 20;

(*anf).next = e;

Damit hat man folgende Verlinkung der Elemente im Arbeitsspeicher(*e).next = NULL;

return 0;}

In anf (wie Anfang) ist die Adresse des 1. Elements gespeichert. Damit kann man die Liste durchlaufen. In e wird die Adresse eines neu anzufügenden Elements zwischengespeichert und dann in die Liste eingetragen (als Link auf das neue Element).

(*(*anf).next).zahl = 30;

... 0200 ... ... 0100 10

Was würde folgende zusätzliche Anweisung

im Speicher veranlassen?

0100* .next

0200* .zahl

... 0200 ... ... 0100 10

0100* .next

0200* .zahl

... 0200 ... ... 0100 10

0100* .next

0200* .zahl

Aufgabe:Erstellen Sie die folgenden

Funktionen ...

struct dtelement *anfuegen(struct dtelement *dynArray, int wert) Beschreibung:fügt an ein dynamisches Array (verkettete Liste) eine Zahl an.Gibt Adresse des (letzten) neu angefügten Elements zurück. dynArray ist die Adresse des letzten Elements

void printList(struct dtelement *dynArray) Beschreibung:gibt ein dynamisches Array (verkettete Liste) auf dem Bildschirm aus.

void delList (struct dtelement *dynArray) Beschreibung:löscht das ganze dynamische Array (verkettete Liste).

void delElement (struct dtelement *element) Beschreibung:löscht ein Element des dynamischen Arrays (verkettete Liste).

Bemerkungen zur Funktion:void delElement (struct dtelement *element)

Beispiel:Das Element mit der Adresse 0070 soll aus der Liste gelöscht werden.Also...

100070

300090

20NULL

Dieses komplette Element soll gelöscht werden. Reicht es aus, diesen Speicherbereich mit free freizugeben ?Also ...

100070

20NULL

Welche Probleme gibt es jetzt ?

Die Verlinkung stimmt nicht mehr! Das Element, das die Zahl 10 enthält, zeigt nicht mehr auf das Element, das die Zahl 20 enthält. Also ...

100070

300090

20NULL

Was muss also noch gemacht werden?

Von diesem Element muss die Adresse des Vorgängers und die Adresse des Nachfolgers ermittelt werden und dann der Vorgänger mit dem Nachfolger verlinkt werden. Dann muss das Element gelöscht werden.

100070

300090

20NULL

100050

300090

20NULL

100090

300090

20NULL

100090

20NULL

100090

20NULL

Wie kann die Adresse des Vorgängers ermittelt werden?

Indem an z.B. in der Liste in jedem Element nicht nur die Adresse des Nachfolgers, sondern auch die des Vorgängers speichert (dies heißt eine doppelt verkettete Liste).

100090

20NULL

Gibt es auch noch eine andere Lösung?

Man gibt in der Funktion als Parameter nicht die Adresse des zu löschenden Elements an, sondern ....

die Adresse des Vorgängers des zu löschenden Elements ...

dann kann in der Funktion die Adresse des Nachfolgers und des Nach-Nachfolgers ermittelt werden und die Liste muss nur einfach verkettet sein (nur jeweiligen Nachfolger eines Elements speichern).

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