EJERCICIOS. Algo de C CADENAS

Transcripción

1 EJERCICIOS (1) Sea el lenguaje Todos los números binarios que contienen el grupo 00 por lo menos una vez. Dibuje el DT de un AFN que lo reconozca. (2) Escriba la descripción formal del AFN diseñado en el ejercicio anterior. (3) Sea el lenguaje Todas las palabras sobre el alfabeto {a, b, c que terminan con b. Dibuje el DT de un AFN que lo reconozca. (4) Escriba la descripción formal del AFN diseñado en el ejercicio anterior. (5) Dibuje el diagrama de transiciones de un AFN que acepte el lenguaje 101* + 1*00. (6) Escriba la descripción formal del AFN diseñado en el ejercicio anterior. (7) Describa formalmente a los AFDs de un solo estado sobre el alfabeto {a, b, completos y no completos. (8) Describa formalmente a los AFDs de un solo estado sobre el alfabeto {a, b, c, completos y no completos. (9) Describa formalmente a los AFDs de dos estados sobre el alfabeto {a, b, completos y no completos. (10) Elija tres AFNs de dos estados de cada uno, sobre el alfabeto {a, b, y descríbalos formalmente. (11) Encuentre un Lenguaje Regular que no contenga la palabra vacía, que no pueda ser aceptado por un AFD con un solo estado final. Escriba la Expresión Regular del lenguaje hallado. Algo de C CADENAS unsigned strlen (const char*); Cuenta los caracteres que forman la cadena dada hasta el 1er carácter '\0', excluido. Retorna (longitud de la cadena). char* strcat (char* s, const char* t); Concatena la cadena t a la cadena s sobre s. Retorna (s). char* strcpy (char* s, const char* t); Copia la cadena t en s (es la asignación entre cadenas). Retorna (s). char* strstr (const char* s, const char* t); Ubica la 1ra. ocurrencia de la cadena t (excluyendo al '\0') en la cadena s. Retorna (ok? puntero a la subcadena localizada : NULL). int strcmp (const char*, const char*); Compara "lexicográficamente" ambas cadenas. Retorna (0 si las cadenas son iguales; < 0 si la 1ra. es "menor" que la 2da.; > 0 si la 1ra. es "mayor" que la 2da.) char* strtok (char*, const char*); Separa en "tokens" a la cadena dada como 1er. argumento; altera la cadena original 1

2 Macros Acceso NULL Ver Definiciones Comunes. EOF SEEK_CUR SEEK_END SEEK_SET Argumentos para la función fseek. stderr stdin stdout Expresiones del tipo FILE* que apuntan a objetos asociados con los flujos estándar de error, entrada y salida respectivamente. FILE* fopen ( const char* nombrearchivo, const char* modo ); Abre el archivo cuyo nombre es la cadena apuntada por nombrearchivo asociando un flujo con este según el modo de apertura. Retorna (ok? puntero al objeto que controla el flujo : NULL). int fclose (FILE* flujo); Vacía el buffer del flujo apuntado por flujo y cierra el archivo asociado. Retorna (ok? 0 : EOF) Entrada / Salida Formateada Flujos en General int fprintf (FILE* f, const char* s,...); Escritura formateada en un archivo ASCII. Retorna (ok? cantidad de caracteres escritos : < 0). int fscanf (FILE* f, const char*,...); Lectura formateada desde un archivo ASCII. Retorna (cantidad de campos almacenados) o retorna (EOF si detecta fin de archivo). Entrada / Salida de a Caracteres int fgetc (FILE*); ó int getc (FILE*); Lee un carácter (de un archivo ASCII) o un byte (de un archivo binario). Retorna (ok? carácter/byte leído : EOF). int getchar (void); Lectura por carácter desde stdin. Retorna (ok? próximo carácter del buffer : EOF). 2

3 int fputc (int c, FILE* f); ó int putc (int c, FILE* f); Escribe un carácter (en un archivo ASCII) o un byte (en un archivo binario). Retorna (ok? c : EOF). int putchar (int); Eescritura por carácter sobre stdout. Retorna (ok? carácter transmitido : EOF). int ungetc (int c, FILE* f); "Devuelve" el carácter o byte c para una próxima lectura. Retorna (ok? c : EOF). Entrada / Salida de a Cadenas char* fgets (char* s, int n, FILE* f); Lee, desde el flujo apuntado f, una secuencia de a lo sumo n-1 caracteres y la almacena en el objeto apuntado por s. No se leen más caracteres luego del carácter nueva línea o del fin del archivo. Un carácter nulo es escrito inmediatamente después del último carácter almacenado; de esta forma, s queda apuntando a una cadena. Importante su uso con stdin. Si leyó correctamente, s apunta a los caracteres leídos y retorna s. Sí leyó sólo el fin del archivo, el objeto apuntado por s no es modificado y retorna NULL. Si hubo un error, contenido del objeto es indeterminado y retorna NULL. Retorna ( ok? s : NULL). int fputs (const char* s, FILE* f); Escribe la cadena apuntada por s en el flujo f. Retorna (ok? último carácter escrito : EOF). Entrada / Salida de a Bloques unsigned fread (void* p, unsigned t, unsigned n, FILE* f); Lee hasta n bloques contiguos de t bytes cada uno desde el flujo f y los almacena en el objeto apuntado por p. Retorna (ok? n : < n). unsigned fwrite (void* p, unsigned t, unsigned n, FILE* f); Escribe n bloques de t bytes cada uno, siendo el primero el apuntado por p y los siguientes, sus contiguos, en el flujo apuntado por f. Retorna (ok? n : < n). Posicionamiento int fseek ( FILE* flujo, long desplazamiento, int desde ); Retorna (ok? 0 : 0). long ftell (FILE* flujo); Obtiene el valor actual del indicador de posición de archivo para el flujo apuntado por flujo. Para flujos binarios es el número de caracteres (bytes ó posición) desde el comienzo del archivo. Para flujos de texto la valor retornado es sólo útil como argumento de fseek para reubicar el indicador al momento del llamado a ftell. Retorna (ok? indicador de posición de archivo : 1L). 3

4 1.1. Gramática Léxica Elementos Léxicos <token> -> <palabra reservada> <identificador> <constante> <literal de cadena> <punctuator> <token de preprocesamiento> -> <nombre de encabezado> <identificador> <número de preprocesador> <constante carácter> <literal de cadena> <punctuator> cada uno de los caracteres no-espacio-blanco que no sea uno de los anteriores Palabras Reservadas <palabra reservada> -> una de auto break case char const continue default do double enum extern float for goto if int long register return short signed sizeof static struct switch typedef union unsigned void volatile while Identificadores <identificador> -> <no dígito> <identificador> <no dígito> <identificador> <dígito> <no dígito> -> uno de _ a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t u v w x y z A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z <dígito> -> uno de Dado que los identificadores constituyen un Lenguaje Regular, podemos describirlos mediante la definición regular. <letra> = [a-za-z] (cualquier letra minúscula o mayúscula del alfabeto reducido) <dígito> = [0-9] <subrayado> = _ <primer carácter> = <letra> <subrayado> <otro carácter> = <letra> <dígito> <subrayado> GRAMATICA <identificador> = <primer carácter> <otro carácter>* EXPRESION REGULAR (letra + subrayado)(letra + subrayado + digito) AUTOMATA FINITO

5 Letra Subrayado Digito Letra subrayado 0-1+ E L _ D O int Columna (int); int Automata (const char *cadena) { static tablat [3][4] = {{1,1,2,2, {1,1,1,2, {2,2,2,2, /* rechazo */ ; int estactual = 0; /* estado inicial */ unsigned int i = 0; /* recorre la cadena */ int caracter = cadena[0]; /* primer caracter */ while (caracter!= \0 && estactual!= 3) { estactual=tablat[estactual][columna(caracter)]; caracter = cadena[++i]; if (estactual == 1) return 1; /* estado final */ return 0; int Columna (int c){ if (c >= 0 && c <= 9 ) return 2; if (c == _ ) return 1; if (isalpha(c) )return 0; return 3; Constantes <constante> -> <constante entera> <constante real> <constante carácter> <constante enumeración> En general, en computación las constantes enteras no son un subconjunto de las constantes reales. Constante Entera 5 <constante entera> -> <constante decimal> <sufijo entero>? <constante octal> <sufijo entero>? <constante hexadecimal> <sufijo entero>? <constante decimal> -> <dígito no cero> <constante decimal> <dígito> <dígito no cero> -> uno de

6 <dígito> -> uno de <constante octal> -> 0 <constante octal> <dígito octal> <dígito octal> -> uno de <constante hexadecimal> -> 0x <dígito hexadecimal> 0X <dígito hexadecimal> <constante hexadecimal> <dígito hexadecimal> <dígito hexadecimal> -> uno de a b c d e f A B C D E F <sufijo entero> -> <sufijo "unsigned"> <sufijo "long">? <sufijo "long"> <sufijo "unsigned">? <sufijo "unsigned"> -> uno de u U <sufijo "long"> -> uno de l L 6

7 Automata finito como reconocedos Algoritmo 1 - Carácter a analizar: primer carácter de la cadena - Estado actual del autómata: estado inicial - Mientras haya caracteres en la cadena, repetir: (1) Determinar el nuevo estado actual (estado de llegada de la transición) (2) Actualizar el carácter a analizar - Si el último estado actual es un estado final, entonces la cadena procesada es reconocida y, por lo tanto, es una palabra del lenguaje; caso contrario, la cadena no pertenece al lenguaje. El segundo algoritmo termina el proceso, antes de recorrer la cadena completa, si detecta un error; es decir: que el estado actual es el estado de rechazo. Algoritmo 2 - Carácter a analizar: primer carácter de la cadena - Estado actual del autómata: estado inicial - Mientras haya caracteres en la cadena y el estado actual no sea el de rechazo, repetir: (1) Determinar el nuevo estado actual (estado de llegada de la transición) (2) Actualizar el carácter a analizar - Si el último estado actual es un estado final, entonces la cadena procesada es una palabra del lenguaje; caso contrario, la cadena no pertenece al lenguaje. Consideremos el lenguaje Todos los números enteros en base 10, que pueden estar precedidos por un signo. Siendo D = , el lenguaje tiene la ER: ( ) D + (no confundir el operador + con el carácter + ) Cuyo AFD mínimo es: M = (Q,, T, q 0, F) con: - Q = {0, 1, 2 - = {+,, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 - q 0 = 0 - F = {2 - T, la función de transiciones, representada por la TT: estado D Tener en cuenta: (1) cuál es el alfabeto sobre el que se define el lenguaje; (Reducido o amplio c/espureos) (2) que el AFD debe estar completo. estado D (estado de rechazo) 7

8 La TT del AFD sobre el alfabeto amplio, es: estado D + - otro (otro: cualquier carácter que no es dígito decimal, + o ) A continuación se implementa el Algoritmo 1 para que trabaje sobre la TT con alfabeto reducido, descripta en el ejemplo anterior. Esta implementación se lleva a cabo mediante una función escrita en ANSI C. Algorit,mo 1 El AFD que realiza el proceso se construye mediante su TT con caracteres del alfabeto reducido. Se asume también que existe una función con prototipo int Columna(int); que determina el número de columna en la TT que le corresponde a cada carácter de la cadena. La función EsPalabra retorna 1 si la cadena pertenece al lenguaje y 0 en caso contrario, y puede tener la siguiente codificación: int EsPalabra (const char *cadena) { /* Automata 1 */ static int tt [4][3] = {{2,1,1, /* Tabla de Transiciones */ {2,3,3, {2,3,3, {3,3,3; int e = 0; /* estado inicial */ unsigned int i = 0; /* recorre la cadena */ int c = cadena[0]; /* primer caracter */ while (c!= \0 ) { e = tt[e][columna(c)]; /* nuevo estado */ c = cadena[++i]; /* proximo caracter */ if (e == 2) /* estado final */ return 1; return 0; /* fin EsPalabra */ 8

9 /* Ejemplo a - PruebaEsPalabra.C Prueba la función EsPalabra. */ #include <stdio.h> /* printf */ #include <ctype.h> /* isdigit */ void Titulo (void); /* funcion auxiliar */ int Verifica (char *); /* que los caracteres pertenezcan al alfabeto */ int Columna (int); /* dado un caracter, determina la columna que le corresponde */ int EsPalabra (const char *); int main () { char s1[] = ; char s2[] = ; char s3[] = -123 ; char s4[] = 123a4 ; Titulo(); if (! Verifica(s1)) printf("la cadena s1 tiene caracteres invalidos\n"); if (EsPalabra(s1)) printf("la cadena s1 pertenece al lenguaje\n"); printf("la cadena s1 no pertenece al lenguaje\n"); if (! Verifica(s2)) printf("la cadena s2 tiene caracteres invalidos\n"); if (EsPalabra(s2)) printf("la cadena s2 pertenece al lenguaje\n"); printf("la cadena s2 no pertenece al lenguaje\n"); if (! Verifica(s3)) printf("la cadena s3 tiene caracteres invalidos\n"); if (EsPalabra(s3)) printf("la cadena s3 pertenece al lenguaje\n"); printf("la cadena s3 no pertenece al lenguaje\n"); if (! Verifica(s4)) printf("la cadena s4 tiene caracteres invalidos\n"); if (EsPalabra(s4)) printf("la cadena s4 pertenece al lenguaje\n"); printf("la cadena s4 no pertenece al lenguaje\n"); return 0; /* fin main */ void Titulo (void) { printf("este programa prueba un AFD que determina\n"); printf("si una cadena dada corresponde a un numero entero\n\n"); /* fin Titulo */ int Verifica (char *s) { unsigned i; 9

10 for (i=0; s[i]!= \0 ; i++) if (! (isdigit(s[i]) s[i] == '+' s[i] == '-')) return 0; return 1; /* fin Verifica */ int Columna (int c) { switch (c) { case '+': return 1; case '-': return 2; default /* es digito */: return 0; /* fin Columna */ int EsPalabra (const char *cadena) { /* código de esta función tal como está descripto en el ejemplo anterior */ Ejercicio 1: Simplifique el programa PruebaEsPalabra.C, utilizando un vector de strings en lugar de 4 strings independientes. /* Ejemplo b - UsaEsPalabra.C Usa la función EsPalabra. */ #include <stdio.h> /* fgets, printf */ #include <ctype.h> /* isdigit */ #include <string.h> /* strlen */ #define LONGITUD_MAXIMA 30 void Titulo (void); int Verifica (char *); int Columna (int); int EsPalabra (const char *); int main () { char entrada [LONGITUD_MAXIMA+2]; Titulo(); printf("ingrese una cadena: "); fgets(entrada, LONGITUD_MAXIMA+2, stdin); if (! Verifica(entrada)) { printf("la cadena a procesar tiene caracteres invalidos\n"); return 0; if (EsPalabra(entrada)) printf("la cadena ingresada pertenece al lenguaje\n"); printf("la cadena ingresada no pertenece al lenguaje\n"); return 0; /* fin main */ void Titulo (void) { printf("\n Este programa utiliza un AFD para determinar\n"); printf("si la cadena ingresada corresponde a un numero entero\n\n"); /* fin Titulo */ int Verifica (char *s) { 10

11 unsigned n = strlen(s); unsigned i; if (s[n-1] == '\n') s[n-1] = '\0'; for (i=0; s[i]!= \0 ; i++) if (! (isdigit(s[i]) s[i] == '+' s[i] == '-')) return 0; return 1; /* fin Verifica */ int Columna (int c) { switch (c) { case '+': return 1; case '-': return 2; default /* es digito */: return 0; /* fin Columna */ int EsPalabra (const char *cadena) { /* código de esta función tal como está descripto en el ejemplo anterior */ Ejercicio 2: Modifique el programa UsaEsPalabra.C para que la lectura la realice desde un archivo de texto. En el próximo ejemplo se implementa el Algoritmo sobre el mismo autómata, a través de una función en ANSI C llamada EsPalabra2. Las condiciones de la implementación son las mismas detalladas para la función anterior. int EsPalabra2 (const char *s) { /* Automata 2 */ static int tt [4][3] = {{2,1,1, /* Tabla de Transiciones */ {2,3,3, /* 2 es el estado final */ {2,3,3, /* 3 es el estado de rechazo */ {3,3,3; int e; /* estado actual del automata */ unsigned int i; /* recorre la cadena */ for (e=0,i=0; s[i]!= \0 && e!=3; i++) e = tt [e][columna(s[i])]; return e==2; /* estado final? retorna 1 */ /* fin EsPalabra2 */ Ejercicio 3: Construya un programa que verifique la función EsPalabra2. EL AUTÓMATA FINITO COMO RECONOCEDOR Y ACCIONADOR Otra aplicación interesante de los AFs es la que consiste en reconocer una cadena, como se ha procedido en la sección anterior, y, además, posibilitar que el autómata produzca acciones cuando llega a ciertos estados. Todos los números enteros en base 10, que pueden estar precedidos por un signo. Diseñar un AF que, además de verificar si la cadena es correcta es decir, si pertenece al lenguaje, también obtenga el valor numérico asociado a esa cadena. 11

12 Algoritmo 3 - Carácter a analizar: primer carácter de la cadena - Estado actual del autómata: estado inicial - Mientras haya caracteres en la cadena, repetir: (1) Determinar el nuevo estado actual (estado de llegada de la transición) (2) Llevar a cabo la acción correspondiente (3) Actualizar el carácter a analizar - Si el último estado actual es un estado final, entonces la cadena procesada es una palabra del lenguaje; caso contrario, la cadena no pertenece al lenguaje. El AFD sobre el que trabaja ObtieneValor es el mismo que ha sido empleado en la función EsPalabra. - El estado 0, estado inicial, no tiene asociada ninguna acción; - El estado 3, estado de rechazo, tampoco lleva a cabo acción alguna; - Quienes sí tienen asociadas acciones son el estado 1, en el que se detecta el signo, y el estado 2, que debe procesar cada dígito de la cadena. int ObtieneValor (const char *cadena, long *p_numero) { static tt [4][3] = {{2,1,1, {2,3,3, {2,3,3, {3,3,3; int e = 0; /* estado inicial */ unsigned i = 0; /* recorre la cadena */ int c = cadena[0]; /* primer caracter */ long a = 0; /* contiene valor numerico absoluto de la cadena */ int s = 1; /* signo del número: 1 = positivo; -1 = negativo */ while (c!= '\0') { e = tt [e][columna(c)]; switch (e) { case 1: if (c=='-') s = -1; break; case 2: a = 10 * a + Valor(c); break; default /* error */: break; c = cadena[++i]; if (e == 2) { /* estado final */ *p_numero = s * a; return 1; return 0; /* fin ObtieneValor */ La función auxiliar Valor se implementa fácilmente de esta manera: int Valor (int c) { return (c - '0'); /* fin Valor */ Ejercicio 4: Modifique esta función, utilizando for en lugar de while. Ejercicio 5: Construya un programa que la pruebe. 12