Estructura de Datos y Algoritmos

1. Estructura de Datos y Algoritmos Repaso Tipos de Datos

2. ¿Qué es un dato? • Información en bruto, sin ningún significado • Dado un enunciado, evento o acción, los datos • Permiten representar sus actores o participantes • Analizándolos, se podrá obtener resultados deseados • Analicemos el siguiente hecho: • El estudiante Juan Paz de edad 23 años, tiene promedio 8.3 en sus calificaciones • Podemos tomar los siguientes datos • Nombre: Juan Paz -> Conjunto de Caracteres • Edad: 23 -> entero • Promedio: 78,3 -> real

3. Como representar los datos • Los seres humanos: • Usamos lenguaje natural o símbolos • Ejemplo: • Para representar números, usamos el sistema decimal • Para representar palabras, usamos el abecedario • La computadora: • Usa conjuntos de 1s y 0s • El dato mas pequeño en el computador es • Un 1 o un 0 -> bit • El conjunto de 8 bits -> 1 byte

4. Como representar los datos • Los datos se clasifican en TIPOS • Son los diferentes dominios existentes. Ejemplo: • Edad, Año de Nacimiento, Numero de multas • Tienen dominio numérico • Nombre, Dirección, Num. Cedula, • Caen en el dominio de la información tipo texto • Y las operaciones permitidas para dicho dominio

5. Tipos de Datos Básicos

6. 1000 1001 1002 1003 En la computadora • Solo vienen integrados los tipos de datos básicos • En la computadora • Cada byte es un casillero y tiene una dirección en memoria • Los datos (números y letras) se almacena en estos casilleros • ¿Cuantas casilleros ocupa un dato? • Depende de su tipo y del hardware de la computadora • Un entero puede ocupar casillas de hasta 4 bytes • Un doble siempre ocupara mas, por su mayor precisión • PERO, un carácter SIEMPRE ocupara casillas de 1 byte

7. 100 101 102 103 104 Declaración de variables en C • Una declaración de variables en C incluye • Tipo de dato y • Nombre de variable(identificador) • Ejemplo: int a, b; float c; • ¿Para que se declaran variables? • Especifica cuanta memoria debe reservarse y • Como se van a interpretar dichos datos f = a + b • Es una suma de enteros, que al final se convierte a real 4 bytes, dir: 100 int a; char c; 1 byte, dir: 104

8. 1000 1001 1002 1003 Direcciones de Memoria • Las variables • Tienen direcciones de memoria • Si deseamos conocer dicha dirección • En lenguaje C • Se usa el operador & de dirección • Ejemplo: int a; a = 3; printf(“Valor:%d Dir: %d”, a, &a); &a es 1000 • Un puntero • Es una variable que puede almacenar dirección de memoria

9. Estructura de Datos y Algoritmos Repaso Estructuras de Datos

10. ¿Qué es una Estructura de Datos? • Una estructura de datos es una forma de organizar un conjunto de datos elementales con el objetivo de facilitar su manipulación. Un dato elemental es la mínima información que se tiene en un programa.(ejemplos de datos elementales serían int, float, char,etc…) • Lo que se pretende con las estructuras de datos es facilitar un esquema lógico para manipular los datos en función del problema que haya que tratar y el algoritmo para resolverlo.

11. ¿Qué es una Estructura de Datos? • En algunos casos la dificultad para resolver un problema radica en escoger la estructura de datos adecuada. Y, en general, la elección del algoritmo y de las estructuras de datos que manipulará estarán muy relacionadas.

12. Ejemplos de estructuras de datos • Vectores (matriz o array) • Listas Enlazadas • Pilas (stack) • Colas (queue) • Árboles • Árboles Binarios • Árboles finitarios • Conjuntos (set) • Grafos • Tablas Hash

13. Estructura de Datos y Algoritmos Tipos Inductivos

14. Tipos Inductivos ("Recursivos") • tienen en general cardinalidad infinita • contienen valores de "tamaño arbitrario" • Ejemplos: • números naturales • listas

15. Tipos Inductivos ("Recursivos") • Tomemos por ello un problema para representar estos tipos en computadoras Concretamente: ¿Cómo se implementan las variables de estos tipos ? • T x;//T es el tipo de la variable x • un espacio fijo en memoria con una dirección (secuencia de bits ubicada en cierta posición de la memoria) • El espacio debe ser suficiente para contener cualquier valor de tipo T

16. Tipos Inductivos ("Recursivos") • Si los valores de tipo T pueden ser de tamaño arbitrariamente grande, entonces no hay espacio finito suficiente para contener cualquier valor de tipo T. • Por ello: sólo un rango de los naturales es representable: ([MinNat, MaxNat])

17. El caso de las listas • ¿Cómo tendría que ser una variable capaz de contener cualquier lista? • infinita • de tamaño ajustable (Cada lista es finita; pero la variable debería poder crecer y contraerse al agregar y quitar elementos de la lista)

18. El caso de las listas • Solución: La lista se extiende "hacia afuera" a lo largo de la memoria ocupando un número de variables.

19. El caso de las listas • ¿ Cómo ? • Ejemplo: Consideramos [1, 2, 3] • Cada elemento es representable en una variable común (ej.: de tipo CARDINAL)

20. El caso de las listas • A esta información, hay que agregar otra, que representa la estructura (lineal) de la lista: • ¿ Dónde está el primer elemento ? • ¿ Dónde está el siguiente de cada elemento ?

21. El caso de las listas • Si llamamos a la lista en cuestión, podemos representarla con una variable que: • indique dónde está el primer elemento, o sea que • apunte a la variable que contiene el primer elemento, que es lo mismo que • contenga como valor la dirección (un nombre, una referencia a) de la variable que contiene el primer elemento

22. El caso de las listas

23. El caso de las listas • ¡¡¡Necesitamos un nuevo “tipo” de valores !!! • Direcciones • Referencias • Nombres • indicadores (indicaciones) • punteros • Debe poderse representar la lista vacía, cuyo primer elemento no existe. Necesitamos un valor que “no apunte”.Este valor se conoce como NULL . • Operación:  es la variable a la que señala (apunta) • Notar que no está definida para l = NULL

24. El caso de las listas • Además necesitamos representar la estructura secuencial. • Para ello, hacemos que cada componente de la lista apunte al siguiente:

25. El caso de las listas • Tenemos NODOS formados por dos componentes (campos): • El elemento propio de la lista (información) • El puntero al siguiente nodo (posiblemente no existente) • En C podemos representar los nodos como estructuras (struct)

26. El caso de las listas • Debe poderse crear y destruir variables en forma dinámica (mediante instrucciones de programa, durante la ejecución de los programas) • ¿ Por qué ?

27. El caso de las listas • Debemos poder implementar asignaciones (abstractas) como: S = x.S (operación que agrega un elemento a la lista) (comparar con n = n + 1) • En tal caso, la lista contenida en la variable S se agrandaría en un elemento

28. El caso de las listas • En la representación con nodos y punteros, corresponde a crear un nuevo nodo y agregarlo a la lista. • Por ejemplo, a la asignación abstracta l = 0.l (antes de la asignación l=[1,2,3]) corresponde:

29. El caso de las listas • El nuevo nodo: • debe ser creado • debe cargársele información • l debe ser actualizada • Igualmente, deben poderse destruir nodos, correspondientemente con las operaciones que borran elementos de listas Tenemos pues ESTRUCTURAS DINÁMICAS. Su tamaño es gobernado por instrucciones de Programa. Esto no pasa con estructuras estáticas como son los arreglos.

30. Listas Encadenadas

31. Estructura de Datos y Algoritmos Repaso Punteros

32. Punteros en C • Para cada tipo T existe el tipo de los punteros a variables de tipo T: POINTER TO T (que en C se declararía: T *variable;)

33. Punteros en C • Notar que si p es una variable de tipo POINTER TO T, entonces los estados posibles de p son: • Estar apuntando a una variable de tipo T • Contener el valor NULL (tiene valor, pero no apunta) • No tener valor (no haber recibido todavía valor)

34. Punteros en C • El único literal (constante primitiva) de cada tipo de puntero es NULL • Las operaciones asociadas a cada tipo de puntero son: •  (puntero a variable) • + • - • == (verificación de igualdad de dos punteros, y solo de punteros) • = (asignación)

35. Punteros en C • Un tipo de dato • El puntero solo podrá almacenar direcciones de memoria de variables del tipo especificado • Se pueden definir punteros de cualquier tipo: • float *pf; • char *pc; • Un identificador que siempre va antecedido del operador * x 1000 3 1001 1003 1000 1000 pt 1005 pt almacena la dirección de x, se dice que pt apunta a x • int *pt, x; • x = 3; • pt = &x;

36. Punteros en C • Un puntero apunta a una variable • A través del puntero se puede llegar a conocer todo sobre la variable • Ejemplo: • char c, *pc1, *pc2; • pc1 = &c; • Si quiero conocer la dirección, uso el puntero • printf(“%d”, pc1); //Imprimo la dir. Almacenada por pc1 • pc2 = pc1; //pc2 almacena la misma dir. que pc1 • Si quiero conocer el contenido al que apunta un puntero, uso el operador *, sobre dicho puntero Es equivalente a : printf(“%c”, c); • c = ‘A’ • printf(“%c”, *pc1); • *pc1 = ‘N’ • printf(“%c”,c); Es equivalente a : c = ‘N’ Imprime ‘N’ pues c ya cambio

37. Punteros en C • A éstas operaciones deben agregarse las operaciones que permiten crear y destruir variables dinámicamente • En todo contexto en que sea válida la importación: #include <stdio.h>

38. Punteros en C • Tomemos disponibles las siguientes funciones (C extendido), para cualquier tipo T: • T *variable = new(T); • delete(variable); • delete [] variable (si variable es un arreglo creado dinamicamente)

39. Punteros en C • El funcionamiento de estos procedimientos es como sigue: p = new(T) • Crea una variable de tipo T (siendo p una variable de tipo POINTER TO T) • deja p apuntando a esa nueva variable • no importando cuál era el estado previo de p delete(p) • Tiene como precondición que p esté apuntando a alguna variable • La variable apuntada por p desaparece • p queda "sin valor"

40. Punteros en C • Los tipos de punteros son atómicos. Pueden ser retornados como valores de funciones. Son usados para formar estructuras encadenadas. • Dada una variable T *p hay tres formas de asignarle valor • p = NULL; • p = q; • P = new(T);

41. Asignar un valor a un puntero • p = NULL, hace que p "no apunte"

42. Asignar un valor a un puntero • p = q, donde q es otra variable del mismo tipo que p. Entonces q debe tener valor. Luego de esta asignación, o bien p y q son NULL (no apuntan) o bien apuntan a la misma variable.

43. Asignar un valor a un puntero • p = new(T), es la manera de crear punteros efectivos a variables. • Luego, necesariamente, si un puntero apunta a una variable, ésta es una variable creada dinámicamente (usando new)

44. Punteros en C Observaciones Complementarias • Dada la siguiente situación: Decimos que p, q (sus punteros) son alias de la misma variable.

45. Punteros en C ¿ Qué ocurre al ejecutarse delete(p)? • q queda apuntando a una variable inexistente (lo cual es diferente de contener el valor NULL, es decir: "NO APUNTAR") • De hecho, ocurre que los contenidos de ambas variables son inútiles. O sea, la situación es análoga al caso en que no tienen valor asignado.

46. Punteros en C ¿ Qué ocurre al ejecutarse DELETE(p)? • Ejecutar p o q en esta situación conduce a un error de ejecución (el mensaje suele ser “SEGMENTATION FAULT" o algo que sugiera "ausencia de variable alojada en la dirección en cuestión") • En presencia de alias, la ejecución de DELETE puede tener, como efecto lateral, que más de un puntero quede "apuntando a una variable inexistente“  OJO

47. Punteros en C • Sean p, q variables de tipo char*, tal que:

48. Punteros en C • ¿Que pasa si hacemos …? • [1]p = q • [2]*p = *q (esta es la notación en C para p y q respectivamente)

49. ¿Que pasa si hacemos …? • Luego de ejecutar [1], tenemos: (Notar también el desperdicio posible de memoria luego de ejecutar [1], ‘a’ queda inaccesible y “gastando memoria”)

50. ¿Que pasa si hacemos …? • Luego de ejecutar [2], tenemos: