В программных системах, обрабатывающих объекты сложной структуры, могут решаться разные подзадачи, каждая из которых требует, возможно, обработки не всего множества объектов, а лишь какого-то его подмножества. Так, например, в автоматизированной системе учета лиц, пострадавших вследствие аварии на ЧАЭС, каждая запись об одном пострадавшем содержит более 50 полей в своей информационной части.

Решаемые же автоматизированной системой задачи могут потребовать выборки, например:

· участников ликвидации аварии;

· переселенцев из зараженной зоны;

· лиц, состоящих на квартирном учете;

· лиц с заболеваниями щитовидной железы;

· и т.д., и т.п.

Рис.5.11. Пример мультисписка

Для того, чтобы при выборке каждого подмножества не выполнять полный просмотр с отсеиванием записей, к требуемому подмножеству не относящихся, в каждую запись включаются дополнительные поля ссылок, каждое из которых связывает в линейный список элементы соответствующего подмножества. В результате получается многосвязный список или мультисписок, каждый элемент которого может входить одновременно в несколько односвязных списков. Пример такого мультисписка для названной нами автоматизированной системы показан на рис.5.11.

К достоинствам мультисписков помимо экономии памяти (при множестве списков информационная часть существует в единственном экземпляре) следует отнести также целостность данных - в том смысле, что все подзадачи работают с одной и той же версией информационной части и изменения в данных, сделанные одной подзадачей немедленно становятся доступными для другой подзадачи.

Каждая подзадача работает со своим подмножеством как с линейным списком, используя для этого определенное поле связок. Специфика мультисписка проявляется только в операции исключения элемента из списка. Исключение элемента из какого-либо одного списка еще не означает необходимости удаления элемента из памяти, так как элемент может оставаться в составе других списков. Память должна освобождаться только в том случае, когда элемент уже не входит ни в один из частных списков мультисписка. Обычно задача удаления упрощается тем, что один из частных списков является главным - в него обязательно входят все имеющиеся элементы. Тогда исключение элемента из любого неглавного списка состоит только в переопределении указателей, но не в освобождении памяти. Исключение же из главного списка требует не только освобождения памяти, но и переопределения указателей как в главном списке, так и во всех неглавных списках, в которые удаляемый элемент входил.

Списки

Обсудим вопрос о том, как в динамической памяти можно создать структуру данных переменного размера.

Разберем следующий пример. В процессе физического эксперимента многократно снимаются показания прибора (допустим, термометра) и записываются в компьютерную память для дальнейшей обработки. Заранее неизвестно, сколько будет произведено измерений.

Если для обработки таких данных не использовать внешнюю память (файлы), то разумно расположить их в динамической памяти. Во-первых, динамическая память позволяет хранить больший объем информации, чем статическая. А во-вторых, в динамической памяти эти числа можно организовать в связанный список, который не требует предварительного указания количества чисел, подобно массиву. Что же такое "связанный список"? Схематически он выглядит так:

Здесь Inf -- информационная часть звена списка (величина любого простого или структурированного типа, кроме файлового), Next -- указатель на следующее звено списка; First -- указатель на заглавное звено списка.

Согласно определению, список располагается в динамически распределяемой памяти, в статической памяти хранится лишь указатель на заглавное звено. Структура, в отличие от массива, является действительно динамической: звенья создаются и удаляются по мере необходимости, в процессе выполнения программы.

Для объявления списка сделано исключение: указатель на звено списка объявляется раньше, чем само звено. В общем виде объявление выглядит так.

Type U = ^Zveno;

Zveno = Record Inf : BT; Next: U End;

Здесь BT -- некоторый базовый тип элементов списка.

Если указатель ссылается только на следующее звено списка (как показано на рисунке и в объявленной выше структуре), то такой список называют однонаправленным, если на следующее и предыдущее звенья -- двунаправленным списком. Если указатель в последнем звене установлен не в Nil, а ссылается на заглавное звено списка, то такой список называется кольцевым. Кольцевыми могут быть и однонаправленные, и двунаправленные списки.

Более подробно рассмотрим работу со связанными списками на примере однонаправленного некольцевого списка.

Выделим типовые операции над списками:

· добавление звена в начало списка;

· удаление звена из начала списка;

· добавление звена в произвольное место списка, отличное от начала (например, после звена, указатель на которое задан);

· удаление звена из произвольного места списка, отличного от начала (например, после звена, указатель на которое задан);

· проверка, пуст ли список;

· очистка списка;

· печать списка.

Реализуем выделенный набор операций в виде модуля. Подключив этот модуль, можно решить большинство типовых задач на обработку списка. Пусть список объявлен так, как было описано выше. Первые четыре действия сначала реализуем отдельно, снабдив их иллюстрациями.

1. Добавление звена в начало списка

{Процедура добавления звена в начало списка; в x содержится добавляемая информация}

Procedure V_Nachalo(Var First : U; X : BT);

Var Vsp : U;

Begin

New(Vsp);

Vsp^.Inf := X;

Vsp^.Next := First; {То звено, что было заглавным, становится вторым по счёту}

First := Vsp; {Новое звено становится заглавным}

End;

2. Удаление звена из начала списка

{Процедура удаления звена из начала списка;

в x содержится информация из удалённого звена}

Procedure Iz_Nachala(Var First : U; Var X : BT);

Var Vsp : U;

Begin

Vsp := First; {Забираем ссылку на текущее заглавное звено}

First := First^.Next; {То звено, что было вторым по счёту, становится заглавным}

X := Vsp^.Inf; {Забираем информацию из удаляемого звена}

Dispose(Vsp); {Уничтожаем звено}

End;

3. Добавление звена в произвольное место списка, отличное от начала (после звена, указатель на которое задан)

{Процедура добавления звена в список после звена,

на которое ссылается указатель Pred;

в x содержится информация для добавления}

Procedure V_Spisok(Pred : U; X : BT);

Var Vsp : U;

Begin

New(Vsp); {Создаем пустое звено}

Vsp^.Inf := X; {Заносим информацию}

Vsp^.Next := Pred^.Next; {Теперь это звено ссылается на то,

что было следом за звеном Pred}

Pred^.Next := Vsp; {Теперь новое звено встало вслед за звеном Pred}

End;

4. Удаление звена из произвольного места списка, отличного от начала (после звена, указатель на которое задан)

{Процедура удаления звена из списка после звена,

на которое ссылается указатель Pred;

в x содержится информация из удалённого звена}

Procedure Iz_Spiska(Pred : U; Var X : BT);

Var Vsp : U;

Begin

Vsp := Pred^.Next; {Забираем ссылку на удаляемое звено}

{Удаляем звено из списка, перенаправив ссылку на следующее

за ним звено}

Pred^.Next := Pred^.Next^.Next;

X := Vsp^.Inf; {Забираем информацию из удаляемого звена}

Dispose(Vsp); {Уничтожаем звено}

End;

Приведём полный текст модуля.

{Язык Pascal}

Unit Spisok;

Interface

Type BT = LongInt;

U = ^Zveno;

Zveno = Record Inf : BT; Next: U End;

Procedure V_Nachalo(Var First : U; X : BT);

Procedure Iz_Nachala(Var First : U; Var X : BT);

Procedure V_Spisok(Pred : U; X : BT);

Procedure Iz_Spiska(Pred : U; Var X : BT);

Procedure Ochistka(Var First: U);

Function Pust(First : U) : Boolean;

Procedure Print(First : U);

Implementation

Procedure V_Nachalo;

Var Vsp : U;

Begin

New(Vsp);

Vsp^.Inf := X;

Vsp^.Next := First;

First := Vsp;

End;

Procedure Iz_Nachala;

Var Vsp : U;

Begin

Vsp := First;

First := First^.Next;

X := Vsp^.Inf;

Dispose(Vsp);

End;

Procedure V_Spisok;

Var Vsp : U;

Begin

New(Vsp);

Vsp^.Inf := X;

Vsp^.Next := Pred^.Next;

Pred^.Next := Vsp;

End;

Procedure Iz_Spiska;

Var Vsp : U;

Begin

Vsp := Pred^.Next;

Pred^.Next := Pred^.Next^.Next;

X := Vsp^.Inf;

Dispose(Vsp);

End;

Procedure Ochistka;

Var Vsp : BT;

Begin

While Not Pust(First) Do Iz_Nachala(First, Vsp)

End;

Function Pust;

Begin

Pust := First = Nil

End;

Procedure Print;

Var Vsp : U;

Begin

Vsp := First;

While Vsp <> Nil Do

Begin

Write(Vsp^.Inf : 6);

Vsp := Vsp^.Next

End; WriteLn

End;

Begin

End.

// Язык С++

#include < iostream.h >

#include < conio.h >

#include < stdlib.h >

#include < time.h >

typedef long BT;

struct Zveno{

BT Inf;

Zveno *Next; };

Zveno *V_Nachalo(Zveno *First, BT X)

{Zveno *Vsp;

Vsp = (Zveno *) malloc(sizeof(Zveno));

Vsp->Inf=X; Vsp->Next=First; First=Vsp;

return First;

}

Zveno *Iz_Nachala(Zveno *First)

{Zveno *Vsp;

Vsp=First->Next;

free(First);

return Vsp;

}

Zveno *V_Spisok(Zveno *Pred, BT X)

{Zveno *Vsp;

Vsp = (Zveno *) malloc(sizeof(Zveno));

Vsp->Inf=X;

Vsp->Next=Pred->Next;

Pred->Next=Vsp;

return Vsp;

}

BT Iz_Spiska(Zveno *Pred)

{BT X;

Zveno *Vsp;

Vsp=Pred->Next;

Pred->Next=Pred->Next->Next;

X=Vsp->Inf;

free(Vsp);

return X;

}

void Print(Zveno *First)

{Zveno *Vsp;

Vsp=First;

while (Vsp)

{cout << Vsp->Inf << ' '; Vsp=Vsp->Next;}

cout << "\n";

}

int Pust(Zveno *First)

{

return !First;

}

Zveno *Ochistka(Zveno *First)

{

while (!Pust(First)) First=Iz_Nachala(First);

return First;

}