Динамические структуры данных: очередь и стек

Лабораторная работа 30. Динамические структуры данных: очередь и стек

Цель работы: изучить понятия, объявления, особенности доступа к данным и работы с памятью в стеках и очередях, научиться решать задачи с использованием стеков и очередей в языке C++.

При выполнении лабораторной работы для каждого задания требуется написать программу на языке С++, в которой выполнено формирование очереди или стека в соответствии с постановкой задачи, ввод данных элементов очереди или стека с учетом типа информационного поля, их обработка и вывод на экран в указанном формате. Для хранения данных динамических структур следует использовать ресурсы динамической памяти. Ввод данных осуществляется с клавиатуры с учетом требований к входным данным, содержащихся в постановке задачи. Ограничениями на входные данные являются максимальный размер строковых данных, диапазоны числовых типов полей структуры и допустимый размер области динамической памяти в языке С++.

Теоретические сведения.

Ознакомьтесь с материалом лекции 30.

Задания к лабораторной работе.

Выполните приведенные ниже задания.

1. Опишите стек с целочисленным информационным полем. Заполните его длинами строк, считанных из файла. Распечатайте на экране содержимое стека. Укажите номер и длину последней самой короткой строки файла.
2. Разработайте программу, с помощью которой можно определить наибольший допустимый размер очереди с вещественным информационным полем. Найдите этот размер (число элементов в очереди).
3. Опишите очередь с вещественным информационным полем, и заполните ее элементами с клавиатуры. Выполните циклический сдвиг элементов в очереди так, чтобы в ее начале был расположен наибольший элемент.
4. Разработайте программу, с помощью которой можно определить наибольший допустимый размер стека с вещественным информационным полем. Найдите этот размер (число элементов в стеке). Сравните с наибольшим допустимым размером очереди с аналогичным информационным полем.

Указания к выполнению работы.

Каждое задание необходимо решить в соответствии с изученными методами формирования, вывода и обработки данных очередей и стеков в языке С++. Обработку очередей или стеков следует выполнить на основе базовых алгоритмов: поиск, вставка элемента, удаление элемента, удаление всей динамической структуры. При объявлении списков выполните комментирование используемых полей. Задачи 2 и 4 носят исследовательский характер, поэтому при составлении отчета к ним следует подробно описать предлагаемый метод оценки максимального размера очереди или стека. Программу для решения каждого задания необходимо разработать методом процедурной абстракции, оформив комментарии к коду.

Следует реализовать каждое задание в соответствии с приведенными этапами:

• изучить словесную постановку задачи, выделив при этом все виды данных;
• сформулировать математическую постановку задачи;
• выбрать метод решения задачи, если это необходимо;
• разработать графическую схему алгоритма;
• записать разработанный алгоритм на языке С++;
• разработать контрольный тест к программе;
• отладить программу;
• представить отчет по работе.

Требования к отчету.

Отчет по лабораторной работе должен соответствовать следующей структуре.

• Титульный лист.
• Словесная постановка задачи. В этом подразделе проводится полное описание задачи. Описывается суть задачи, анализ входящих в нее физических величин, область их допустимых значений, единицы их измерения, возможные ограничения, анализ условий при которых задача имеет решение (не имеет решения), анализ ожидаемых результатов.
• Математическая модель. В этом подразделе вводятся математические описания физических величин и математическое описание их взаимодействий. Цель подраздела – представить решаемую задачу в математической формулировке.
• Алгоритм решения задачи. В подразделе описывается разработка структуры алгоритма, обосновывается абстракция данных, задача разбивается на подзадачи. Схема алгоритма выполняется по ЕСПД (ГОСТ 19.003-80 и ГОСТ 19.002-80).
• Листинг программы. Подраздел должен содержать текст программы на языке программирования С++, реализованный в среде MS Visual Studio 2010.
• Контрольный тест. Подраздел содержит наборы исходных данных и полученные в ходе выполнения программы результаты.
• Выводы по лабораторной работе.
• Ответы на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы

1. В чем преимущества и недостатки организации структур в виде стека?
2. В чем преимущества и недостатки организации структур в виде очереди?
3. Для моделирования каких реальных задач удобно использовать стек? А для каких очередь?
4. Какое значение хранит указатель на стек?
5. Какое значение хранит указатель на очередь?
6. Какие существуют ограничения на тип информационного поля стеки и очереди?
7. С какой целью в программах выполняется проверка на пустоту стека и очереди?
8. При работе со стеком или очередью доступны позиции ограниченного числа элементов. Возможна ли ситуация записи новых элементов стека или очереди на уже занятые собственными элементами участки памяти (запись себя поверх себя)? Ответ обоснуйте.
9. С какой целью в программах выполняется удаление стека и очереди по окончании работы с ними? Как изменится работа программы, если операцию удаления не выполнять?