Algoritmos e Estruturas de Dados I – Ponteiros

Algoritmos e Estruturas de Dados I – Ponteiros
Profa. Mercedes Gonzales Márquez

Alocação estática Até agora, todas as estruturas tinham tamanho pré-definido, exemplo matrizes e vetores. Esta alocação estática pode implicar em: desperdício dos recursos pois podemos definirmos um tamanho muito maior que aquele que normalmente será usado em tempo de execução. Pode-se, em contraste, subestimar o tamanho necessário para armazenar os dados.

Alocação dinâmica Na alocação dinâmica os espaços são alocados durante a execução do programa, conforme este necessitar de memória. Não há reserva antecipada de espaço. Alocar memória dinamicamente significa gerenciar memória (isto é, reservar, utilizar e liberar espaço) durante o tempo de execução.

Ponteiros ou Apontadores
Variáveis que armazenam um endereço de memória. Este endereço geralmente é ocupado por um dado (variável) de um determinado tipo. Endereço na memória Valor variável na memória 1000 1003 1001 1002  Ponteiro tem um tipo associado que determina o tipo do dado que ele apontar, ou seja, o tipo da variável alocada no endereço apontado. Pode ser um tipo pré-definido da linguagem ou um tipo definido pelo programador. Exemplo: variáveis inteiras, literais, reais, TipoProduto,etc.

Ponteiros - Declaração
A declaração de um tipo ponteiro se faz com a seguinte sintaxe: tipo da variável apontada: *ponteiro Exemplos: Real: *p1 Inteiro: *p2 Literal: *p3 O símbolo * indica que a variável é um ponteiro.

Ponteiros – Referenciando variáveis
Um ponteiro pode armazenar o endereço de uma variável existente. Para isso, utiliza-se o operador ‘&’, que obtém o endereço de uma variável. Exemplo: p ←&x. Quando um ponteiro contém o endereço de uma variável, dizemos que o ponteiro está “apontando” para essa variável.

Para acessar o conteúdo apontado pelo ponteiro, é necessário utilizar o símbolo “*”. Exemplo: *p ←10 (lê-se o conteúdo do endereço apontado por p recebe 10) p

Exemplo: Considere as declarações e inicializações inteiro: x, y, *p1, *p2 x ← -42 y ← 163 Essas declarações alocam memória para duas variáveis do tipo inteiro e duas do tipo ponteiro a inteiro. Os seus valores serão armazenados nos endereços de memória indicados no seguinte diagrama.

Se fizermos: p1 ← &x p2 ← &y Teremos a memória no seguinte estado. antes depois p1 e p2 apontam as variáveis que estão referenciando.

Se fizermos: *p1 ← 17 muda o valor na variável x devido que é onde p1 aponta. Assim, teremos a seguinte configuração.

Também é possível atribuir novos valores aos ponteiros. Por exemplo p1 ← p2 leva ao computador a tomar o valor contido na variável p2 (1004) e copiá-lo na variável p1. Ao copiar este valor em p1, ambos p1 e p2 apontarão à variável y, como mostramos no diagrama: 1004

Ponteiros – Apontando para lixo
Após um ponteiro ser declarado e antes que lhe seja atribuído um valor, ele contém um valor desconhecido. Tentar acessar este valor pode gerar um erro fatal no nosso programa ou até sistema operacional.

Ponteiros – Constanto NULO
Para evitar tal situação (apontamento para “Lixo”), é necessário fazer com que os ponteiros apontem para o vazio, para isso usa-se a constante NULO.

Ponteiros – Alocação dinâmica
Alocando espaço na Heap O uso mais importante de ponteiros é para apoio à alocação dinâmica, isto é, ao invés de apontar variáveis já alocadas do espaço de dados, utilizar o espaço de heap para novas variáveis, que podem ser liberadas após o uso, mesmo antes do término do programa. Para isso, é necessária uma operação de alocação de memória, e uma para liberação de memória.

Ponteiros – Alocação dinâmica
A operação que aloca memória é implementada por uma função, na forma: aloque(p) Esta operação reserva, na Heap, espaço suficiente para armazenar um dado do tipo apontado por p. Em p é armazenado o endereço de memória deste dado. A operação que libera memória é implementada por uma função, na forma: libere(p) Esta operação ‘retorna’ para a Heap aquele espaço ocupado pelo dado apontado por p, e anula p.

Após a alocação o ponteiro passará apontar para uma área definida da memória capaz de armazenar uma variável de determinado tipo.Exemplo: real:*p1 inteiro:*p2 literal: *p3 aloque(p1) aloque (p2) aloque (p3)

Exemplo 1: inteiro:*p2 aloque(p2) *p2 ←‘ a’ (errado) *p2 ←5 (certo)

Exemplo 2: inteiro:*p2 *p2 ←5 (erro, o ponteiro não foi alocado) No seguinte exemplo atribuimos o valor nulo para um ponteiro, a fim de indicar que ainda não foi alocado espaço para ele. real:*ap1 ap1 ←NULO

Exemplo 3: inteiro: *p2 aloque (p2) *p2 ←5 libere (p2)

Teste de mesa inicial Exemplo 4: Inteiro:x, *p,*q x ← 1 p ← &x *q ← 3 q ← p *q ← *p + 1 escreva(*p) p x lixo lixo q lixo

Exemplo 4: Inteiro:x, *p,*q x ← 1 p ← &x *q ← 3 q ← p *q ← *p + 1 escreva(*p) p x lixo 1 q lixo

Exemplo 4: Inteiro:x, *p,*q x ← 1 p ← &x *q ← 3 q ← p *q ← *p + 1 escreva(*p) p x 1 q lixo

Exemplo 4: Inteiro:x, *p,*q x ← 1 p ← &x *q ← 3 q ← p *q ← *p + 1 escreva(*p) p x 1 q lixo ERRO, q aponta para lixo

Exemplo 4: Inteiro:x, *p,*q x ← 1 p ← &x *q ← 3 q ← p *q ← *p + 1 escreva(*p) p x 1 q

Exemplo 4: Inteiro:x, *p,*q x ← 1 p ← &x *q ← 3 q ← p *q ← *p + 1 escreva(*p) p x 2 q

Exemplo 4: Inteiro:x, *p,*q x ← 1 p ← &x *q ← 3 q ← p *q ← *p + 1 escreva(*p) p x 2 q Resultado = 2

Teste de mesa inicial Exemplo 4: Alocação dinâmica Inteiro:*p,*q aloque(p) *p ← 1 q ← p *q ← *p + 1 escreva(*p) libere(p) p lixo q lixo

Exemplo 4: Alocação dinâmica Inteiro:*p,*q aloque(p) *p ← 1 q ← p *q ← *p + 1 escreva(*p) libere(p) lixo q

Exemplo 4: Alocação dinâmica Inteiro:*p,*q aloque(p) *p ← 1 q ← p *q ← *p + 1 escreva(*p) libere(p) p 1 q lixo

Exemplo 4: Alocação dinâmica Inteiro:*p,*q aloque(p) *p ← 1 q ← p *q ← *p + 1 escreva(*p) libere(p) p 1 q q

Exemplo 4: Alocação dinâmica Inteiro:*p,*q aloque(p) *p ← 1 q ← p *q ← *p + 1 escreva(*p) libere(p) p 2 q q

Exemplo 4: Alocação dinâmica Inteiro:*p,*q aloque(p) *p ← 1 q ← p *q ← *p + 1 escreva(*p) libere(p) p 2 q q Resultado = 2

Exemplo 4: Alocação dinâmica Inteiro:*p,*q aloque(p) *p ← 1 q ← p *q ← *p + 1 escreva(*p) libere(p)

Exemplo 4: Alocação dinâmica Inteiro:*p,*q aloque(p) *p ← 1 q ← p *q ← *p + 1 escreva(*p) libere(p) Para evitar accidentes acrescente: q ← nulo p ← nulo

Teste de mesa inicial Exemplo 5: Tipo reg: registro real:valor reg:*pont Fim_Registro reg:*p,*q,x,x1 x.valor ←10.5 p ←&x x.pont ←&x1 p lixo q lixo

Exemplo 5: Tipo reg: registro real:valor reg:*pont Fim_Registro reg:*p,*q,x,x1 x.valor ←10.5 p ←&x x.pont ←&x1 p lixo q lixo

Exemplo 5: Tipo reg: registro real:valor reg:*pont Fim_Registro reg:*p,*q,x,x1 x.valor ←10.5 p ←&x x.pont ←&x1 x1.valor ← 0,2 q ← x.pont x1.pont ← NULO p lixo Usamos o símbolo Para indicar que o ponteiro aponta para nulo

escreva(*p.valor) escreva(*q.valor) escreva(*p.*pont.valor) escreva(x.valor) escreva(x.*pont.valor) escreva(x1.valor)

escreva(*p.valor) escreva(*q.valor) escreva(*p.*pont.valor) escreva(x.valor) escreva(x.*pont.valor) escreva(x1.valor) 10,5 0,2

Exercícios: Qual é a saída de c em inteiro *p,*q,a,b,c a ←1 b ←2 p ← &a q ← &b c ← *p + *q

Exercícios: (2) Qual é a saída de c em inteiro *p, **r,a,c,b a ←1 b ←2 p ← &a r ← &p c ← **r + b (3) Obtenha a saída do algoritmo anterior fazendo com que p e q sejam alocadas dinamicamente. Não use x nem x1.

Exercícios: (4) Por que o algoritmo abaixo está errado? procedimento troca (inteiro: *i, *j) inteiro *temp Início *temp ← *i *i ← *j *j ← *temp Fim

(5) Dado o seguinte algoritmo, complete as Tabelas 1 e 2. inteiro: i, j, *p_1, *p_2, **p_p_1, **p_p_2 i ← 4 j ← 5 p_1 ← &i p_2 ← &j p_p_1 ← &p_2 p_p_2 ← &p_1

(6) Dado o seguinte algoritmo, complete as Tabelas 3 e 4. inteiro: i, j, *p_1, *p_2, **p_3, ***p_4 i ← 4 j ← 5 p_1 ← &j p_2 ← &i p_3 ← &p_1 p_4 ← &p_3

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