Algorítmica y Lenguajes de Programación. Punteros Introducción a estructuras dinámicas

Transcripción

1 Algorítmica Lenguajes de Programación Punteros Introducción a estructuras dinámicas Punteros estructuras dinámicas. Introducción! Las variables globales pertenecen al programa princil eisten desde que éste se inicia hasta que finaliza; también se las denomina estáticas.! Las variables locales pertenecen a funciones subrutinas sólo eisten durante la ejecución del subprograma; también se les denomina automáticas.! Las variables cua creación destrucción no coincide con el el fin de un o subprograma; es decir, es controlada por el programador se denominan variables dinámicas.! La maor rte de lenguajes de programación pueden manipular este tipo de variables.

2 Punteros estructuras dinámicas. Punteros (i)! Un puntero es un tipo simple que siempre está asociado a otro tipo (punteros a enteros, a reales, a registros, etc.)! Se pueden ver los punteros como variables que almacenan direcciones de memoria; de aquí se deduce:! Un puntero es un medio ra acceder al contenido real apuntado por la variable.! La declaración de un puntero no implica que eista contenido apuntado por el misma.! Es necesario crear destruir eplícitamente el contenido apuntado por punteros.! Se puede establecer una analogía entre los punteros las direcciones postales:! Una dirección postal permite acceder al lugar físico indicado.! El hecho de disponer de una dirección postal no garantiza que el lugar eista.! Para declarar variables de tipo puntero en la notación algorítmica se utiliza la sintais siguiente: variable puntero a tipo! Por ejemplo, preal puntero a real 3 Punteros estructuras dinámicas. Punteros (ii)! Una vez se declara un puntero pueden llevarse a cabo dos acciones básicas sobre el mismo:! Asignarle memoria ra almacenar un dato del tipo al que apunta: crear.! Eliminar la memoria que tiene asignada con ella el dato apuntado: destruir. crear (variable puntero) destruir (variable puntero)! Es posible asignar a un puntero el contenido de otro; ra hacer esto es necesario que la variable a la que vamos a asignar un valor no apunte a ningún dato pues en ese caso el dato original quedaría inaccesible.! Así pues, sólo deberíamos asignar un puntero a otro si el puntero asignado no tiene memoria reservada. 4

3 Punteros estructuras dinámicas. Punteros (iii)! Una vez se reserva memoria ra un puntero es posible almacenar un dato en dicho escio de memoria: puntero " epresión del tipo apuntado! La siguiente sentencia asigna un valor a un puntero a real: preal " Punteros estructuras dinámicas. Punteros (iv)! Ejemplo sencillo: variables, a entero, puntero a entero " " crear() " 0 " escribir + escribir + destruir () fin 6

4 Punteros estructuras dinámicas. Punteros (v) " " crear() " 0 " " " 0 crear() " 0 " " " 0 crear() " 0 " 7 Punteros estructuras dinámicas. Punteros (vi) destruir () Al liberar la memoria asignada a la variable continua apuntando a la posición de memoria anteriormente asignada que, tras la destrucción de la variable referenciada, no contiene ningún dato válido. Por tanto, cuando a un puntero se asigna el contenido de otro puntero ha que cuidar que el puntero no termine referenciando posiciones sin datos válidos; ra lograr esto eiste una constante que se asigna a un puntero indicando que el referencia ninguna posición de memoria, nos referimos a NIL. En el anterior una vez se ha destruido el puntero habría que ejecutar: " NIL 8

5 Punteros estructuras dinámicas. Punteros (vii) El hecho de asignar NIL a un puntero no libera la memoria asignada sino que simple llanamente la hace inaccesible. Si en el anterior se sustitue la sentencia destruir () por esta otra " NIL se tendría crear () " 0 " NIL crear () " 0 " NIL crear () " 0 " NIL 9 Punteros estructuras dinámicas. Punteros (viii)! Reglas ra trabajar con punteros:! Por cada sentencia de reserva de memoria tiene que haber una sentencia de liberación.! Para asignar un puntero a otro, el puntero asignado no debe tener asignada memoria previamente.! Para asignar un valor a la memoria referenciada por un puntero es necesario que se haa reservado memoria previamente.! Cuando la memoria apuntada por un puntero ha desarecido se debe asignar el valor NIL al puntero.! Nunca se pueden perder todas las referencias a memoria reservada pues entonces a no se podría liberar. 0

6 Punteros estructuras dinámicas. Referencias (i)! Se recen a los punteros.! Se trata de alias puesto que se trata de variables que apuntando a otra variable pueden ser utilizadas como si se tratase directamente con la variable apuntada.! Poseen una serie de propiedades que las hacen diferentes de los punteros:! Los punteros pueden declararse no reservarse memoria ra los mismos (no apuntan a ninguna rte). Las referencias deben inicializarse en el momento de crearlas.! La memoria asignada a un puntero puede destruirse en cualquier momento. La variable apuntada por una referencia no puede ser destruida.! Es posible cambiar en cualquier momento la variable apuntada por un puntero. No se puede hacer esto con una referencia. Punteros estructuras dinámicas. Referencias (ii) Referencias Puntero

7 Punteros estructuras dinámicas. Punteros FORTRAN (i)! Mediante la labra reservada pointer es posible utilizar los punteros o referencias de FORTRAN 90 (no son eactamente punteros ni tampoco referencias).! Para declarar variables con el atributo pointer en FORTRAN 90 se utiliza la sintais siguiente: tipo, pointer:: variable! Una vez un puntero ha sido declarado pueden llevarse a cabo las dos acciones básicas de asignación liberación de memoria; ra ello se emplean las funciones allocate deallocate 3 Punteros estructuras dinámicas. Punteros FORTRAN (ii)! NO es posible asignar el contenido de un pointer a otro pointer mediante el operador asignación (=); ra hacer que un puntero "apunte" al mismo objetivo que otro se emplea el operador =>.! El operador de asignación se utiliza ra dar valores a la variable referenciada por el puntero (es decir, a la memoria asignada al mismo). 4

8 Punteros estructuras dinámicas. Punteros FORTRAN (iii)! Ejemplo sencillo: program programa implicit none integer, pointer ::, integer, = = allocate() = 0 => print *, + print *, + deallocate() end 5 Punteros estructuras dinámicas. Punteros FORTRAN (iv)! Para lograr en FORTRAN que un puntero apunte a NIL se utiliza la función nullif: nullif (variable pointer)! También aquí es cierto que el hecho de hacer que un pointer apunte al equivalente de NIL no significa que la memoria haa sido liberada sólo que es inaccesible.! Para saber si un pointer apunta a algo o no se dispone de la función booleana: associated (variable pointer) 6

9 Punteros estructuras dinámicas. Estructura Dinámica (i) Ejemplo algorítmico: tipos cliente = tupla nombre carácter siguientecliente puntero a cliente fin tupla variables colasuper puntero a cliente nombre carácter colasuper " NIL mientras nombre. hacer escribir Deme su nombre (pulse. ra finalizar): leer nombre si nombre. entonces ponersecola (nombre, colasuper) fin si fin mientras 7 Punteros estructuras dinámicas. Estructura Dinámica (ii) mientras nombre hacer nombre " atendercliente (colasuper) escribir nombre fin mientras accion ponersecola (nombrecliente caracter,cola puntero a cliente) si cola = NIL entonces crear (cola) cola.nombre " nombrecliente cola.siguientecliente " NIL si no llamar ponersecola (nombrecliente,cola.siguientecliente) fin si fin accion 8

10 Punteros estructuras dinámicas. Estructura Dinámica (iii) carácter funcion atendercliente (cola puntero a cliente) variables cursor puntero a cliente si cola = NIL entonces atendercliente " si no cursor = cola.siguientecliente atendercliente " cola.nombre destruir (cola) cola " cursor fin si fin funcion fin 9 Punteros estructuras dinámicas. Estructura Dinámica (iv) Ejemplo FORTRAN 90: program ejemplocola implicit none! Se define el tipo base de la cola! tpe cliente character*64 nombre tpe(cliente), pointer :: siguientecliente end tpe cliente! La cola es un puntero al tipo base! tpe(cliente), pointer :: colasuper character*64 nombre! Se inicializa la cola! nullif (colasuper) 0

11 Punteros estructuras dinámicas. Estructura Dinámica (v) do while (nombre/='.') print *, 'Deme su nombre (pulse. ra finalizar):' read *, nombre if (nombre/='.') then call ponersecola (nombre, colasuper) end if end do do while (nombre/='') nombre = atendercliente (colasuper) print *, nombre end do Punteros estructuras dinámicas. Estructura Dinámica (vi)! Subprogramas utilizados por el programa princil! contains! Subrutina recursiva ra añadir al final de la cola! recursive subroutine ponersecola (nombrecliente, cola) implicit none character*64, nombrecliente tpe(cliente), pointer :: cola if (.not.associated(cola)) then allocate(cola) cola%nombre=nombrecliente nullif(cola%siguientecliente) else call ponersecola (nombrecliente, cola%siguientecliente) end if end subroutine ponersecola

12 Punteros estructuras dinámicas. Estructura Dinámica (vii)! Función que retorna el nombre del primer cliente lo elimina de la cola! character*64 function atendercliente (cola) implicit none tpe(cliente), pointer :: cola, cursor if (.not.associated(cola)) then atendercliente = '' else cursor => cola%siguientecliente atendercliente = cola%nombre deallocate(cola) cola => cursor end if end function atendercliente end 3 Punteros estructuras dinámicas. Resumen (i)! Frente a las variables globales (estáticas) locales (automáticas) eiste un tercer tipo denominadas variables dinámicas puesto que son creadas destruidas en tiempo de ejecución.! Las variables dinámicas son la base ra construir estructuras dinámicas de datos (como colas, pilas, árboles, etc.)! Los punteros permiten crear destruir variables dinámicas; un puntero es una variable que almacena una dirección de memoria (por tanto, apunta a la dirección ocuda por otra variable).! Los punteros presentan una serie de características:! Un puntero es un medio ra acceder al contenido real apuntado por la variable.! La declaración de una variable de tipo puntero no implica que eista un contenido apuntado por la misma.! Es necesario crear destruir eplícitamente el contenido apuntado por las variables de tipo puntero.! Para declarar variables de tipo puntero en la notación algorítmica se utiliza la siguiente sintais: variable puntero a tipo! Una vez un puntero ha sido declarado puede asignársele memoria eliminar la memoria asignada; ra ello se emplean las acciones crear destruir.! Para trabajar con punteros es necesario tener en cuenta las siguientes reglas:! Por cada sentencia de reserva de memoria tiene que haber una sentencia de liberación.! Para asignar un puntero a otro, el puntero asignado no debe tener asignada memoria previamente.! Para asignar un valor a la memoria referenciada por un puntero es necesario que se haa reservado memoria previamente.! Cuando la memoria apuntada por un puntero ha desarecido se debe asignar el valor NIL al puntero.! Nunca se pueden perder todas las referencias a memoria reservada pues entonces a no se puede liberar. 4

13 Punteros estructuras dinámicas. Resumen (ii)! Las referencias se recen a los punteros aunque, en realidad, son alias a que, aunque apuntan a una variable, se utilizan como si se tratase directamente con la variable apuntada.! Ha varias propiedades que diferencian a una referencia de un puntero:! Los punteros pueden declararse no reservarse memoria ra los mismos; las referencias deben inicializarse en el momento de su creación.! La memoria asignada a un puntero puede destruirse en cualquier momento; sin embargo, la variable referenciada por una referencia no puede ser destruida.! Siempre se puede cambiar la variable apuntada por un puntero; en cambio, no se puede cambiar el objetivo de una referencia.! FORTRAN 90 dispone de la labra reservada pointer; esta labra permite modificar el comportamiento de una variable de tal manera que se comporte como un puntero en algunos aspectos como una referencia en otros.! Las acciones ra reservar liberar memoria en FORTRAN 90 son allocate deallocate, respectivamente.! El operador ra cambiar la referencia a la que apunta un pointer es => a que el operador = sirve ra asignar un valor a la variable referenciada.! En FORTRAN 90 no eiste una constante NIL pero sí una función nullif que consigue un efecto análogo. Para saber si un pointer es nulo o apunta a alguna referencia se utiliza la función booleana associated. 5