Datové kontejnery v C++ - Úvod do STL - Builder.cz - Informacni server o programovani

Odběr fotomagazínu

Fotografický magazín "iZIN IDIF" každý týden ve Vašem e-mailu.
Co nového ve světě fotografie!

 

Zadejte Vaši e-mailovou adresu:

Kamarád fotí rád?

Přihlas ho k odběru fotomagazínu!

 

Zadejte e-mailovou adresu kamaráda:

Soutěž

Sponzorem soutěže je:

IDIF

 

Kde se koná výstava fotografií Luďka Vojtěchovského?

V dnešní soutěži hrajeme o:



C/C++

Datové kontejnery v C++ - Úvod do STL

9. října 2001, 00.00 | Dnes se podíváme na datové kontejnéry z knihovny STL jazyka C++. Datový kontejnér je objekt, který je schopen "skladovat" jiné objekty. Ukážeme si rozdělení a vlastnosti kontejnérů. Na příkladu si ukážeme použití kontejnéru stack a bitset.

STL je zkratka slov Standard Template Library. Jedná se o standardní knihovnu šablon jazyka C++. Knihovna by měla být dodávána s každým překladačem C++. V STL můžeme najít mnoho různých a užitečných šablon. Mimo jiné zde jsou šablony datových kontejnerů, iterátory a šablony algoritmů, které pomocí iterátorů pracují s datovými kontejnery. Kompletní knihovnou STL se zabývat nebudeme. V několika článcích si uděláme něco jako přehled podstatných částí STL.

Datové kontejnery v C++

Pod pojmem datový kontejner si představme něco, co má schopnost "zapamatovat si" nějaké data. Data jsou v kontejneru nějakým způsobem uloženy. kontejnery v STL se dělí na posloupnosti a asociativní kontejnery. Posloupnosti jsou logické posloupnosti dat, které ale nemusejí být v paměti fyzicky za sebou. Asociativní kontejnery jsou kontejnery, kde k datům přistupujeme pomocí nějakého klíče. Způsob uložení dat, přístupu k nim je dán typem kontejneru. V knihovně STL jsem jich napočítal celkem 11. Snad jsem na žádný nezapomněl. Přehled datových kontejnerů je v následující tabulce.

Název kontejneru
Typ kontejneru
Hlavičkový soubor
Popis kontejneru
bitset
posloupnost
bitset
Posloupnost bitů pevné délky.
deque
posloupnost
deque
Oboustranná fronta. Prvky lze vkládat, nebo odebírat z obou konců. Sice lze rovněž odebírat, nebo vkládat prvky na libovolné místo ve frontě (kontejner deque to umožňuje), ale tato operace není příliš efektivní.
list
posloupnost
list
Oboustranně zřetězený seznam.
map
asociativní kontejner
map
Asociativní pole. pole, které nemusí být indexováno celočíselným typem, ale čímkoliv. Třeba řetězcem. Pro daný klíč může existovat pouze 1 asociovaná hodnota. Tomuto kontejneru se budeme v budoucnu zabývat v samostatném článku.
multimap
asociativní kontejner
map
Asociativní pole. Pro daný klíč (index) může existovat více asociovaných hodnot. Tomuto kontejneru se budeme v budoucnu zabývat v samostatném článku.
multiset
asociativní kontejner
set
Multimnožina. množina, ve které se mohou prvky opakovat. Tomuto kontejneru se budeme věnovat později v samostatném článku.
priority_queue
posloupnost
queue
Prioritní fronta. Fronta, ve které neplatí pravidlo "první dovnitř, první ven". Prvky, které se do fronty uloží jsou uspořádány podle nějaké relace. Dalo by se říci, že předbíhají ve frontě podle nějaké předem dané priority.
queue
posloupnost
queue
Klasické fronta. platí pravidlo, že prvek, který byl jako první vložen do fronty, z ní bude také první vybrán.
set
asociativní kontejner
set
Množina. Daná hodnota může být v množině obsažena jen jednou. Tomuto kontejneru se budeme věnovat později v samostatném článku.
stack
posloupnost
stack
Klasický zásobník. Platí pravidlo, že prvek, který byl vložen do zásobníku jako poslední bude vybrán jako první.
vector
posloupnost
vector
Obdoba jednorozměrného pole. Tomuto kontejneru se budeme věnovat později v samostatném článku.

Každý kontejner je šablona třídy. Parametrem této šablony je typ prvků, které mají být v kontejneru uloženy. Pole s libovolným intervalem indexování, které jsem předvedl v minulém článku byl vlastně takový pokus o napsání vlastního datového kontejneru. Každý kontejner v STL obsahuje následující veřejné typy. "Typ" je zde parametr šablony, tedy typ prvků, které jsou v kontejneru uloženy.

  • value_type, což je přejmenování (pomocí typedef) typu Typ.

  • reference, což je přejmenování (pomocí typedef) typu Typ&.

  • const_reference, což je přejmenování typu const Typ&.

  • iterator, což je typ iterátor na prvky daného kontejneru. Iterátorům se budeme věnovat později.

  • const_iterator

  • size_type, což je přejmenování typu size_t.

  • difference_type, což je přejmenování typu ptrdiff_t.

  • Dále každý kontejner má přetížené operátory = == !- < >, má k dispozici bezparametrický a kopírovací konstruktor. Nemusíme se tedy ničeho bát, a klidně jakkoliv kontejner kopírovat, nebo porovnávat. Dále každý kontejner má následující veřejné metody:

  • begin - touto metodou se budeme podrobně zabývat až ve článku o iterátorech.

  • empty - vrací true, jestliže je kontejner prázdný.

  • end - touto metodou se budeme podrobně zabývat až ve článku o iterátorech.

  • max_size - vrací maximální možnou velikost kontejneru.

  • size - vrací aktuální velikost kontejneru.

  • swap - zajistí výměnu prvků s jiným kontejnerem.

  • Další metody se v různých kontejnerech liší.

    U typu, který má být parametrem kontejneru, musíme počítat s tím, že jeho instance budou kopírovány pomocí kopírovacího konstruktoru, případně pomocí operátoru =. U některých kontejnerů, mohou být prvky také porovnávány pomocí relačních operátorů. Proto nemohou-li být použity implicitní operátory je nutné je přetížit.

    Dále je nutno upozornit, že všechny kontejnery (Nejen kontejnery, v podstatě vše z STL.) jsou deklarovány v prostoru jmen std.

    Chce-li někdo proniknout do "tajů" kontejnerů, může si podrobně prostudovat hlavičkové soubory, ve kterých jsou deklarovány. Je v nich k dispozici úplný zdrojový text šablon. Rovněž se můžete podívat na můj velice jednoduchý ukázkový kontejner array z minulého článku.

    Tolik tedy k přehledu o datových kontejnerech z STL jazyka C++. Některými kontejnery se budeme věnovat v samostatných článcích, dnes si letmo jen pro názornou ukázku ukážeme práci s dalšími kontejnery.

    Musím ještě pro úplnost upozornit na tak zvané adaptéry. Některé kontejnery, které jsem zde uvedl, nejsou vlastně "skladiště dat". Jsou to třídy, které zapouzdří nějaký jiný kontejner a přizpůsobí (adoptují - adaptéry) ho jiným požadavkům. Například adaptér je stack, který jako svůj druhý parametr šablony vyžaduje nějaký kontejner. Implicitní hodnota tohoto parametru je deque. Adaptér kontejneru poznáme tak, že je u něj možnost jako další parametr šablony zadat jiný kontejner.

    A nyní již jednoduchý příklad. Vytvoříme zásobník čísel int. Nějaké čísla do něj vložíme, a potom zase vybereme.

    #include <stack>
    #include <iostream>
    
    int main()
    {
    	std::stack<int> zasobnik;	
    	for(int i = 0; i < 10; i++)
    	{
    		zasobnik.push(i); // Metoda push uloží prvek na vrchol zásobníku. 
    	}
    	std::cout << "Počet prvků je " << zasobnik.size() << endl;
    	while (!zasobnik.empty())
    	{
    		std::cout << zasobnik.top() << endl; 
    		// Metoda top vrátí prvek na vrcholu zásobníku.
    		zasobnik.pop();
    		// Metoda pop odstraní prvek na vrcholu zásobníku.
    	}	
    	return 0;
    }
    

    Kdybychom z nějakých důvodů nechtěli mít jako zásobník (stack) adoptovánu deque, ale například vector, potom by řádek definice objektu zásobník vypadal takto:std::stack<int,std::vector<int> >.

    Dalším příkladem bude bitset, tedy posloupnost bitů. Tento kontejner má oproti všem ostatním jednu zvláštnost. Parametrem šablony není typ, ale počet bitů, které budou v kontejneru uloženy. Podívejme se na jednoduchý příklad.

    #include <bitset>
    #include <iostream>
    
    int main()
    {
    	std::bitset<32> bity;	
    	for(int i = 0; i < 32; i++)
    	{
    		bity.set(i, (i % 2)); 
    		/* Metoda set nastaví bit (jeho pořadí je dáno 1.parametrem) 
    		na hodnotu druhého parametru. My zde máme nastaven každý lichý 
    		bit na 1, sudý na 0. */ 
    	}
    	std::cout << bity.to_string() << endl;
    	std::cout << (~bity).to_string() << endl; /* Operátor ~ provádí negaci */
    	std::cout << bity.to_ulong() << endl; 
    	/*Metoda to_ulong vrátí unsigned long, které reprezentují bity v poli. */
    	for(int i = 0; i < 32; i++)
    	{
    		if (bity[i])
    		{   /* Vypíši pořadí bitů s hodnotou 1 */
    			std::cout << i << endl;
    		} 
    	}
    	try
    	{
    		std::cout << bity[1000] << endl; 
    		/*Pokud indexuji mimo zadanou horni mez indexovaní, bude vyvržena
    		vyjimka typu out_of_range. */
    	}
    	catch (std::out_of_range &vyjimka) 
    	{
    		std::cerr << vyjimka.why() << endl;
    	}
    	return 0;
    }
    

    Tolik tedy pro úvod ke kontejnerům. V následujících článcích se budu některými kontejnery zabývat podrobněji. Nebudu zde ale uvádět výčet všech metod kontejnerů. Bylo by to naprosto zbytečné. Pro tyto účely slouží dokumentace ke knihovně. Jedna podle mého názoru pěkná dokumentace je na adrese http://www.sgi.com/tech/stl/stl_index_cat.html. Příště se podrobně budeme zabývat kontejnerem vector, což je jednorozměrné pole. V dalších článcích potom asociativním polem, a množinou.

    Obsah seriálu (více o seriálu):

    Tématické zařazení:

     » Rubriky  » C/C++  

     

     

     

    Nejčtenější články
    Nejlépe hodnocené články

     

    Přihlášení k mému účtu

    Uživatelské jméno:

    Heslo: