Algoritmos de manipulação de estruturas elementares de dados

Pilhas e Filas

Prof. Rosana Palazon

INTRODUÇÃO

O objetivo desta aula é o de conceituar as estruturas de dados: Pilhas e Filas abordando suas diferentes implementações e seus mecanismos de manipulação.

Pilha e Fila – Conceitos Uma pilha, assim como uma fila, é simplesmente uma

lista linear de informações (2). Tanto a pilha como a fila podem ser implementadas por

meio de uma lista encadeada ou de um vetor. O que difere uma pilha de uma fila é o mecanismo

responsável pelo armazenamento e recuperação dos seus elementos (2). 

Enquanto a fila obedece ao princípio FIFO (First In First Out), uma pilha (ou stack) é manipulada pelo mecanismo LIFO (Last In First Out). (1)

A analogia mais próxima que se faz de uma pilha é compará-la a uma pilha de pratos (2), e a mais próxima de uma fila é a própria fila única de um banco ou supermercado.

Pilha - Conceitos

O conceito de pilha é usado em muitos softwares de sistemas incluindo compiladores e interpretadores. (A maioria dos compiladores C usa pilha quando passa argumentos para funções) (2)..

As duas operações básicas – armazenar e recuperar – são implementadas por funções tradicionalmente chamadas de push e pop, respectivamente (2)..

A função push() coloca um item na pilha e a função pop() recupera um item da pilha.

A região de memória a ser utilizada como pilha pode ser um vetor, ou uma área alocada dinamicamente (2)..

Pilha – Representação Gráfica (2).

A

Ação:

1. push (A)

2. push (B)

3. push (C)

4. pop ( ) – recupera C

5. push (D)

6. pop ( ) – recupera D

7. pop ( ) – recupera B

8. pop ( ) – recupera A

B

A

C

B

A

B

A

D

B

A

B

A A

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

Interface do tipo Pilha

Operações básicas:

criar uma pilha vazia inserir um elemento (push) retirar um elemento (pop) verificar se a pilha está vazia liberar a estrutura pilha mostrar a pilha(*)

Pilha – Implementação em C usando vetor.

#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#define N 50

typedef struct pilha{ int n; float vet[N]; }Pilha;

Pilha *pilha_cria(){ Pilha *p=(Pilha*)malloc(sizeof(Pilha)); p->n=0; return p;} int pilha_vazia(Pilha *p){ return(p->n==0);}

Pilha – Implementação em C usando vetor (cont)

void pilha_push(Pilha *p, float v) { if(p->n==N){ printf("Capacidade da pilha esgotada.\n"); exit (1); //aborta o programa } //insere novo elemento p->vet[p->n]=v; p->n++; } float pilha_pop(Pilha *p){ float v; if(pilha_vazia(p)){ printf("Pilha vazia.\n"); exit (1); } //retira o elemento da pilha v=p->vet[p->n-1]; p->n--; return v;}

Pilha – Implementação em C usando vetor (cont)

void pilha_libera(Pilha *p){ free(p);} void mostra_pilha(Pilha *p) { printf("Conteúdo da pilha\n"); for(int i=p->n-1;i>=0;i--) printf("%0.f\n",p->vet[i]); printf("\n");} void menu(){ system("cls"); printf("Escolha uma das opcoes do menu: \n"); printf("1. Empilha (push)\n"); printf("2. Retira (pop)\n"); printf("3. Mostra a pilha\n"); printf("4. Fim\n");}

Pilha – Implementação em C usando vetor (cont)main(){

Pilha *pi=pilha_cria(); int opmenu; float item; do{ menu(); scanf("%d", &opmenu); switch (opmenu) { case 1 : //insere printf("Digite o valor a ser empilhado: "); scanf("%f", &item); pilha_push(pi,item); break; case 2 : //retira printf("Elemento retirado = %.0f\n",pilha_pop(pi)); break; case 3 : //mostra mostra_pilha(pi); break; } //switch printf("\n"); system("pause"); } while(opmenu!=4); }

Filas - Conceitos

A estrutura de fila é análoga ao conceito que temos de filas em geral. O primeiro a chegar é sempre o primeiro a sair, e a entrada de novos elementos sempre se dá no fim da fila.

Em computação vemos este conceito sendo implementado em filas de impressão(3).

Assim como as pilhas, uma fila também pode ser implementada por meio de um vetor ou de uma lista encadeada.

Interface do tipo Fila

Operações básicas:

criar uma fila vazia inserir um elemento no fim retirar um elemento do início verificar se a fila está vazia liberar a estrutura fila mostrar a fila (*)

Fila – Implementação em C usando vetor.

#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#define N 5typedef struct fila{ int n; int ini; float vet[N]; }Fila;

Fila *fila_cria(){ Fila *f=(Fila*)malloc(sizeof(Fila)); f->n=0; f->ini=0; return f;} int fila_vazia(Fila *f){ return(f->ini==5||f->n==0);}

Fila – Implementação em C usando vetor

void fila_insere (Fila *f, float v) {

if(f->n==N){ //fila cheia

printf("Capacidade da fila esgotada.\n");

return; //retorna ao programa

} //insere novo elemento

f->vet[f->n]=v;

f->n++;

}

float fila_retira(Fila *f){

float v;

if(fila_vazia(f)){

printf("fila vazia.\n");

return -1;

} //retira o elemento da fila

v=f->vet[f->ini];

f->ini++;

return v;

}

Fila – Implementação em C usando vetorvoid fila_libera(Fila *f){

free(f);

}

void mostra_fila(Fila *f){

printf("Conteúdo da fila\n");

int i;

for(i=f->ini;i<f->n;i++)

printf("%0.f\n",f->vet[i]);

printf("\n");

}

void menu(){

system("cls");

printf("Escolha uma das opcoes do menu: \n");

printf("1. Enfilera\n");

printf("2. Retira \n");

printf("3. Mostra a fila\n");

printf("4. Fim\n");

}

Fila – Implementação em C usando vetormain(){

Fila *fi=fila_cria();

int opmenu; float item;

do{

menu();

scanf("%d", &opmenu);

switch (opmenu){

case 1 : //insere

printf("Digite o valor a ser enfileirado: ");

scanf("%f", &item);

fila_insere(fi,item); break;

case 2 : //retira

printf("Elemento retirado = %.0f\n",fila_retira(fi));

break;

case 3 : //mostra

mostra_fila(fi); break;

}//switch

printf("\n"); system("pause");

} while(opmenu!=4);

}

Filas e pilhas têm regras bastante rigorosas para acessar dados, e as operações de recuperação têm caráter destrutivo (3).

Pilhas e filas implementadas em vetores usam regiões contíguas de memória, listas não necessariamente(2).

Listas encadeadas podem ser acessadas randômica(quando se tem o endereço do item), mas normalmente são acessadas sequencialmente, pois cada item de uma lista contem além da informação um elo de ligação ao próximo item da cadeia, o que torna sua estrutura um pouco mais complexa(4) .

Além disso, a recuperação de um item da lista encadeada não causa a sua destruição. (É preciso uma operação de exclusão específica para esta finalidade) (2).

Listas X Pilhas e Filas

Atividades

1. Implementar a interface pilha usando lista, como se segue:typedef struct lista {

float valor; struct lista *prox; }Lista; typedef struct { Lista *li; }Pilha;

Atividades (cont)

2. Implementar a interface fila usando lista, como se segue:typedef struct lista {

float valor; struct lista *prox; }Lista; typedef struct { Lista *ini;

Lista *fim; }Fila;

Atividades (cont)

Operações básicas:

criar uma pilha/fila vazia inserir um elemento no fim retirar um elemento verificar se a pilha/fila está vazia liberar a estrutura pilha/fila mostrar a pilha/fila (*)

Referências Bibliográficas1. Forbellone,A.L; Eberspacher,H.F. Lógica de

programação – A construção de algoritmos e estrutura de dados. Makron Books.

2. Schildt,H. C Completo e Total. Makron Books.3. Celes, W.; Cerqueira,R.;Rangel, J. L.

Introdução a estrutura de dados – uma introdução com técnicas de programação em C. Campus/Sociedade Brasileira de Computação (SBC).

4. Feofillof, P. Projeto de algoritmos. http://www.ime.usp.br/~pf/algoritmos/