Арнольд Роббинс - Linux программирование в примерах

• Название: Linux программирование в примерах
• Автор: Арнольд Роббинс
• Издательство: Кудиц-Образ
• Жанр: Программное обеспечение
• Год: 2005
• ISBN: 5-9579-0059-1

В книге рассмотрены вопросы, связанные с программированием под Linux: файловый ввод/вывод, метаданные файлов, основы управления памятью, процессы и сигналы, пользователи и группы, вопросы интернационализации и локализации, сортировка, поиск и многие другие. Много внимания уделено средствам отладки, доступным под GNU Linux. Все темы иллюстрируются примерами кода, взятого из V7 UNIX и GNU. Эта книга может быть полезна любому, кто интересуется программированием под Linux.

---

vp = tfind(&key, root, emp_name_id_compare);

if (vp != NULL) { /* it's there, use it */

 e = *((struct employee**)vp); /* Получить хранящиеся в дереве данные */

 /* использование данных в *е ... */

}

Как можно указатель на вершину использовать как указатель на указатель данных? Рассмотрим, как была бы реализована вершина двоичного дерева. В каждой вершине хранится по крайней мере указатель на элемент данных пользователя и указатели на потенциальные порожденные вершины справа и слева. Поэтому она должна выглядеть примерно так.

struct binary_tree {

 void *user_data; /* Указатель на данные пользователя */

 struct binary_tree *left; /* Порожденная вершина слева или NULL */

 struct binary_tree *right; /* Порожденная вершина справа или NULL */

/* ...здесь возможны другие поля... */

} node;

С и C++ гарантируют, что поля внутри структуры располагаются в порядке возрастания адресов. Таким образом, выражение '&node.left < &node.right' истинно. Более того, адрес структуры является также адресом ее первого поля (другими словами, игнорируя проблемы типов, '&node == &node.user_data').

Следовательно, концептуально 'е = *((struct employee**)vp);' означает:

1. vp является void*, то есть общим указателем. Это адрес внутренней вершины дерева, но это также адрес части вершины (скорее всего, другого void*), которая указывает на данные пользователя.

2. '(struct employee**)vp' приводит адрес внутреннего указателя к нужному типу; он остается указателем на указатель, но в этот раз на struct employee. Помните, что приведение одного типа указателя к другому не изменяют значения (паттерна битов); оно меняет лишь способ интерпретации компилятором значения для анализа типов.

3. '*((struct employee**)vp)' разыменовывает вновь созданный struct employee**, возвращая годный к употреблению указатель struct employee*.

4. 'е = *((struct employee**)vp)' сохраняет это значение в е для непосредственного использования позже.

Идея проиллюстрирована на рис. 14.2.

Рис. 14.2. Вершины дерева и их указатели

Для упрощения использования возвращенного указателя вы могли бы рассмотреть определение макроса:

#define tree_data(ptr, type)(*(type**)(ptr))

...

struct employee *e;

void *vp;

vp = tfind(&key, root, emp_name_id_compare);

if (vp != NULL) { /* it's there, use it */

 e = tree_data(vp, struct employee);

 /* использование сведений в *e ... */

}

14.4.5. Обход дерева: twalk()

Функция twalk() объявлена в <search.h> следующим образом:

typedef enum { preorder, postorder, endorder, leaf } VISIT;

void twalk(const void *root,

 void (*action)(const void *nodep, const VISIT which,

const int depth));

Первый параметр является корнем дерева (не указателем на корень). Второй является указателем на функцию обратного вызова, которая вызывается с тремя аргументами, указателем на исследуемую вершину дерева; типом перечисления, указывающим, как осуществляется обход данной вершины; и целого, обозначающего глубину текущей вершины (корень находится на глубине 0, как объяснялось ранее).

Использование функции обратного вызова здесь такое же, как для nftw() (см. раздел 8.4.3.2 «Функция обратного вызова nftw()»). Там функция обратного вызова вызывается для каждого объекта в файловой системе. Здесь функция обратного вызова вызывается для каждого объекта, хранящегося в дереве.

Есть несколько способов прохождения, или «обхода», двоичного дерева:

• Левая вершина, родительская вершина, правая вершина.

• Родительская вершина, левая вершина, правая вершина.

• Левая вершина, правая вершина, родительская вершина.

Функция GLIBC twalk() использует второй способ: сначала родительская вершина, затем левая, затем правая. Каждый раз при встрече с вершиной говорят, что она посещается.[159] В ходе посещения порожденной вершины функция должна посетить и родительскую. Соответственно, значения типа VISIT указывают, на какой стадии произошла встреча с этой вершиной:

preorder   До посещения порожденных.

postorder  После посещения первой, но до посещения второй порожденной вершины.

endorder   После посещения обеих порожденных.

leaf Эта вершина является концевой, не имеющей порожденных вершин.

ЗАМЕЧАНИЕ. Использованная здесь терминология не соответствует точно той, которая используется в формальных руководствах по структурированию данных. Там используются термины inorder, preorder и postorder для обозначения соответствующих трех перечисленных ранее способов прохождения дерева. Таким образом, twalk() использует прохождение по типу preorder, но использует именованные константы preorder и т.д. для обозначения того, на какой стадии была посещена вершина. Это может сбивать с толку.

Следующая программа, ch14-tsearch.c, демонстрирует построение и обход дерева. Она повторно использует структуру struct employee и функцию emp_name_id_compare() из раздела 6.2 «Функции сортировки и поиска».

1  /* ch14-tsearch.c --- демонстрация управления деревом */

2

3  #include <stdio.h>

4  #include <search.h>

5  #include <time.h>

6

7  struct employee {

8   char lastname[30];

9   char firstname[30];

10  long emp_id;

11  time_t start_date;

12 };

13

14 /* emp_name_id_compare --- сравнение по имени, затем no ID */

15

16 int emp_name_id_compare(const void *e1p, const void *e2p)

17 {

18  const struct employee *e1, *e2;

19  int last, first;

20

21  e1 = (const struct employee*)e1p;

22  e2 = (const struct employee*)e2p;

23

24  if ((last = strcmp(e1->lastname, e2->lastname)) != 0)

25   return last;

26

27  /* фамилии совпадают, проверить имена */

28  if ((first = strcmp(e1->firstname, e2->firstname)) != 0)

29   return first;

30

31  /* имена совпадают, проверить ID */

32  if (e1->emp_id < e2->emp_id)

33   return -1;

34  else if (e1->emp_id == e2->emp_id)

35   return 0;

36  else

37   return 1;

38 }

39

40 /* print_emp --- вывод структуры employee во время обхода дерева */

41

42 void print_emp(const void *nodep, const VISIT which, const int depth)

43 {

44  struct employee *e = *((struct employee**)nodep);

45

46  switch (which) {

47  case leaf:

48  case postorder:

49   printf("Depth: %d. Employee: \n", depth);

50   printf("\t%s, %s\t%d\t%s\n", e->lastname, e->firstname,

51    e->emp_id, ctime(&e->start_date));

52   break;

53  default:

54   break;

55  }

56 }

Строки 7–12 определяют struct employee, а строки 14–38 определяют emp_name_id_compare().

Строки 40–56 определяют print_emp(), функцию обратного вызова, которая выводит struct employee наряду с глубиной дерева в текущей вершине. Обратите внимание на магическое приведение типа в строке 44 для получения указателя на сохраненные данные.

58 /* main --- демонстрация хранения данных в двоичном дереве */

59

60 int main(void)

61 {

62 #define NPRES 10

63  struct employee presidents[NPRES];

64  int i, npres;

65  char buf[BUFSIZ];

66  void *root = NULL;

67

68  /* Очень простой код для чтения данных: */

69  for (npres = 0; npres < NPRES && fgets(buf, BUFSIZ, stdin) != NULL;

70   npres++) {

71   sscanf(buf, "%s %s %ld %ld\n",

72   presidents[npres].lastname,

73   presidents[npres].firstname,

74   &presidents[npres].emp_id,

75   &presidents[npres].start_date);

76  }

77

78  for (i = 0; i < npres; i++)

79   (void)tsearch(&presidents[i], &root, emp_name_id_compare);

80

81  twalk(root, print_emp);

82  return 0;

83 }

Целью вывода дерева является вывод содержащихся в нем элементов в отсортированном порядке. Помните, что twalk() посещает промежуточные вершины по три раза и что левая вершина меньше родительской, тогда как правая больше. Таким образом, оператор switch выводит сведения о вершине, лишь если which равно leaf, является концевой вершиной, или postorder, что означает, что была посещена левая вершина, а правая еще не была посещена.

Используемые данные представляют собой список президентов, тоже из раздела 6.2 «Функции сортировки и поиска». Чтобы освежить вашу память, полями являются фамилия, имя, номер сотрудника и время начала работы в виде временной отметки в секундах с начала Эпохи: