Információs Technológia

Átírás

1 Információs Technológia A C programozási nyelv elemei, rendező algoritmusok Fodor Attila Pannon Egyetem Műszaki Informatikai Kar Villamosmérnöki és Információs Rendszerek Tanszék foa@almos.vein.hu november 25.

2 Kommunikáció a program és az operációs rendszer között Operációs rendszer fő feladatai Program elindítása File kezelés Tárgazdálkodás Felhasználói felület Perifériák kezelés Erőforrásokkal való gazdálkodás Ütemezés Hálózatkezelés Programok és állományok védelme Fodor Attila (Pannon Egyetem) Információs technológia november / 40

3 Kommunikáció a program és az operációs rendszer között Program indítása, leállítása menete Program elindítása Programot tartalmazó állomány megkeresése a háttértárolón Programkód betöltése a háttértárból a memóriába Környezet átadásához a meghatározott memóriaterület lefoglalása, feltöltése Program neve Elérési út Paraméterek Vezérlés átadása a betöltött program meghatározott címére Program futtatása... Program visszatérési érték átadása az operációs rendszernek Program által használt memória felszabadítása Fodor Attila (Pannon Egyetem) Információs technológia november / 40

4 Kommunikáció a program és az operációs rendszer között Program elindítása Paraméterek átadása a programnak Program meghívása programneve param1 param2 param3 \eleresi\ut\programneve param1 param2 param3 Program kódja C nyelvben int main(int argc, char* argv[])... return 0; Fodor Attila (Pannon Egyetem) Információs technológia november / 40

5 Kommunikáció a program és az operációs rendszer között A main függvény változatai Program elindítása ANSI szabvány által megengedett void main( void ); int main( void ); int main( int argc[, char *argv[ ] [, char *envp[ ] ] ] ); Microsoft specifikus: int wmain( ); int wmain( int argc[, wchar_t *argv[ ] [, wchar_t *envp[ ] ] ] ); Paraméterek argc - Parancssor-argumentumok száma argv - Karaktersorozatokat tartalmazó tömböt címző mutató A 0. paraméter a program neve envp - Felhasználói környezetben lévő változók Fodor Attila (Pannon Egyetem) Információs technológia november / 40

6 Kommunikáció a program és az operációs rendszer között A main függvény változatai Program elindítása ANSI szabvány által megengedett void main( void ); int main( void ); int main( int argc[, char *argv[ ] [, char *envp[ ] ] ] ); Microsoft specifikus: int wmain( ); //int main( int argc, char *argv[ ], char *envp[ ] ) int main(int argc, char* argv[])... return 0; Fodor Attila (Pannon Egyetem) Információs technológia november / 40

7 Kommunikáció a program és az operációs rendszer között Program elindítása Paraméterek és környezeti változók feldolgozása int main( int argc, char *argv[ ], char *envp[ ] ) int i; for(i=0; i<argc; i++) printf("%d. parameter: %s\n", i, argv[i]);... \\paraméterek feldolgozása while (envp[i+1]!= NULL) printf("%d. körny. változó: %s\n", i, envp[i]);... \\környezeti változók feldolgozása i++;... return 0; Fodor Attila (Pannon Egyetem) Információs technológia november / 40

8 Kommunikáció a program és az operációs rendszer között Program elindítása Paraméterek és környezeti változók feldolgozása (példa) J:\FOA\Egyetem\Inf_tech\Orai_peldak\Inftech_lista\Debug\Inftech_lista.exe aaaa bbb c 0. parameter: J:\FOA\Egyetem\Inf_tech\Orai_peldak\Inftech_lista\Debug\Inftech_lista. 1. parameter: aaaa 2. parameter: bbb 3. parameter: ccc 4. korny. valtozo: ComSpec=C:\windows\system32\cmd.exe 5. korny. valtozo: DFSTRACINGON=FALSE 6. korny. valtozo: FARLANG=English 7. korny. valtozo: FP_NO_HOST_CHECK=NO 8. korny. valtozo: HOMEDRIVE=C: 9. korny. valtozo: HOMEPATH=\Users\fodora 10. korny. valtozo: INCLUDE=C:\Program Files\Microsoft Visual Studio.NET 2003\SDK\v 11. korny. valtozo: KMP_DUPLICATE_LIB_OK=TRUE 12. korny. valtozo: LIB=C:\Program Files\Microsoft Visual Studio.NET 2003\SDK\v1.1\ 13. korny. valtozo: LOCALAPPDATA=C:\Users\fodora\AppData\Local 14. korny. valtozo: LOGONSERVER=\\CHARON 15. korny. valtozo: MKL_SERIAL=YES 16. korny. valtozo: NIDAQmxSwitchDir=C:\Program Files\National Instruments\NI-DAQ\Sw 17. korny. valtozo: NIIVIPATH=C:\Program Files\IVI\ korny. valtozo: VXIPNPPATH=C:\Program Files\IVI Foundation\VISA\ 43. korny. valtozo: windir=c:\windows Fodor Attila (Pannon Egyetem) Információs technológia november / 40

9 Kommunikáció a program és az operációs rendszer között Program elindítása Paraméterek és környezeti változók feldolgozása (példa) Inftech_lista.exe aaaa bbb ccc 0. parameter: Inftech_lista.exe 1. parameter: aaaa 2. parameter: bbb 3. parameter: ccc 4. korny. valtozo: ComSpec=C:\windows\system32\cmd.exe 5. korny. valtozo: DFSTRACINGON=FALSE 6. korny. valtozo: FARLANG=English 7. korny. valtozo: FP_NO_HOST_CHECK=NO 8. korny. valtozo: HOMEDRIVE=C: 9. korny. valtozo: HOMEPATH=\Users\fodora 10. korny. valtozo: INCLUDE=C:\Program Files\Microsoft Visual Studio.NET 2003\SDK\v 11. korny. valtozo: KMP_DUPLICATE_LIB_OK=TRUE 12. korny. valtozo: LIB=C:\Program Files\Microsoft Visual Studio.NET 2003\SDK\v1.1\ 13. korny. valtozo: LOCALAPPDATA=C:\Users\fodora\AppData\Local 14. korny. valtozo: LOGONSERVER=\\CHARON 15. korny. valtozo: MKL_SERIAL=YES 16. korny. valtozo: NIDAQmxSwitchDir=C:\Program Files\National Instruments\NI-DAQ\Sw 17. korny. valtozo: NIIVIPATH=C:\Program Files\IVI\ korny. valtozo: VXIPNPPATH=C:\Program Files\IVI Foundation\VISA\ 43. korny. valtozo: windir=c:\windows Fodor Attila (Pannon Egyetem) Információs technológia november / 40

10 Goto C programozási nyelv Goto Nehezen átlátható Strukturált programozás elveivel ellentétes Minden olyan probléma, amely goto-val van megoldva megoldható struktúráltan is (Bizonyos esetekben a goto alkalmazása egyszerűbb megoldást eredményezne) Néha azonban megkerülése felesleges (Például: többszörösen egymásba ágyazott ciklusok) A cégek Coding Standard-jai általában tiltják!!! Fodor Attila (Pannon Egyetem) Információs technológia november / 40

11 Goto alkalmazása C programozási nyelv Goto Függvényen belüli (lokális) C nyelv által támogatott goto cimke_neve HELYETTE: break continue Függvényen kívül (globális) C nyelv által támogatott setjmp, longjmp TILOS!!! Ha mégis, akkor különösen indokolt esetben!!! Fodor Attila (Pannon Egyetem) Információs technológia november / 40

12 Goto (példa) C programozási nyelv Goto #include <stdio.h> int main() int i, j; for ( i = 0; i < 10; i++ ) printf( "Kulso ciklus i = %d\n", i ); for ( j = 0; j < 2; j++ ) printf( " Belso ciklus j = %d\n", j ); if ( i == 3 ) goto stop; /* Ezt nem irja ki... */ printf( "Ciklus vege i = %d\n", i ); stop: printf( "stop cimkere ugras i = %d\n", i ); Fodor Attila (Pannon Egyetem) Információs technológia november / 40

13 Typedef C programozási nyelv Typedef Olyan azonosítot definiál, amely későbbiekben saját típusnévként használható Így létrehozott típusok megnevezése: typedef nevek Valóságban nem vezet be új típust, csupán szinonímát hoz létre Létrehozása: Deklarátorban szereplő névhez hozzárendel egy típusnevet typedef int egeszszam, *egeszmutato; typedef struct double x, y, r; kor; Változó létrehozása, használata: egeszszam i; egeszmutato p; kor k; k.x = 1.23; Fodor Attila (Pannon Egyetem) Információs technológia november / 40

14 Függvénypointer C programozási nyelv Függvénypointer A változókhoz hasonlóan, függvényt is el lehet érni indirekten Alkalmazás oka: Függvény is átadható paraméterként A függvényekre mutató pointerek tömbökbe is szervezhetőek Sokkal rugalmasabb program készíthető Függvényre mutató pointer: int (*fp)(double x); int - visszatérési érték fp - pointer neve x - függvény paramétere (double típus) Fodor Attila (Pannon Egyetem) Információs technológia november / 40

15 C programozási nyelv Pointerek fajtái (áttekintés) Függvénypointer char a char *a char **a char *a[] char **a[] char (*a)[] char a() char *a() - karakter típusú változó - karakter típusú pointer - karakter típusú mutatóra mutató mutató - karakter típusú pointerek tömbje - karakter típusú mutatóra mutató mutatók tömbje - karakter típusú tömbre mutató pointer - karakter típusú függvény - karakter típusú pointerrel visszatérő függvény char (*a)() - karakter típusú függvényre mutató pointer char (*a[])() - karakter típusú függvényre mutató pointereket tartalmazó tömb Fodor Attila (Pannon Egyetem) Információs technológia november / 40

16 Rendezések Buborék rendezés 1. (ismétlés) Rendezések (ismétlés) egesz i, j, minind, tmp, v[], n n = egesz_tomb_merete / egy_elem_merete for(i=n-1; i>1; i-- ) for(j=0; j<i-1; j++) if (v[j] < v[j+1]) tmp = v[j+1]; v[j+1] = v[j]; v[j] = tmp; end if end for end for Összehasonlítás: N(N 1)/2 O(n 2 ) Mozgatás: 3N(N 1)/2 O(n 2 ) Fodor Attila (Pannon Egyetem) Információs technológia november / 40

17 Rendezések Buborék rendezés 1. (ismétlés) Rendezések (ismétlés) int i, j, minind, tmp, v[10], n; n=sizeof(v)/sizeof(int); for(i=n-1; i>1; i-- ) for(j=0; j<i-1; j++ ) if( v[j] < v[j+1] ) tmp = v[j+1]; v[j+1] = v[j]; v[j] = tmp; Fodor Attila (Pannon Egyetem) Információs technológia november / 40

18 Rendezések Buborék rendezés 2. (ismétlés) Rendezések (ismétlés) egesz i, j, minind, tmp, v[], n n = egesz_tomb_merete / egy_elem_merete for(i=0; i<n-1; i++ ) for(j=i+1; j<n; j++) if (v[j] < v[i]) tmp = v[i]; v[i] = v[j]; v[j] = tmp; end if end for end for Összehasonlítás: N(N 1)/2 O(n 2 ) Mozgatás: 3N(N 1)/2 O(n 2 ) Fodor Attila (Pannon Egyetem) Információs technológia november / 40

19 Rendezések Buborék rendezés 2. (ismétlés) Rendezések (ismétlés) int i, j, minind, tmp, v[10], n; n=sizeof(v)/sizeof(int); for(i=0; i<n-1; i++ ) for(j=i+1; j<n; j++ ) if( v[j] < v[i] ) tmp = v[i]; v[i] = v[j]; v[j] = tmp; Fodor Attila (Pannon Egyetem) Információs technológia november / 40

20 Rendezések Rendezések (ismétlés) Minimum kiválasztásos rendezés (ismétlés) egesz i, j, minind, tmp, n egesz v[] n = egesz_tomb_merete / egy_elem_merete for(i=0; i<n-1; i++) minind = i; for(j=i+1; j<n; j++) if( v[j] < v[minind] ) minind = j end if end for tmp = v[i] v[i] = v[minind] v[minind] = tmp end for // csere Összehasonlítás: N(N 1)/2 O(n 2 ) Mozgatás: 3(N 1) O(n) Fodor Attila (Pannon Egyetem) Információs technológia november / 40

21 Rendezések Rendezések (ismétlés) Minimum kiválasztásos rendezés (ismétlés) int i, j, minind, tmp; int v[10], n; n=sizeof(v)/sizeof(int); for(i=0; i<n-1; i++) minind = i; for(j=i+1; j<n; j++) if( v[j] < v[minind] ) minind = j; tmp = v[i]; v[i] = v[minind]; v[minind] = tmp; // csere Fodor Attila (Pannon Egyetem) Információs technológia november / 40

22 Koktél rendezés Rendezések Rendezések (ismétlés) Hasonlóan mőködik mint a buborék rendezés Kettő irányból történik a vizsgálat. A legrosszabb eset: is O(n 2 ) műveletre Majdnem rendezett lista esetén: körülbelül O(n) Fodor Attila (Pannon Egyetem) Információs technológia november / 40

23 Koktél rendezés Rendezések Rendezések (ismétlés) int bottom = 0; int top = n-1; int swap = TRUE; //csere volt while (swap == TRUE) swap = FALSE; for(int i=bottom; i<top; i++) if (a[i]>a[i+1]) swap = TRUE; tmp = a[i]; a[i] = a[i+1]; a[i+1] = tmp; top--; // top = top-1; for(int i=top; i>bottom; i--) if (a[i]<a[i-1]) swap = TRUE; tmp = a[i]; a[i] = a[i-1]; a[i-1] = tmp; bottom++ ; // bottom = bottom+1; Fodor Attila (Pannon Egyetem) Információs technológia november / 40

24 Kerti törpe rendezés Rendezések Rendezések (ismétlés) Megkeresi az első olyan helyet, ahol két egymást követő elem rossz sorrendben van megcseréli őket Ha egy ilyen csere után rossz sorrend keletkezik (csak a legutolsó csere előtt lehet) ellenőrizni kell int i=1, tmp; while (i<n) if (a[i-1]<=a[i]) i++; else tmp = a[i-1]; a[i-1] = a[i]; a[i] = tmp; i--; if (i==0) i = 1; //ha jó a sorrend előre lép Fodor Attila (Pannon Egyetem) Információs technológia november / 40

25 Beillesztéses rendezés Rendezések Rendezések (ismétlés) A soron következő elemnek megkeressük a helyét a tőle balra lévő rendezett részben Ezzel párhuzamosan a nagyobb elemeket rendre eggyel jobbra kell mozgatni int v[10], i, j, y, n; n=sizeof(v)/sizeof(int); for(i=1; i<n; i++) y = v[i]; for(j=i-1; (j>0) && (v[j]>y); j--) v[j+1] = v[j]; j = j-1; v[j+1] = y; Összehasonlítás: O(n 2 ) Mozgatás: O(n 2 ) Fodor Attila (Pannon Egyetem) Információs technológia november / 40

26 Rendezések Kupac adatszerkezet és tulajdonságai Kupac rendezés (Heap sort) Kupac adatszerkezet Bináris kupac: Egy majdnem teljes bináris fa egy tömbben ábrázolva A tömb mérete = kupac mérete = N Kupactulajdonsag Kupac tulajdonsag: A kupac minden i, gyökértől különböző eleme eseten: A[Szul.(i)]. A[i] Egy olyan binaris fát képvisel, amelyre igaz, hogy minden csúcs bal es jobb oldali részfájában csak kisebb vagy egyenlő értékek talalhatók. (Ez nem azonos a bináris keresőfa adatszerkezettel!!!) Fodor Attila (Pannon Egyetem) Információs technológia november / 40

27 A rossz helyen levő elemeket lefelé görgeti, mindig a nagyobb gyerek Fodor Attila felé (Pannon Egyetem) Információs technológia november / 40 Kupacolás Rendezések Kupac rendezés (Heap sort) /* TFH i-re nem teljesül a kupactulajdonság */ void kupacol(int i, int tomb[], int meret) int bal, jobb, legnagyobb, csere; bal = balkupac(i); jobb = jobbkupac(i); if (bal<=meret && tomb[bal]>tomb[i]) legnagyobb = bal; else legnagyobb = i; if (jobb<=meret && tomb[jobb]>tomb[legnagyobb]) legnagyobb = jobb; if (legnagyobb!=i) csere = tomb[i]; tomb[i] = tomb[legnagyobb]; tomb[legnagyobb] = csere; kupacol(legnagyobb);

28 Kupacolás (példa) Rendezések Kupac rendezés (Heap sort) Fodor Attila (Pannon Egyetem) Információs technológia november / 40

29 Kupacolás teljes fára Rendezések Kupac rendezés (Heap sort) Kupac építés A fa minden egyes elemére, a levelek feletti elemtől kezdve a gyökérig (bottom-up) void epit(int tomb[], int meret) int i; for (i=(meret-1)/2; i>0; i--) kupacol(i, tomb, meret); Fodor Attila (Pannon Egyetem) Információs technológia november / 40

30 Kupacolás teljes fára Rendezések Kupac rendezés (Heap sort) Kupac rendezés a legnagyobb elem a gyökér, az legyen a legutolsó az utolsót és az elsőt cseréljük Hatékonyság: O(nlog(n)) void rendez(int tomb[], int hossz) int i, csere; epit(tomb, hossz); for (i=hossz-1; i>0; i--) csere = tomb[i]; tomb[i]=tomb[0]; kupacol(0, tomb, hossz); Fodor Attila (Pannon Egyetem) Információs technológia november / 40

31 Kupacolás (példa) Rendezések Kupac rendezés (Heap sort) Fodor Attila (Pannon Egyetem) Információs technológia november / 40

32 Rendezések Gyorsrendezés (Quick sort) (Hoare, 1962) Gyorsrendezés (Quick sort) (Hoare, 1962) Alapelve: 1. felosztjuk az adatokat A[p..r] és A1[p..q] és A2[q..r] szakaszokra úgy, hogy A1<=A2 (NINCS RENDEZVE!!!) 2. Az A1 és A2 résztömböket rendezzük (az 1-es módszer folyamatos ismétlésével) Nincs szükség összefésülésre Az algoritmus sarokpontja: az 1. felosztó lépés Megvalósítása többféle lehet void gyorsrendez(int tomb[], int also, int felso) int kozep; if (also<felso) kozep = feloszt(tomb, also, felso); gyorsrendez(tomb, also, kozep); gyorsrendez(tomb, kozep+1, felso); Fodor Attila (Pannon Egyetem) Információs technológia november / 40

33 Rendezések Gyorsrendezés (Quick sort) (Hoare, 1962) Qsort megvalalósítása (csere, kiírás) void swap(int *x,int *y) int temp; temp = *x; *x = *y; *y = temp; int choose_pivot(int i,int j ) return((i+j) /2); void printlist(int list[],int n) int i; for(i=0;i<n;i++) printf("%d\t",list[i]); Fodor Attila (Pannon Egyetem) Információs technológia november / 40

34 Rendezések Gyorsrendezés (Quick sort) (Hoare, 1962) Qsort megvalalósítása (rendezés) void quicksort(int list[],int m,int n) int key,i,j,k; if( m < n) k = choose_pivot(m,n); swap(&list[m],&list[k]); key = list[m]; i = m+1; j = n; while(i <= j) while((i <= n) && (list[i] <= key)) i++; while((j >= m) && (list[j] > key)) j--; if( i < j) swap(&list[i],&list[j]); swap(&list[m],&list[j]); // rekurziv rendezes quicksort(list,m,j-1); quicksort(list,j+1,n); //2 elem csereje Fodor Attila (Pannon Egyetem) Információs technológia november / 40

35 Rendezések Gyorsrendezés (Quick sort) (Hoare, 1962) Qsort megvalalósítása (meghívása) void main() const int MAX_ELEMENTS = 10; int list[max_elements]; int i = 0; // veletlenszamok generalasa for(i = 0; i < MAX_ELEMENTS; i++ ) list[i] = rand(); printf("adatok rednezes elott:\n"); printlist(list,max_elements); // rendezes quicksort algoritmussal quicksort(list,0,max_elements-1); printf("adatok rednezes utan:\n"); printlist(list,max_elements); Fodor Attila (Pannon Egyetem) Információs technológia november / 40

36 Qsort függvény Rendezések Gyorsrendezés (Quick sort) (Hoare, 1962) Quick sort algoritmust használó függvény általános célra Az összehasonlító függvényt paraméterként nekünk kell megadni Prototípusa: void qsort(void *base, size_t num, size_t width, int (*cmp)(void *e1, void *e2)); base: Adatokra mutató pointer num: Adatok száma width: Adat mérete (byte-ban) Utolsó paraméter: Összehasonlító függvényre mutató pointer Például: int compare(int **a, int **b) return a>b?1:0; Fodor Attila (Pannon Egyetem) Információs technológia november / 40

37 Rendezések Gyorsrendezés (Quick sort) (Hoare, 1962) Beépített qsort rendezés alkalmazása #include <stdlib.h> #include <string.h> #include <stdio.h> int compare( const void *arg1, const void *arg2 ); int main( int argc, char **argv ) int i; /* Eliminate argv[0] from sort: */ argv++; argc--; /* Sort remaining args using Quicksort algorithm: */ qsort( (void *)argv, (size_t)argc, sizeof( char * ), compare ); /* Output sorted list: */ for( i = 0; i < argc; ++i ) printf( " %s", argv[i] ); printf( "\n" ); int compare( const void *arg1, const void *arg2 ) /* Compare all of both strings: */ return _stricmp( * ( char** ) arg1, * ( char** ) arg2 ); Fodor Attila (Pannon Egyetem) Információs technológia november / 40

38 Shell rendezés Rendezések Shell rendezés A Shell-módszer nem foglalkozik egyszerre minden elemmel Egyszerre egymástól adott távolságra lévőkkel foglalkozik A rendezés itt is több menetben történik Minden menet elején meghatározunk egy úgynevezett lépésközt, a L-t (adott menetben a vektor egymástól L távolságra lévő elemeit rendezzük) Az induló lépésköz meghatározása úgy történik, hogy a rendezéshez szükséges menetek száma körülbelül log 2 N legyen Lépésszám: O(nlog 2 n) Fodor Attila (Pannon Egyetem) Információs technológia november / 40

39 Shell rendezés Rendezések Shell rendezés egesz t[], L egesz i, j, y L = EGESZ_KONVERZIO( LOG(N)/LOG(2) ) Ciklus amíg L>=1 Ciklus k=l+1-től 2*L-ig Ciklus i=k-tól N-ig L-esével növelve j = i-l y = t[i] Ciklus amíg j>0 és t[j]>y t[j+l] = t[j] j = j-l Ciklus vége t[j+l] = y Ciklus vége Ciklus vége L = Kovetkezo_L(L) Ciklus vége Fodor Attila (Pannon Egyetem) Információs technológia november / 40

40 Rendezések További rendezési algoritmusok Shell rendezés Szétosztó rendezés Leszámláló rendezés Radix (számjegyes) rendezés Edény rendezés Fodor Attila (Pannon Egyetem) Információs technológia november / 40