Инструменты пользователя

Инструменты сайта


bb:redbook:207

2.7 Связанный список

1. Понятие о связанном списке

Что такое список — знают все из повседневной жизни. Это лист бумаги, который содержит пункты, например, того, что нужно купить в магазине. Аналога связанного списка [1] в жизни нет. С большой натяжкой связанным списком в жизни можно назвать алгоритм схемы в виде блок-схем [2]. В блок-схемах каждый последующий блок, связан с предыдущим. но в блок-схемам могут быть побочные связи, а в связанных списках они встречаются довольно редко.

Связанный список, как и блок-схема, в каждом элементе списка содержит полезную информацию, и также содержит служебную информацию. Эта информация, может быть представлена указателем на следующий элемент, точно такой же по структуре. Такой список называется односвязным. Может быть в элементе указатель на предыдущую структуру. Такой список называется двусвязным. Могут быть ещё какие-то указатели на совсем другие структуры, по необходимости.

При использовании односвязного списка надо быть очень внимательным, чтобы цепочка не разорвалась, т. к. информация за разрывом будет потеряна. При двусвязных списках вероятность такого неприятного события сохраняется, но существенно ниже [3]. [↑]

2. Пример использования двусвязного списка

Задача создания двусвязного списка разбивается на несколько простых подзадач. [↑]

2.1 Создание элемента двусвязного списка

Для начала создадим тип данных, соответствующей нашей задаче — элемент двусвязного списка. Примерный код представлен ниже:

В записи использованы поля для полезного значения, флагов первого и последнего элемента, а также указатели на предыдущий и последний элемент.

Элемент двусвязного списка не является указателем на запись, т. к. с применённым подходом нельзя было бы использовать указателя на тип «указатель на запись» (т.е. на самого себя). [↑] (* а правильно ли я написал? технически можно создать указатель на указатель? *)

2.2 Создание двусвязного списка

Этот тип данных не будет напрямую содержать элементы. В нём будет содержаться только служебная информация по списку, а также указатели на первый и последний элемент списка.

Пример такого списка:

Как видно из примера, управляющая структура совсем короткая. Даже короче, чем элемент двусвязного списка. Сам тип tDblList определён через указатель на структуру, поэтому переменную такого типа, можно создать динамически, что позволит сократить объём программы в виде исполняемого файла. [↑]

2.3 Инициализация списка

После создания списка необходимо его инициализировать, чтобы избежать мусора в переменных. Промышленное программирование приветствует такой подход.

В этом методе используется ссылки на пользовательский тип «tDblList». Происходит принудительное обнуление длины списка, и присвоение указателям значения «NIL» («НИЧЕГО»). Это специальная преодпределённая константа, для указания того, что здесь «пустота»[4]. [↑]

2.4 Вставка нового элемента

Вставку нового элемента в список рационально (но не обязательно) реализовать в форме метода объекта. Представленный вариант ниже вставляет новый элемент только в конец списка. Для включения элемента в произвольное место, необходимо в объект tDblList свойство «cur»(«current», «текущий»). Оно как раз и будет указателем на то место, куда вставлять. Предлагается такой вариант списка выполнить самостоятельно.

Работа с указателями в Компонентном Паскале упрощена до предела[5]. Если в предыдущих вариантах Паскаля (или даже во вполне современном FreePascal) использовалась специальная семантика для работы с указателями, то сейчас она изъята из языка, как излишняя. Ведь тип переменной известен точно[6]. Во входных параметрах метода указана переменная «v». Она вместе с созданием нового элемента присваивает значение новому элементу. В конце метода выводится контрольная строка, что элемент действительно вставлен. [↑]

2.5 Удаление элемента

Удаление элемента из списка опасно тем, что может разорвать цепочку, и если её не срастить — указатель будет «висеть» в никуда.

Удалять элементы проще, чем вставлять, так как не приходится думать об удалённом элементе. Но в любом случае, надо контролировать ссылки. [↑]

2.6 Заполнение списка

Метод будет реализован с помощью цикла FOR. Необходим только для первоначального заполнения списка.

В приведённом методе происходит заполнение списка 15 элементами. [↑]

2.7 Удаление последних пяти элементов

Удаление будет производиться с конца списка, так как это заложено в алгоритме работы списка. После удаления, будет выведен список оставшихся элементов.

Внутри метода первый цикл можно заменить на REPEAT…UNTIL. А вот со вторым использовать не получится, так как последний элемент имеющий признак «el.last» не будет выведен на экран. [↑]

2.8 Процедура Start

Это процедура является завершающей, и включает в себя всю последовательность вызовов методов.

Последовательные вызовы приводят к созданию списка, его заполнению, затем удалению пяти элементов. [↑]

2.9 Полный листинг

Текст модуля достаточно разобран выше, текст приводится без комментариев. Рекомендуется самостоятельно разобраться в деталях реализации.

Hello14.odc

[↑]

2.10 Вывод программы

Если программа набрана правильно, то должен быть получен следующий вывод:

[↑]

3. Заключение

Приведённый пример является простейшим. В нём не хватает нескольких методов для доступа к произвольному элементу (на самом деле, здесь бы хватило и фиксированного массива указателей). Кроме того, нельзя удалять элементы из середины списка. Но данный учебный пример позволяет понять как это сделать, и пример можно взять за основу для своих решений. Ещё раз хотелось бы остановиться на эффективности использования памяти в приведённом примере — очень не эффективно. Структуры данных надо проектировать тщательно, особенно когда дело касается большого массива данных. [↑]

4. Примечания

[↑] Связный список не единственная структура в подобном роде. Варианты списков можно посмотреть в Википедии. Если ей верить, то допустимо использование названий структуры как «Связный список», так и «Связанный список» (от слов «связной» и «связанный»).

[↑] Блок-схема — это одна из технологий разработки программного обеспечения (ПО), которая была принята в качестве стандарта на заре компьютерной эпохи. Необходимость в блок-схемах естественно вытекала из-за невыразительности языков программирования. Очень часто в государственных организациях до наших дней можно встретить алгоритмы действий в виде блок-схем на стенах. Блок-схемы несколько архаичны, но например, такой визуальный графический язык, как ДРАКОН ещё не сказал своего слова. Создатели космического корабля «Буран» это подтверждают (см. Википедию).

[↑] Следует помнить о том, что связанный список для хранения информации может иметь КПД всего 11%: 4 байта на указатель на следующий элемент, 4 байта на предыдущий элемент, и только 1 байт на переменную типа BYTE. Соотношение полезной информации к общей как 1 к 9, что и даёт всего 11%.

[↑] По указателям действие присвоения NIL излишне, в соответствии с документацией, встроенной в КП: «Любой указатель может принимать значение NIL, которое не указывает ни на какую переменную вообще. Все поля и элементы вновь размещенной записи или массива очищаются; в частности, значения все содержащиеся в них указательные и процедурные переменные устанавливаются в NIL.» Но мы будем приучаться к методически правильному промышленному программированию. В разных реализациях КП вполне могут встретиться отклонения от эталонного КП. С представленным подходом, в случае необходимости сменить компилятор проблем точно не возникнет, побочные эффекты себя не проявят.

[↑] Традиционно считается, что работа с указателями сложна. На самом деле это не так сложно, если работать со строго типизированными данными. См. в Википедии «Указатель (тип данных)».

[↑] Кроме Компонентного Паскаля, такая же простая работа с указателями присутствует в python. Но python — язык динамический, а значит более медленный чем КП (примерно в 25-28 раз).

[ ← Назад ] [ Вверх ↑ ] [ Далее → ]

bb/redbook/207.txt · Последние изменения: 2016/03/31 15:23 — prospero78