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Le strutture e le unioni in C
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Sommario

• Le strutture e le unioni
• Le liste concatenate
• Allocazione dinamica
• Creazione ed aggiunta di un nuovo elemento alla
  lista
• Inserimento e cancellazione di elementi
• La ricerca di un elemento

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Le strutture e le unioni
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Introduzione

• Gli array sono uno strumento adeguato per il
  trattamento di insiemi di variabili di uno stesso
  tipo
• Quando i tipi di dati, che devono essere
  logicamente aggregati, sono disomogenei, è
  necessario usare il tipo struttura (o record)
• Lulteriore tipo composto unione consente di
  interpretare il contenuto delle stesse locazioni
  di memoria con modalità diverse (è la
  realizzazione del concetto di record a lunghezza
  variabile)

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Le strutture ? 1

• Esempio Supponiamo di voler memorizzare,
  relativamente a ciascun abitante di un dato
  comune, nome e cognome, data di nascita e codice
  fiscale
• Nome e cognome costituiscono un array di
  caratteri
• La data è composta da tre numeri interi, che
  descrivono giorno, mese ed anno
• Il codice fiscale è un array di 16 caratteri (15
  per il codice ed uno per il carattere nullo di
  terminazione)
• Le informazioni non possono essere collezionate
  in un unico array di caratteri, perché sono
  disomogenee

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Le strutture ? 2

• Possibile soluzione memorizzare le informazioni
  in variabili distinte
• Unorganizzazione più naturale consiste nella
  definizione di una variabile che contenga tutti i
  dati relativi ad una persona utilizzando un tipo
  struttura
• Una struttura è simile ad un array, ma è
  costituita da campi (piuttosto che da elementi)
  che sono identificati da nomi (piuttosto che da
  indici) e possono contenere informazione di tipo
  diverso

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Le strutture ? 3
Esempio

• Vi sono due dichiarazioni la prima contiene lo
  schema della struttura vitalstat, la seconda
  dichiara una variabile vs di tipo struct
  vitalstat
• Nota includere un prefisso nei nomi dei campi,
  per distinguerli da campi di strutture diverse

struct vitalstat char vs_name20,vs_fiscode
16 short vs_day,vs_month,vs_year struct
vitalstat vs

• Lallocazione della struttura vs sulla macchina
  di riferimento presuppone che i campi siano
  memorizzati consecutivamente, nellordine in cui
  sono dichiarati, ma non necessariamente in
  maniera contigua

vs_name
vs_fiscode
vs_day
vs_month
vs_year
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Le strutture ? 4

• Il nome vitalstat è unetichetta (o tag) e struct
  vitalstat rappresenta un nuovo tipo di dati
  definito dallutente, per il quale non viene
  riservata memoria
• Letichetta può essere utilizzata ogni volta che
  è necessario creare ulteriori variabili che
  contengono gli stessi campi
• La sintassi della dichiarazione di una struttura
  può assumere diverse forme
• Dichiarazione delletichetta e uso delletichetta
  (insieme alla parola chiave struct) per definire
  le variabili
• Uso di typedef per definire un particolare tipo
  struttura

struct vitalstat vsa1000, pvs pvs ? vsa10
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Le strutture ? 5

• Il tipo VITALSTAT rappresenta lintera struttura,
  compresa la parola chiave struct

• Il nome di tipo è scritto maiuscolo, per
  distinguerlo dai nomi di etichette e variabili
• Unetichetta o un typedef consentono di definire
  una sola volta lo schema di una struttura, per
  dichiarare variabili del tipo struttura quando
  necessario

typedef struct char vs_name20,vs_fiscode1
6 short vs_day, vs_month, vs_year
VITALSTAT

• Le dichiarazioni di struttura sono normalmente
  raggruppate in file header, così da poter essere
  accedute da più file sorgente

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Linizializzazione di strutture ? 1

• Una struttura può essere inizializzata facendo
  seguire al nome della variabile di tipo struttura
  il simbolo di uguale e la lista dei valori
  iniziali racchiusi tra parentesi graffe
• Ogni valore iniziale deve essere dello stesso
  tipo del corrispondente campo della struttura

VITALSTAT vs ? Marco Rossi,
MRCRSS91C23D612K, 23, 3, 1991
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Linizializzazione di strutture ? 2

• Un valore iniziale non può essere incluso in una
  dichiarazione che contiene solo unetichetta o un
  typedef, poiché tali dichiarazioni definiscono lo
  schema della struttura, ma non riservano memoria

typedef struct int a float b s ?
1, 1.0 / non ammesso /
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Laccesso ai campi della struttura

• Esistono due modalità diverse di accesso ai campi
  di una struttura, dipendenti dalla modalità di
  accesso alla struttura, diretta o mediante
  puntatore
• Nel caso di accesso diretto alla struttura, si
  usano il nome della struttura ed il nome del
  campo, separati dalloperatore punto .
• Nel caso di accesso tramite puntatore alla
  struttura, si usa loperatore freccia destra
  ?gt, formato dalla concatenazione del segno meno
  e del simbolo maggiore
• Loperatore ?gt è una forma abbreviata per
  accedere allindirizzo contenuto nel puntatore e
  quindi applicare loperatore punto

VITALSTAT pvs pvs?gtvs_day ? 23
pvs?gtvs_month ? 3 pvs?gtvs_year ? 1991
vs.vs_day ? 23 vs.vs_month ? 3 vs.vs_year ?
1991
pvs?gtvs_day è equivalente a (pvs).vs_day
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Gli array di strutture

• Gli array di strutture vengono dichiarati facendo
  precedere al nome dellarray il nome typedef
  della struttura

• Esempio Funzione che calcola il numero di
  persone con età compresa in un intervallo
  specificato
• Le variabili locali p e p_last sono state
  introdot-te per mantenere invariato il valore del
  parametro formale vsa (che altrimenti potrebbe
  essere usato direttamente nel ciclo)

?include v_stat.h / file header che
contiene la dichiarazione typedef VITALSTAT
/ int agecount(vsa,size,low_age,high_age,current
_year) VITALSTAT vsa int size, low_age,
high_age, current_year int age, count?0
VITALSTAT p?vsa, p_last?vsasize
for ( pltp_last p??)
age?current_year ? p?gtvs_year if
((age gt? low_age) (age lt? high_age))
count?? return count
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Le strutture innestate ? 1

• Una struttura innestata è una struttura in cui
  almeno uno dei campi è, a sua volta, una
  struttura
• Le strutture innestate sono comuni in C perché
  consentono di creare gerarchie di dati

typedef struct char day char
month short year DATE typedef
struct char vs_name20, vs_fiscode16
DATE vs_birth_date VITALSTAT
typedef struct char vs_name20,
vs_fiscode16 struct vs_birth_date
short vs_day short vs_month
short vs_year VITALSTAT
Per identificare lanno di nascita in una
struttura vs dichiarata VITALSTAT, si deve
scrivere vs.vs_birth_date.vs_year
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Le strutture innestate ? 2

• Una struttura innestata viene inizializzata
  racchiudendo i valori iniziali fra parentesi
  graffe
• Non esistono limiti al numero di livelli di
  nesting delle strutture, anche se i riferimenti
  agli elementi diventano sempre più difficili da
  leggere perché contengono i nomi di tutte le
  strutture intermedie

typedef struct DATE d char
event20 CALENDAR CALENDAR holiday ? 25,
12, 2010, Natale
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Le strutture contenenti puntatori a sé stesse ? 1

• Le strutture e le unioni non possono contenere
  istanze di sé stesse, ma possono contenere
  puntatori a sé stesse
• Il compilatore consente di dichiarare un
  puntatore ad una struttura prima che sia stata
  dichiarata la struttura

struct s int a, b float c
struct s pointer_to_s
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Le strutture contenenti puntatori a sé stesse ? 2

• Il riferimento in avanti a strutture (e unioni) è
  uno dei pochi casi nel linguaggio C in cui un
  identificatore può essere utilizzato prima di
  essere dichiarato
• Il riferimento in avanti non è ammesso con la
  definizione di tipo (typedef)

typedef struct neg int a FOO p /
errato perché FOO non è ancora
stato dichiarato / FOO
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Lallineamento dei campi delle strutture ? 1

• Alcune architetture (come i processori Motorola)
  richiedono che ogni oggetto di dimensioni
  superiori ad un char venga memorizzato in
  locazioni di memoria con indirizzo pari
• I problemi di allineamento non sono normalmente
  visibili al programmatore, ma possono creare
  spazi vuoti allinterno delle strutture

struct align_examp char mem1 short
mem2 char mem3 s1
1005
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Lallineamento dei campi delle strutture ? 2

• Gli spazi vuoti vengono eliminati da una
  redistribuzione delle dichiarazioni degli
  elementi
• Poiché le strutture possono essere memorizzate in
  modi diversi sui diversi calcolatori, è
  necessario accedervi con modalità portabili
• Lallineamento naturale (tutti gli oggetti di 2
  byte iniziano da indirizzi pari, gli oggetti di 4
  byte a indirizzi divisibili per quattro, etc.) è
  il requisito più stringente imposto dai
  calcolatori
• Se la struttura è allineata in modo naturale è
  portabile

struct align_examp char mem1, mem3
short mem2 s1
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Il passaggio di strutture come parametri di
funzione ? 1

• Esistono due modalità per passare strutture come
  argomenti di funzione
• Passaggio della struttura vera e propria, per
  valore
• Passaggio di un puntatore alla struttura, per
  indirizzo
• Il passaggio per indirizzo è più efficiente
  perché solo il puntatore viene copiato nellarea
  di memoria degli argomenti, mentre il passaggio
  per valore richiede la copia dellintera
  struttura

VITALSTAT vs func1(vs) / Passaggio
per valore / func2(vs) / Passaggio
per indirizzo /
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Il passaggio di strutture come parametri di
funzione ? 2

• Le strutture dovrebbero essere passate per valore
  solo se
• la struttura è molto piccola (di dimensione
  paragonabile al puntatore)
• è necessario garantire che la funzione chiamata
  non ne alteri il contenuto originale
• In dipendenza della modalità di passaggio
  prescelta, occorre dichiarare il parametro
  allinterno della funzione come struttura o come
  puntatore a struttura

void func1(vs) VITALSTAT vs / largomento è
una struttura /
void func2(pvs) VITALSTAT pvs / largomento è
un puntatore a struttura /
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Il passaggio di strutture come parametri di
funzione ? 3

• La scelta della modalità di passaggio dei
  parametri struttura definisce gli operatori da
  impiegare allinterno della funzione chiamata
• il punto se la struttura è passata per valore
• la freccia destra se è passata per indirizzo

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Il passaggio di strutture ed array come parametri
di funzione ? 1

• Le modalità per il passaggio di strutture e di
  array come parametri di funzione non sono
  omogenee
• Per passare un array, si specifica il solo nome
  dellarray senza indici il compilatore
  interpreta il nome come un puntatore al primo
  elemento dellarray, che viene passato per
  indirizzo
• Non è possibile passare un array per valore, se
  non includendolo in una struttura passata per
  valore
• Per le strutture, il nome viene interpretato come
  lintera struttura
• Applicando la stessa sintassi si ottiene una
  semantica diversa

int ar100 struct tag st funcv(ar) /
viene passato un puntatore al primo elemento di
ar / funcs(st) / viene passata
lintera struttura /
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Il passaggio di strutture ed array come parametri
di funzione ? 2

• La stessa inconsistenza si riproduce anche
  allinterno delle funzioni
• Le due versioni basate su array sono equivalenti
• Le due versioni basate su strutture non lo sono

void funcv(ar) int ar / ar viene
convertito in puntatore ad intero / void
funcv(ar) int ar / ar è un puntatore ad
intero /
void funcs(st) struct tag st / st è una
struttura completa / void funcs1(st) struct
tag st / st è un puntatore a struttura /
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Strutture restituite da funzioni ? 1

• Le funzioni possono restituire strutture o
  puntatori a strutture
• La dichiarazione del tipo di dato restituito da
  una funzione deve essere concorde con il valore
  effettivamente restituito
• Generalmente, è preferibile restituire puntatori
  a strutture per motivi di efficienza
• Se si restituisce un puntatore a struttura, la
  struttura deve avere durata fissa, perché
  altrimenti non sarebbe più accessibile al termine
  della funzione
• La restituzione di strutture è particolarmente
  utile quando si voglia comunicare allesterno più
  di un valore

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Strutture restituite da funzioni ? 2
?include ltstdio.hgt ?include ltmath.hgt ?define
TOO_LARGE 100 / dipendente dalla macchina
/ ?define NULL (void ) 0 typedef struct
double sine, cosine, tangent TRIG TRIG
get_trigvals(radian_val) double radian_val
static TRIG result / se radian_val è
troppo grande, i valori sin, cos, tan non sono
significativi / if (radian_val gt
TOO_LARGE) printf(Valore
di ingresso troppo grande) return
NULL result.sine ?
sin(radian_val) result.cosine ?
cos(radian_val) result.tangent ?
tan(radian_val) return (result)
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Lassegnamento di strutture

• Lo standard ANSI consente di assegnare una
  struttura ad una variabile struttura dello stesso
  tipo

struct int a float b s1, s2,
sf(), ps s1 ? s2 s2 ? sf() ps ? s1 s2
? ps
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Le unioni ? 1

• Le unioni consentono agli elementi di sovrapporsi
  luno sullaltro per condividere la stessa area
  di memoria
• Esempio
• Il compilatore riserva sempre una quantità di
  memoria sufficiente allelemento più grande e
  tutti gli elementi iniziano allo stesso indirizzo

typedef union struct char c1, c2
s long j float x U
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Esempio sulle unioni ? 1

• I dati viaggiano sulla linea un byte alla volta
  le unioni consentono di raggruppare i byte in
  modo tale che i dati possano essere ricostruiti
  nella loro forma originale
• Sia get_byte() una funzione che restituisce un
  singolo byte prelevato da un dispositivo di
  comunicazione
• Un valore double a otto byte può essere estratto
  dal dispositivo mediante otto chiamate successive
  alla funzione get_byte()

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Esempio sulle unioni ? 2

• I caratteri ricevuti vengono memo-rizzati in
  elementi successivi di c il valore del numero
  double si ottiene accedendo al campo val
  dellunione
• Laccesso ai campi di ununione non ha impatto
  alcuno sui bit contenuti in memoria (non si
  effettuano conversioni di tipo) il compilatore
  interpreta in modo diverso gli stessi bit

union doub char c8 double
val double get_double() extern char
get_byte() int j union doub d for
(j?0 jlt8 j??) d.cj ? get_byte()
return d.val
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Le liste concatenate
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Allocazione dinamica ? 1

• Finora, per gestire insiemi di dati, sono stati
  utilizzati array (di strutture)
• Tale approccio è valido se si conosce a priori il
  numero di elementi che si devono gestire
• Viceversa, lutilizzo di array può essere
  estremamente oneroso, perché rende necessaria
  lallocazione di una quantità di memoria
  sufficiente a memorizzare il caso peggiore
• Parte della memoria può andare sprecata (perché
  inutilizzabile per scopi diversi)
• Non è possibile accedere ad una quantità di
  memoria maggiore di quella allocata inizialmente

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Allocazione dinamica ? 2

• La soluzione consiste nellallocare memoria in
  modo dinamico, con malloc() o calloc() ? che,
  tuttavia, non garantiscono la contiguità fisica
  per elementi logicamente contigui ? e
  nellutilizzare liste concatenate
• Il modo più comune per garantire la contiguità
  logica di strutture allocate dinamicamente è
  infatti luso delle liste semplicemente/doppiament
  e concatenate

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Le liste concatenate ? 1

• In una lista concatenata, ogni struttura contiene
  un elemento aggiuntivo (un puntatore) che punta
  alla struttura successiva
• Esistono liste semplici e liste doppiamente
  concatenate, in cui ogni struttura possiede due
  puntatori, rispettivamente allelemento
  precedente ed al successivo

typedef struct vitalstat char vs_name20,
vs_fiscode16 unsigned int vs_day,
vs_month, vs_year
struct vitalstat next VITALSTAT
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Le liste concatenate ? 2

• Le operazioni che si effettuano sulle liste sono
• Creazione di un elemento
• Aggiunta di un elemento alla fine della lista
• Inserimento di un elemento in una lista
• Cancellazione di un elemento da una lista
• Ricerca di un elemento in una lista
• Tutte le operazioni, tranne la ricerca, sono
  indipen-denti dal contenuto informativo delle
  strutture (dai campi dati) e possono essere
  formulate in modo generale

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La creazione di un elemento ? 1

• Per creare un elemento di una lista, è
  sufficiente riservare memoria per la struttura e
  restituire un puntatore allarea allocata

?include v_stat.h ?include ltstdlib.hgt ELEMENT
create_list_element() ELEMENT p
p ? (ELEMENT )malloc(sizeof(ELEMENT))
if (p ?? NULL)
printf(create_list_element malloc non
riuscita.\n) exit(1) p ?gt
next ? NULL return p
Alloca la memoria ad un elemento della lista, ma
non lo collega alla lista stessa
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La creazione di un elemento ? 2

• Note
• Il nome ELEMENT rende la funzione indipendente
  dal tipo di dati effettivamente gestiti
• Per utilizzare la funzione create_list_element()
  in relazione alla struttura vitalstat, è
  necessario includere nel file v_stat.h (che
  contiene la definizione del tipo struttura) le
  ulteriori dichiarazioni
• ELEMENT diviene un sinonimo di struct vitalstat
• Per dichiarare il puntatore occorre usare
  unetichetta invece di un typedef è la sola
  modalità con cui una struttura può fare
  riferimento a sé stessa, dato che il nome di
  typedef non è definito fino al termine della
  dichiarazione

?define NULL (void ) 0 typedef struct vitalstat
ELEMENT
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Laggiunta di un nuovo elemento ? 1
?include v_stat.h static ELEMENT head void
add_element(e) ELEMENT e ELEMENT p /
se il primo elemento non esiste, viene creato
/ if (head ?? NULL) head ? e
return / altrimenti, trova lultimo
elemento / for (p?head p?gtnext !? NULL
p?p?gtnext) / istruzione vuota /
p ?gt next ? e

• La variabile head è un puntatore allinizio della
  lista ed è dichiarata con ambito di visibilità a
  li-vello di file, per renderla disponibile a più
  funzioni
• Nel ciclo for, la scan-sione della lista è basata
  sul controllo del valore di p-gtnext se è
  diver-so da NULL, esiste un elemento successivo,
  al-trimenti è stata rag-giunta la fine della
  lista

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Laggiunta di un nuovo elemento ? 2

• Lassegnamento
• p?gtnext ? e
• aggiunge una nuova struttura alla fine della
  lista
• Largomento e della funzione è un puntatore alla
  struttura che è stata allocata dalla funzione
  chiamante
• Esempio Creare una lista concatenata di dieci
  strutture vitalstat

?include v_stat.h static ELEMENT head
main() for (j?0 jlt10 j??)
add_element(create_list_element())
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Linserimento di un elemento

• Per inserire un elemento in una lista
  concatenata, deve essere specificata la posizione
  in cui deve avvenire linserimento

?include v_stat.h void insert_after(p,q) /
inserimento di p dopo q / ELEMENT p, q /
controllo di validità degli argomenti /
if((p??NULL)) (q ?? NULL) (p ?? q)
(q?gtnext ?? p))
printf(insert_after argomenti errati.\n)
return p ?gt next ? q ?gt
next q ?gt next ? p
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La cancellazione di un elemento ? 1

• Per la cancellazione di un elemento da una lista
  concatenata, occorre individuare lelemento che
  precede quello da eliminare per riallacciare i
  puntatori della lista dopo leliminazione
• Inoltre, è necessario utilizzare la funzione
  free() per rilasciare la memoria dellelemento
  eliminato

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La cancellazione di un elemento ? 2
?include v_stat.h static ELEMENT head void
delete_element(goner) ELEMENT goner
ELEMENT p if (goner ?? head) head
? goner?gtnext else for
(p?head(p!?NULL) (p?gtnext!?goner)p?p?gtnext)
/ istruzione vuota /
if (p ?? NULL)
printf(delete_element elemento non contenuto
nella lista.\n) return
p?gtnext ? p?gtnext?gtnext
free(goner)
Loperatore freccia destra ha associatività
sinistra e pertanto lespressione p?gtnext?gtnext vi
ene valutata come (p?gtnext)?gtnext
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La ricerca di un elemento ? 1

• La funzione di ricerca di un elemento della lista
  viene fatta in base al contenuto di uno o più
  campi della struttura
• Esempio Funzione che ricerca, fra strutture di
  tipo vitalstat, un elemento per cui il valore del
  campo name coincida con largomento della funzione

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La ricerca di un elemento ? 2
?include v_stat.h ?include ltstring.hgt static
ELEMENT head ELEMENT find(aname) char
aname ELEMENT p for (p
? head p !? NULL p ? p?gtnext) if
(strcmp(p?gtvs_name, aname)??0)
return p return NULL
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Costruzione di una lista ordinata ? 1
/ Letta in input una sequenza di numeri
interi la memorizza in una lista in ordine
crescente. / include ltstdlib.hgt include
ltstdio.hgt / struttura per la
rappresentazione dei nodi della lista /
struct nodo int info struct nodo
next
/ Funzione principale. / main(void)
struct nodo primo primo?leggi_lista_ordin
ata() stampa_lista(primo) exit(0)
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Costruzione di una lista ordinata ? 2
/ Legge una sequenza di numeri interi e li
memorizza in una lista ordinata (in ordine
crescente). Restituisce il puntatore al primo
elemento della lista. / struct nodo
leggi_lista_ordinata(void) struct nodo
p, p1, primo, prec int i, n, num
primo NULL printf(Inserire numero di
elementi ) scanf(d, n) for (i?0
iltn i??) scanf(d, num)
p ? malloc(sizeof(struct nodo))
p-gtinfo ? num p1 ? primo prec
? NULL
while((p1!?NULL)(p1-gtinfoltp-gti
nfo)) prec ? p1 p1 ?
p1-gtnext if (prec !? NULL)
prec-gtnext ? p else primo ?
p p-gtnext ? p1 return(primo)

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Costruzione di una lista ordinata ? 3
/ Stampa la lista, a partire dallelemento
puntato dal puntatore p, ricevuto come
parametro. / void stampa_lista(p) struct
nodo p while (p !? NULL)
printf(d ---gt , p-gtinfo) p ?
p-gtnext printf(NULL\n) return

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