LINUXSOFT.cz
Username: Password:     
    CZ UK PL

> C/C++ (28) - Standardní knihovna potřetí

Dnes si ukážeme, jak setřídit pole knihovní funkcí qsort pomocí libovolně definovaného uspořádání a jak v setříděném poli nalézt konkrétní záznam. Příklady jsou trochu náročnější na přetypování ukazatelů, rovněž mohou posloužit jako příklad užitečnosti uživatelem definovaných callback funkcí volaných z knihovny.

15.11.2005 07:00 | Jan Němec | read 20997×

DISCUSSION   

Třídění a vyhledávání

Třídění pole na základě porovnávání dvojic prvků je oblíbenou úlohou snad všech učitelů informatiky, neboť rozvíjí algoritmické myšlení studentů a umožňuje krátkou exkurzi do teorie složitosti. Nejjednodušší algoritmy mají kvadratickou složitost, lepší a složitější n * log(n). Jeden z těch (v průměrném případě) velmi rychlých se jmenuje quicksort a je implementovaný ve standardní knihovně jazyka C.

#include <stdlib.h>

void qsort(void *base, size_t nmemb, size_t size,
  int (* compar)(const void *, const void *));

Funkce qsort je navržena obecně, tak aby mohla třídit pole jakékoli velikosti a typu prvků podle uživatelem definovaného uspořádání. Parametr base je ukazatel na začátek pole, nmemb počet tříděných prvků a size velikost jednoho prvku v bytech. Poslední parametr compar je ukazatel na porovnávací funkci definovanou programátorem. Funkce musí vracet záporné, nulu nebo kladné číslo pokud je první z dvojice porovnávaných prvků menší, rovný nebo větší než druhý. Parametry třídící i porovnávací funkce jsou typu void *, při skutečném použití bude třeba hojně přetypovávat. Ukážeme si to nejjednodušším na příkladu, třídění náhodně vygenerovaných čísel typu unsigned int.

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>

/* Velikost pole */
#define POCET 200

/* Porovnávací funkce, parametry jsou ukazatele na porovnávané prvky. */
int cmp(const void *a, const void *b) {

  /* Parametry musíme nejprve přetypovat z void * na unsigned *, potom
     dereferencovat na unsigned a teprve potom porovnat. */
  if ( *((unsigned *) a) < *((unsigned *) b) ) {
    /* První prvek je menší. */
    return -1;
  }
  if ( *((unsigned *) a) > *((unsigned *) b) ) {
    /* První prvek je větší. */
    return 1;
  }
  /* Ani menší ani větší. V úplném uspořádání zbývá jedině rovnost. */
  return 0;
}

int main(void) {
  /* Tříděné pole */
  unsigned pole[POCET];
  int i;

  /* Inicializace generátoru náhodných čísel */
  srand(time(NULL));

  /* Naplnění pole náhodnými čísly od nuly do 1000 */
  for (i = 0; i < POCET; i++) {
    pole[i] = rand() % 1000;
  }

  /* Výpis nesetříděného pole */
  puts("Nesetříděno:");
  for (i = 0; i < POCET; i++) {
    printf("%u ", pole[i]);
  }

  /* Vlastní třídění */
  qsort((void *) pole, POCET, sizeof(unsigned), cmp);
  
  /* Výpis setříděného pole */
  puts("\n\nSetříděno:");
  for (i = 0; i < POCET; i++) {
    printf("%u ", pole[i]);
  }

  /* Odřádkování na závěr */
  puts("");
  return 0;
}

V praxi se obvykle netřídí čísla ale záznamy podle nějakého klíče. Funkce qsort je dostatečně obecná i pro tento případ. Ukážeme si, jak setřídit zaměstnance firmy podle mzdy. Každý zaměstnanec má v našem příkladu jen jméno a plat, ale ve skutečném případě by měl ještě další položky, například nějaké id, adresu, rodné číslo, místo v kanceláři, nadřízeného atd. Bylo by možné definovat přímo pole struktur Zamestnanec a třídit toto pole. Tato implementace by ale byla poněkud neefektivní, neboť sizeof(Zamestnanec) není zanedbatelné číslo a v průběhu třídění se budou prvky pole prohazovat, což by vedlo k opakovanému kopírování větších bloků paměti. Lepší je definovat pole ukazatelů na zaměstnance a třídit toto pole, neboť se budou prohazovat pouze několikabytové ukazatele.

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>

/* Velikost pole */
#define POCET 10

typedef struct {
  unsigned plat;
  char jmeno[64];
} Zamestnanec;

/* Porovnávací funkce, parametry jsou ukazatele na ukazatele na
   porovnávané typy Zamestnanec. */
int cmp(const void *a, const void *b) {

  /* Parametry musíme nejprve přetypovat z void * na Zamestnanec **, potom
     dereferencovat na Zamestnanec *, operátorem -> získat mzdu a teprve
     potom porovnat. */
  if ( (*((Zamestnanec **) a))->plat <
       (*((Zamestnanec **) b))->plat ) {
    /* První prvek je menší. */
    return -1;
  }
  
  if ( (*((Zamestnanec **) a))->plat >
       (*((Zamestnanec **) b))->plat ) {
    /* První prvek je větší. */
    return 1;
  }

  /* Ani menší ani větší. V úplném uspořádání zbývá jedině rovnost. */
  return 0;
}

int main(void) {
  /* Tříděné pole */
  Zamestnanec * pole[POCET];
  int i;

  /* Inicializace generátoru náhodných čísel */
  srand(time(NULL));

  /* Naplnění pole náhodnými zaměstnanci s platem od 10 do 60 tisíc */
  for (i = 0; i < POCET; i++) {
    Zamestnanec *pz;

    pz = (Zamestnanec *) malloc(sizeof(Zamestnanec));
    if (!pz) {
      /* Ve skutečných programech takhle opatrný nejsem, ale tohle je
         výuka... */
      int j;
      fputs("Málo paměti!\n", stderr);
      for (j = 0; j < i; j++) {
        free(pole[j]);
      }
      return 1;
    }
    pz->plat = 10000 + rand() % 50001;
    sprintf(pz->jmeno, "Zaměstnanec%03i", i);
    pole[i] = pz;
  }

  /* Výpis nesetříděného pole */
  puts("Nesetříděno:");
  for (i = 0; i < POCET; i++) {
    printf("jméno: %s, plat:%u\n", pole[i]->jmeno, pole[i]->plat);
  }

  /* Vlastní třídění */
  qsort((void *) pole, POCET, sizeof(Zamestnanec *), cmp);
  
  /* Výpis setříděného pole */
  puts("\n\nSetříděno:");
  for (i = 0; i < POCET; i++) {
    printf("jméno: %s, plat:%u\n", pole[i]->jmeno, pole[i]->plat);
  }
  /* Dealokace */
  for (i = 0; i < POCET; i++) {
    free(pole[i]);
  }
  /* Odřádkování na závěr */
  puts("");
  return 0;
}

Podobnou syntaxi jako qsort má i funkce bsearch, která hledá půlením intervalu (tedy s logaritmickou časovou složitostí) v setříděném poli konkrétní záznam.

#include <stdlib.h>

void *bsearch(const void *key, const void *base, size_t nmemb, size_t size,
  int (* compar)(const void *, const void *));

Parametr key je něco jako kopie hledaného záznamu, přesně řečeno ukazatel, jehož porovnání funkcí compar s hledaným záznamem vrací 0. V případě zaměstnanců vyhledávaných a setříděných podle mzdy by se zřejmě jednalo o ukazatel na strukturu Zamestnanec s vyplněnou položkou plat, na hodnotě položky jmeno nezáleží. Funkce vrací ukazatel do pole na hledaný záznam nebo NULL, pokud v poli není. Zbytek je stejný jako u funkce qsort. Na konec minulého příkladu před cyklus s dealokací tak můžeme přidat následující kód:

{
  Zamestnanec z, *pz, **ppz;
  z.plat = 30000;
  pz = &z;

  /*
    Návratová hodnota bsearch je ukazatel na prvek pole tedy ukazatel
    na ukazatel na Zamestnanec. Musíme ji přetypovat z void *
    na Zamestnanec **, ověřit, zda není NULL, dereferencí získat jednoduchý
    ukazatel na Zamestnanec a teprve potom operátorem -> přistupovat
    k položkám. Rovněž pozor na první vstupní parametr. Nejde zadat &z,
    tedy Zamestnanec *. Je třeba stejný typ, jako je ukzatel na prvek pole,
    tedy Zamestnanec **.

    Práce s ukazateli dělá občas problémy i zkušeným programátorům v C.
  */
  ppz = (Zamestnanec **) bsearch(&pz, pole, POCET, sizeof(Zamestnanec *),
    cmp);
  if (!ppz) {
    printf("Plat přesně %u nemá nikdo.\n", z.plat);
  } else {
   printf("Plat přesně %u má %s a možná ještě někdo další.\n", z.plat,
     (*ppz)->jmeno);
  }
}

Všimněte si výpisu v případě úspěšného hledání. Náš příklad se trochu podobá vyhledávání v databázi, ale narozdíl od příkazu SELECT v SQL může bsearch i v případě duplicit vrátit pouze jedinou hodnotu.

Pokračování příště

Vyhledávání zaměstnanců nám dnešní díl poněkud roztáhlo, proto se ke slíbené práci se znaky dostaneme až příště a povíme si i něco o ladícím makru assert.

 

DISCUSSION

For this item is no comments.

Add comment is possible for logged registered users.
> Search Software
> Search Google
1. Pacman linux
Download: 4873x
2. FreeBSD
Download: 9063x
3. PCLinuxOS-2010
Download: 8561x
4. alcolix
Download: 10943x
5. Onebase Linux
Download: 9656x
6. Novell Linux Desktop
Download: 0x
7. KateOS
Download: 6239x

1. xinetd
Download: 2411x
2. RDGS
Download: 937x
3. spkg
Download: 4751x
4. LinPacker
Download: 9961x
5. VFU File Manager
Download: 3196x
6. LeftHand Mała Księgowość
Download: 7200x
7. MISU pyFotoResize
Download: 2803x
8. Lefthand CRM
Download: 3560x
9. MetadataExtractor
Download: 0x
10. RCP100
Download: 3116x
11. Predaj softveru
Download: 0x
12. MSH Free Autoresponder
Download: 0x
©Pavel Kysilka - 2003-2024 | mailatlinuxsoft.cz | Design: www.megadesign.cz