Aula 5 – Estr. Clássicas - Fila

Universidade Federal de Santa MariaColégio Agrícola de Frederico WestphalenCurso Superior de Tecnologia em Sistemas para Internet

Prof. Bruno B. Boniati – www.cafw.ufsm.br/~bruno

FIFO - First In First Out

• Para que um elemento entre na fila ele será sempre colocado em uma extremidade denominada final (término, fim);

• Para que um elemento seja retirado da fila, ele sairá de uma outra extremidade denominada começo (início, frente);

FIFO

• First in, first out

• Os elementos da fila são retirados na mesma ordem em que foram introduzidos: o primeiro a entrar é o primeiro a sair;

• Não são permitidas operações sobre quaisquer nodos, somente sobre aqueles definidos pela organização da fila.

• Controle de acesso a recursos compartilhados (fila de impressão, por exemplo)

• Política de escalonamento de processos baseada em prioridades;

Sistema Sistema OperacionalOperacional

• Definição das prioridades em uma lista de downloads;

• Agendamento de tarefas;• Troca de mensagens em um sistema distribuído;• Leitura do buffer do teclado;• Enfileiramento de pacotes no equipamento de

rede, antes de submetê-los ao enlace;• Etc.

• Uma fila permite basicamente duas operações:Enfileirar (inserir um elemento na fila)Desenfileirar (retirar um elemento da fila)

• Antes de pensar os algoritmos, precisamos:Pensar em uma estratégia de armazenamento da estrutura;Pensar na interface das operações que irão manipular os dados da estrutura;

• Para representar fisicamente uma fila podemos usar diferentes estratégias:

Contigüidade física – com o uso de vetores;Alocação dinâmica ou encadeamento – com a utilização de ponteiros;

• Vamos adotar a opção 1 (utilização de vetores) em função da simplicidade dos algoritmos;

• A organização lógica da fila independe da estratégia de armazenamento.

#define MAX 100

typedef struct fila {int comeco;int final;int vetor[MAX];

} Fila;

De que forma posso representar

uma fila?

Qual é a interface do TAD Fila?

• Inicialmente precisamos:• Criar e inicializar uma fila;• Enfileirar (inserir) um elemento;• Desenfileirar (retirar) um elemento;• Destruir uma fila (liberar a memória

ocupada pela mesma);• Saber se a fila está vazia;• Saber se a fila está cheia;• etc...

Fila* criaFila();

void liberaFila(Fila* p);

int inserir(Fila* p, int v);

int retirar(Fila* p, int* v);

int estahVazia(Fila* p);

int estahCheia(Fila* p);

• Vetor[5]:

• Insere 12• Insere 40• Insere 30• Retira• Insere 20• Retira• Retira• Insere 10• Insere 9

1020304012

• Erro! Fila cheia

começo final

0 0123 12345

Fila* criaFila();• Aloca memória para a estrutura física;• Inicializa os controles de início e o fim da fila;• Retorna um ponteiro para a estrutura criada;

void liberaFila(Fila* p);• Recebe um ponteiro para uma estrutura do tipo

fila e libera a memória ocupada por ela;

int estahVazia(Fila* p);•

O início e o fim da fila estão na mesma posição;

int estahCheia(Fila* p);

•O fim da fila está na última posição!

int inserir(Fila* p, int v);

• Recebe um ponteiro para uma estrutura do tipo fila e um valor a ser enfileirado;

• Verifica se a fila já não está cheia;• Se não está, então ...

Coloca o elemento na posição indicada pelo fimIncrementa o valor do fim;

• A função inserir() retorna 1 (um) se o valor foi enfileirado ou então retorna 0 (zero) se não foi possível enfileirar;

int retirar(Fila* p, int* v);

• Recebe um ponteiro para uma estrutura do tipo fila e um ponteiro para uma variável inteira;

• Verifica se a fila já não está vazia;• Se não está, então ...

Retira o elemento da posição indicada pelo início;Incrementa o valor do início;

• A função retirar() retorna 1 (um) se o valor foi retirado da fila ou então retorna 0 (zero) se não foi possível retirá-lo;

a = criaFila();

inserir(a,10);inserir(a,20);inserir(a,30);

int x;retirar(a, &x);printf("Elemento '%d' retirado",x);

liberaFila(a);

Exercícios para fixação

• Dado um labirinto representado por uma matriz NxN, contendo -1 em posições onde há um obstáculo, 1 nas posições onde há ouro e 0 nas posições livres. Escreva um programa para percorrer o labirinto e determinar quanto ouro existe no mesmo.

0 1 2 3 4 5 6

0 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1

1 -1 0 0 -1 0 -1 -1

2 -1 0 0 0 0 1 -1

3 -1 -1 -1 0 0 0 -1

4 -1 1 -1 0 -1 0 -1

5 -1 0 0 0 -1 0 -1

6 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1

Coloca na fila a posição inicial (x,y)Enquanto a fila não está vazia

Remove a posição do início da filaPara cada posição vizinha que é acessível e que não foi visitada, coloque na fila e marque como visitada.

“Dobrar” o vetor de forma que as suas extremidades se encontrem

• Observe a seguinte situação (considerando uma fila normal, de tamanho N implementada sobre um vetor):

São inseridos N elementos na fila;Em seguida são retirados n-2 elementos;Tenta-se incluir mais um elemento;

O que acontece?O que acontece?A fila acusará fila cheia! Mas há espaço no vetor!Isso é um problema da regra que define a fila? Não!O problema decorre da forma utilizada para representar a fila: o VETOR;

• Se modificarmos a organização física da fila e a implementação de suas operações o problema pode ser resolvido.

• Vamos imaginar um “vetor dobrado” de forma que o fim do vetor se encontre com o início

• Antes de mais nada, uma fila circular é uma fila e portanto suas operações acontecem da seguinte forma:

Inclusões: no final da fila;Retiradas: no início da fila;

• A diferença está na forma de tratar a organização física da fila. A interface é a mesma da fila tradicional.

#define MAX 100

typedef struct fila {int comeco;int final;int tamanho;int vetor[MAX];

} Fila;

Precisamos controlar o

tamanho da fila de outra forma!

• Precisamos garantir que os indicadores de posicionamento da fila circular (começo e final) retornem ao início sempre que atingirem o valor limite do tamanho do vetor;

• Algo como:

variavel = variavel + 1

se variavel > MAX então

variavel = 0

• As condições “fila cheia” e “fila vazia” também devem ser alteradas:

• Uma fila está cheia se o campo que foi adicionado par controlar o tamanho for igual ao tamanho do vetor;

• Uma fila está vazia se o tamanho for igual a zero;

Exercícios para fixação

• Modifique a implementação das operações e da estrutura utilizada para representar uma fila utilizando uma organização circular (conforme os conceitos discutidos até então);