Bài 7: Cấu trúc dữliệu · EE3490: Kỹthuậtlậptrình –HK1 2018/2019 TS. ĐàoTrung Kiên –ĐH Bách khoa Hà Nội Đặc điểm của DSLK Ưu/nhược điểm so

EE3490: Kỹ thuật lập trình – HK1 2018/2019

TS. Đào Trung Kiên – ĐH Bách khoa Hà Nội

Bài 7: Cấu trúc dữ liệu

(Data structures)

1



Mở đầu: mảng động

Mảng trong C có số phần tử cố định từ khi khai báo

Mảng động là mảng có số phần tử thay đổi: bản chất là

một con trỏ và một biến cho biết số phần tử int n = 5;

int* arr = (int*)malloc(n*sizeof(int));

Bài toán chèn phần tử vào mảng động: pos = 2; val = 25;

arr1 = (int*)malloc((n+1)*sizeof(int));

memcpy(arr1, arr, pos*sizeof(int));

memcpy(arr1+pos+1, arr+pos, (n-pos)*sizeof(int));

arr1[pos] = val;

free(arr);

arr = arr1;

Tương tự khi xoá phần tử2

10 20 30 40 50

25

10 20 25 30 40 50



Khái niệm

Ví dụ trên cho thấy mảng động khá kém hiệu quả trong

việc thêm/bớt phần tử vì cần di chuyển các vùng nhớ,

nhất là khi mảng có nhiều phần tử cần các cấu trúc dữ

liệu linh hoạt hơn

Các cấu trúc dữ liệu phổ biến, ứng dụng tuỳ bài toán:

Ngăn xếp (stack)

Hàng đợi (queue)

Danh sách liên kết (linked list)

Mảng động (vector, dynamic array)

Ánh xạ (map), từ điển (dictionary), bảng băm (hash table)

Tập hợp (set)

Cây (tree)

Đồ thị (graph)

3



Danh sách liên kết (DSLK)

Là tập hợp các phần tử được móc nối với nhau bằng con trỏ:

Một con trỏ trỏ đến phần tử đầu tiên (hoặc NULL nếu chưa có phần tử nào)

Mỗi phần tử bao gồm 2 thành phần: dữ liệu, con trỏ next tới phần tử tiếp theo

Con trỏ next của phần tử cuối cùng trỏ đến NULL

4

data

next

data

next

data

next

list



Khai báo DSLK

Ví dụ với dữ liệu là kiểu int:

struct SELEM;

typedef struct SELEM ELEM, *PELEM, *LLIST;

struct SELEM {

int data;

PELEM next;

};

Thư viện DSLK:

llist.h

llist.c

5

llist.h

llist.c



Thao tác với DSLK

Các hàm cần viết:

LLIST llInit();

LLIST llInsertHead(LLIST l, int data);

LLIST llInsertTail(LLIST l, int data);

LLIST llInsertAfter(LLIST l, PELEM a, int data);

LLIST llDeleteHead(LLIST l);

LLIST llDeleteTail(LLIST l);

LLIST llDeleteAfter(LLIST l, PELEM a);

LLIST llDeleteAll(LLIST l);

PELEM llSeek(LLIST l, int i);

void llForEach(LLIST l, LLCALLBACK func, void* user);

int llLength(LLIST l);

6



Khởi tạo DSLK

LLIST llInit() {

return NULL;

}

Khởi tạo DSLK với NULL chưa có phần tử nào

7



LLIST llInsertHead(LLIST l, int data) {

PELEM e = (PELEM)malloc(sizeof(ELEM));

e->data = data;

e->next = l;

return (LLIST)e;

}

Thêm phần tử vào đầu DSLK

8

data

next

data

next

data

next

list

data

next



LLIST llInsertTail(LLIST l, int data) {

PELEM p;

PELEM e = (PELEM)malloc(sizeof(ELEM));

e->data = data;

e->next = NULL;

if (l==NULL) return (LLIST)e;

for (p=l; p->next; p = p->next) ;

p->next = e;

return l;

}

Thêm phần tử vào cuối DSLK

9

data

next

data

next

data

next

list

data

next



Thêm phần tử vào sau một phần tử của DSLK

LLIST llInsertAfter(LLIST l, PELEM a, int data) {

PELEM e;

if (!a) return l;

e = (PELEM)malloc(sizeof(ELEM));

e->data = data;

e->next = a->next;

a->next = e;

return l;

}

10

data

next

data

next

data

next

list

a

data

next



Xoá phần tử đầu trong DSLK

11

LLIST llDeleteHead(LLIST l) {

PELEM p;

if (!l) return NULL;

p = l->next;

free(l);

return (LLIST)p;

}

data

next

data

next

data

next

list



Xoá phần tử cuối DSLK

LLIST llDeleteTail(LLIST l) {

PELEM p;

if (!l) return NULL;

if (!l->next) {

free(l);

return NULL;

}

for (p=l; p->next->next; p = p->next) ;

free(p->next);

p->next = NULL;

return l;

}12

data

next

data

next

data

next

list



Xoá phần tử sau một phần tử trong DSLK

LLIST llDeleteAfter(LLIST l, PELEM a) {

PELEM p;

if (!a || !a->next) return l;

p = a->next;

a->next = p->next;

free(p);

return l;

}

13

data

next

data

next

data

next

list

a



Duyệt DSLK

Tìm đến phần tử thứ i của DSLK

PELEM llSeek(LLIST l, int i) {

for (; i>0 && l; i--)

l = l->next;

return (PELEM)l;

}

Gọi hàm với mỗi phần tử của DSLK

typedef void (*LLCALLBACK)(int, void*);

void llForEach(LLIST l, LLCALLBACK func, void* user) {

for (; l; l=l->next)

func(l->data, user);

}

14



Các hàm khác với DSLK

15

Đếm số phần tửint llLength(LLIST l) {

int c;

for (c=0; l; c++)

l = l->next;

return c;

}

Xoá tất cả các phần tửLLIST llDeleteAll(LLIST l) {

PELEM p;

for (; l; l=p) {

p = l->next;

free(l);

}

return NULL;

}



Ví dụ sử dụng DSLK#include <stdio.h>

#include "llist.h"

void printList(LLIST l) {

printf("%d phan tu: ( ",

llLength(l));

for (; l; l = l->next)

printf("%d ", l->data);

printf(") \n");

}

void listSum(int data,void* user) {

int* pS = (int*)user;

*pS += data;

}

int main() {

LLIST l;

PELEM p;

int i, s;

l = llInit();

for (i=0; i<5; i++) {

l = llInsertTail(l, i);

l = llInsertHead(l, -i);

}

printList(l);

p = llSeek(l, 1);

l = llDeleteAfter(l, p);

l = llDeleteHead(l);

l = llDeleteTail(l);

printList(l);

s = 0;

llForEach(l, listSum, (void*)&s);

printf("Tong gia tri: %d\n", s);

l = llDeleteAll(l);

printList(l);

return 0;

}

16



Đặc điểm của DSLK

Ưu/nhược điểm so với mảng động:

+ Linh hoạt: thêm/bớt phần tử dễ dàng, sắp xếp và thay đổi

thứ tự phần tử mà không cần di chuyển trong bộ nhớ

+ Không cần cấp phát một vùng nhớ lớn và liên tục

– Cần thêm bộ nhớ phụ cho các biến con trỏ

– Không truy cập tới phần tử bất kỳ thứ i được như mảng,

mà phải duyệt từ đầu tới

Ngoài dạng cơ bản, có rất nhiều biến thể của DSLK:

DSLK kép, DSLK có thứ tự, hàng đợi, ngăn xếp,

DSLK vòng,… và cũng có nhiều cách cài đặt khác

nhau tuỳ thuộc vào bài toán cụ thể

17



Ngăn xếp (stack)

Ngăn xếp là trường hợp riêng của

DSLK, chỉ có hai thao tác:

push: thêm phần tử vào đầu danh sách

pop: lấy giá trị đồng thời xoá phần tử đầu

danh sách

thuộc loại danh sách LIFO (last in, first out)

Ứng dụng:

Tính toán biểu thức (ký pháp Ba Lan ngược)

Thực hiện việc gọi hàm trong ngôn ngữ lập

trình

Giải đệ quy

Dữ liệu undo

18

PopPush



Hàng đợi (queue)

Hàng đợi là trường hợp riêng của DSLK,

chỉ có hai thao tác:

enqueue: thêm phần tử vào đầu danh sách

dequeue: lấy giá trị đồng thời xoá phần tử

cuối danh sách

thuộc loại danh sách FIFO (first in, first out)

Để lập trình hàng đợi, thường dùng hai con

trỏ: một tới đầu danh sách để thêm, một tới

cuối danh sách để lấy phần tử

Ứng dụng:

Truyền thông tin, dữ liệu

Bộ nhớ đệm đọc/ghi dữ liệu

Cài đặt các dịch vụ (mô hình client/server)

19

Dequeue

Enqueue



DSLK kép (doubly linked list)

Trong DSLK thông thường, mỗi phần tử chỉ có một con

trỏ next tới phần tử kế tiếp gọi là DSLK đơn, chỉ duyệt

DS được một chiều

DSLK kép: mỗi phần tử có thêm con trỏ prev tới phần tử

ở trước có thể duyệt được hai chiều

20

data

next

prev

data

next

prev

data

next

prev

list



Bài tập

1. Khai báo DSLK kép và viết các hàm: thêm/xoá phần tử đầu

2. Viết các hàm Pop(), Push() của ngăn xếp và Enqueue(),

Dequeue() của hàng đợi dựa trên DSLK và nhận xét hàm nào

không hiệu quả

3. Tính giá trị trung bình các giá trị của một DSLK bằng hai cách:

duyệt danh sách, và sử dụng hàm llForEach()

4. Viết hàm llConvert(int* arr, int count) chuyển dữ liệu từ mảng sang

DSLK, không dùng các hàm đã viết

5. Viết hàm llReverse(LLIST l) đảo ngược thứ tự DSLK, không cấp

phát thêm phần tử mới

6. Như bài trên nhưng dùng phương pháp đệ quy

7. Có hai DSLK l1 và l2, viết hàm llInsertListAfter(l1, l2, p) để chèn l2

vào l1 ở sau vị trí của phần tử p

8. Sửa thư viện DSLK để có thể chứa dữ liệu bất kỳ

21

Documents

Bài 7: Cấu trúc dữliệu · EE3490: Kỹthuậtlậptrình –HK1 2018/2019 TS. ĐàoTrung Kiên –ĐH Bách khoa Hà Nội Đặc điểm của DSLK Ưu/nhược điểm so