STL%20-%20Standard%20Template%20Library%202%20(STL%20od%20zr

1
STL - Standard Template Library 2(STL od zródel,
czyli specyfikacja biblioteki)

• Autor Blazej Chodarcewicz
• rainbow.mimuw.edu.pl/bc189380/STL/

2
Standard C (STL)

• Organizacja pracujaca nad standardem
  http//anubis.dkuug.dk/jtc1/sc22/wg21/
• Wersja Draft 1996 r.
• ISO-IEC 14882 Programming.Language.C (1998)
• ISO/IEC 148822003

3
Jak to dziala?
4
Iteratory

• Uogólnienie wstazników
• Umozliwiaja prace z kontenerami w ujednolicony
  sposób
• Biblioteka formalizuje interfejs, semantyke oraz
  zalozenia zlozonosciowe
• Semantyka iteratorów jest uogólnieniem semantyki
  wskazników
• Wyrazenie i wartoscia jest obiekt pewnej
  klasy, enumeracja lub typ wbudowany T, zwany
  value type of iterator
• Wszystkie iteratory i, dla których (i).m jest
  zdefiniowane, wspieraja takze wyrazenie i-gtm
• Dla kazdego iteratora typu X, dla którego
  zdefiniowana jest równosc, jest dostepny typ
  difference type iteratora

5
Rodzaje iteratorów

• input iterators
• output iterators
• forward iterators
• bidirectional iterators
• random access iterators

6
Relacje pomiedzy iteratorami
Input
Output
Forward
Bidirectional
Random Access
7
Iteratory zmienialne i niezmienialne

• mutable, constant iterators
• i jako referencja lub referencja do stalej
• Iteratory stale nie spelniaja wymagan output
  iterators

8
past-the-end value

• Dla kazdego iteratora istnieje wartosc wskazujaca
  na element za ostatnim elementem kolekcji, z
  która zwiazany jest iterator
• dereferencable values
• Biblioteka nigdy nie zaklada, ze past-the-end
  value jest dereferencable

9
Kilka definicji

• Iterator i jest reachable z iteratora i wtw., gdy
  istnieje skonczona sekwencja aplikacji wyrazenia
  i, po której mamy i j.
• Jesli i jest reachable z j, to i i j odnosza sie
  do tej samej kolekcji
• Range para iteratorów, które okreslaja poczatek
  i koniec obliczen
• Range i, i) empty range
• W ogólnosci range i, j) odnosi sie do elementów
  struktury danych zaczynajacych sie od elementu
  wskazywanego przez i, konczacych sie na elemencie
  wskazywanym przez j bez tego elementu
• Range i, j) jest prawidlowe wtw., gdy j jest
  reachable z i. Aplikacja algorytmu dla
  nieprawidlowego Range jest nieokreslona

10
Kilka zalozen

• Zlozonosc (zamortyzowana) wszystkich operacji
  wymaganych dla danej kategorii iteratora jest
  stala
• Na nastepnych slajdach wystepuja
• a, b oznaczaja wartosci iteratora X, n oznacza
  wartosc typu difference type Distance u, tmp i m
  oznaczaja identyfikatory, r oznacza wartosc X, t
  oznacza wartosc typu wartosci iteratora - T.

11
Input iterator - wymagania
Operacja Typ Semantyka, zalozenia
X u(a) X post u jest kopia a Destruktor musi byc zdefiniowany i dostepny.
u a X wynik u post u jest kopia a
a b convertible to bool jest relacja równosci (w matematycznym sensie) zdefiniowana na dziedzinie wartosci iteratora
a ! b convertible to bool bool(ab) ! bool(a!b) dla dziedziny
a T pre a jest dereferenceable Jesli ab i (a,b) nalezy do dziedziny relacji , wtedy a jest takie samo jak b.
a-gtm pre (a).m jest dobrze zdefiniowane Semantyka jest taka sama jak (a).m
12
Input iterator wymagania c.d.
Operacja Typ Semantyka, zalozenia
r X pre r jest dereferenceable post r jest dereferenceable lub r jest wartoscia past-the-end post kazda kopia poprzednij wartosci r nie musi juz byc ani dereferenceable, ani nawet nie musi byc w dziedzinie
(void)r taka sama jak (void)r
r T T tmp r r return tmp
13
Input iterator uwagi

• a b nie implikuje a b
• Algorytmy nigdy nie powinny próbowac przechodzi
  po tym samym iteratorze dwa razy
• Typ wartosci T nie musi byc typem lvalue
  (Przyklad istream_iterator)

14
Output iterator - wymagania
Operacja Zwracany typ Semantyka, zalozenia
X(a) X a t jest takie samo jak X(a) t Zaklada sie obecnosc destruktora
X u(a) SGI pre a musi byc zainicjalizowane post a t jest takie samo jak u t
X u a SGI pre a musi byc zainicjalizowane post a t jest takie samo jak u t
a t nieuzywany SGI pre a jest dereferencable po poprzednim przypisaniu bylo wykonane zwiekszenie a
r X r r
r konwertowalny do const X X tmp r const X r return tmp
r t nieuzywany
15
Output iterator - uwagi

• operator moze zostac uzyty jedynie po lewej
  stronie wyrazenia przypisania
• przypisanie poprzez wartosc iteratora odbywa sie
  tylko raz
• nigdy nie nalezy przechodzic po tych samych
  wartosciach iteratora wiecej niz raz
• i ! moga byc niezdefiniowane

16
Forward iterator - wymagania
Operacja Typ Semantyka, zalozenia
X u u moze byc niezainicjowane, zakladane jest istnienie destruktora
X u(a) X u a X równowazne X u u a post u a
X(a) X X(a) a
a b convertible to bool jest relacja równosci (w matematycznym sensie) zdefiniowana na dziedzinie wartosci iteratora
a ! b convertible to bool !(ab)
r a X post r a
17
Forward iterator wymagania c.d.
Operacja Typ Semantyka, zalozenia
a T pre a jest dereferenceable Jesli a b, to a b Jesli X jest typem mutowalnym, to a t jest poprawne
a-gtm pre (a).m jest dobrze zdefiniowane Semantyka jest taka sama jak (a).m
r X pre r jest dereferenceable post r jest dereferenceable lub r jest wartoscia past-the-end Jesli r s i r jest dereferencable, to r s. r r
r konwertowalny do const X X tmp r r return tmp
r T
18
Bidirectional iterator dodatkowe wymagania
Operacja Typ Semantyka, zalozenia
--r X pre istnieje s takie, ze r s. post r jest dereferenceable. Jesli r --s, to r s. r --r. --(r) r.
r-- konwertowalny do const X X tmp r --r return tmp
r-- konwertowalny do T
19
Random access iterator - wymagania
Operacja Typ Semantyka, zalozenia
r n X Distance m n if (m gt 0) while (m--) r else while (m) --r return r
a n n a X X tmp a return tmp n zalozenie a n n a
r - n X return r -n
a n X X tmp a return tmp - n
b a Distance pre Istnieje wartosc n typu Distance taka, ze a n b. b a (b a). (a lt b) ? distance(a, b) -distance(b, a).
20
Random access iterator wymagania c.d.
Operacja Typ Semantyka, zalozenia
an konwertowalny do T (a n)
a lt b konwertowalny do bool true wtw., gdy b a gt 0. gt jest relacja porzadku liniowego.
a gt b konwertowalny do bool równowazne z b lt a. gt jest relacja porzadku liniowego
a lt b konwertowalny do bool takie samo jak !(a gt b)
a gt b konwertowalny do bool takie samo jak !(a lt b)
21
Przyklady
int main() int array 1000, i int n 0
i array while (cin gtgt i) i i sort
(array, i) for (j array i ! j j) cout
ltlt j ltlt "\n"
22
Przyklad
int main () vectorltintgt v int input
while (cin gtgt input) v.push_back
(input) sort(v.begin(), v.end()) for
(vectorltintgtiterator i v.begin() i !
v.end() i) cout ltlt i ltlt "\n"
23
Obiekty funkcyjne

• Obiekty funkcyjne to obiekty, które maja
  zdefiniowany operator ()
• Sa wazna czescia biblioteki STL, zapewniaja one
  efektywnosc
• Wszedzie tam, gdzie szablony algorytmów oczekuja
  wskazników do funkcji, mozna stosowac obiekty
  funkcyjne
• Uzywanie obiektów funkcyjnych razem z szablonami
  funkcji zwieksza sile wyrazu biblioteki, a takze
  zwieksza efektywnosc kodu

24
Obiekty funkcyjne przyklady

• dodanie elementów dwóch wektorów (double) a, b do
  siebietransform(a.begin(), a.end(), b.begin(),
  a.begin(), plusltdoublegt())
• zanegowanie wszystkich elementów
  atransform(a.begin(), a.end(), a.begin(),
  negateltdoublegt())

25
Obiekty funkcyjne
template ltclass Arg, class Resultgt struct
unary_function typedef Arg argument_type type
def Result result_type template ltclass Arg1,
class Arg2, class Resultgt struct binary_function
typedef Arg1 first_argument_type typedef
Arg2 second_argument_type typedef Result
result_type
26
Obiekty funkcyjne przyklady

• template ltclass Tgt struct plus
  binary_functionltT,T,Tgt T operator()(const T
  x, const T y) const Obiekt funkcyjny
  obliczajacy x y.
• template ltclass Tgt struct negate
  unary_functionltT,Tgt T operator()(const T x)
  const Obiekt funkcyjny obliczajacy x.

27
Obiekty funkcyjne przyklady

• template ltclass Operationgt class binder1st
  public unary_functionltOperationsecond_argument_t
  ype, Operationresult_typegt protected
  Operation op Operationfirst_argument_type
  value public binder1st(const Operation x,
  const Operationfirst_argument_type y)
  result_type operator()(const argument_type x)
  const
• Konstruktor inicjalizuje op na x, value na y
• Operator () zwraca op(value, x)
• template ltclass Operation, class Tgt
  binder1stltOperationgt bind1st(const Operation
  op, const T x)

28
EqualityComparable

• Typ T jest EqualityComparable jesli ma
  zdefiniowany operator , którego wynik jest
  konwertowalny do bool oraz
• jest relacja równosci spelniajaca zalozenia-
  Dla kazdego a a a- Jesli a b, to b a-
  Jesli a b i b c, to a c

29
Algorytmy Non-mutating

• template ltclass InputIterator, class
  UnaryFunctiongt UnaryFunction for_each(InputIterat
  or first, InputIterator last, UnaryFunction
  f)Efekt Zaaplikowanie f do wyników
  dereferencii kolejnych wartosci iteratora w
  przedziale first, last), zaczynajac od first i
  kontynuujac az do last - 1. Wymagania f nie
  powinno wywolywac zadnych funkcji, które nie sa
  zadeklarowane jako stale dla wartosci iteratora.
  Zwraca f. Zlozonosc f jest wywolywana
  dokladnie last - first razy. Uwaga Jesli f
  zwraca jakas wartosc wynik jest ignorwany.
• template ltclass InputIterator, class
  EqualityComparablegtiterator_traitsltInputIteratorgt
  difference_type count(InputIterator first,
  InputIterator last, const EqualityComparable
  value) Wymagania Typ T jest
  EqualityComparable.Efekt Zwraca liczbe
  iteratorów i z przedzialu first, last), dla
  których warunek i value.

30
Algorytmy Non-mutating

• templateltclass InputIterator, class
  EqualityComparablegt InputIterator
  find(InputIterator first, InputIterator last,
  const EqualityComparable value)Wymagania Typ T
  is EqualityComparable.Wynik Pierwszy iterator i
  z przedzialu first, last), dla którego prawdziwy
  jest warunek i value. Jesli zaden iterator z
  tego przedzialu nie spelnia tego warunku zwracany
  jest last.
• templateltclass InputIterator, class
  OutputIteratorgt OutputIterator
  copy(InputIterator first, InputIterator last,
  OutputIterator result) Efekt kopiuje elementy
  z przedzialu first, last) do result,
  result(last-first)) zaczynajac od first i
  kontynuujac az do last. Dla kazdej nieujemnej
  liczby n lt (last-first), wykonuje (resultn)
  (firstn). Wynik result (last - first).
  Wymagania result nie powinien byc z przedzialu
  first, last). Zlozonosc dokladnie last - first
  przypisan.

31
Przyklad
templateltclass Tgt struct print public
unary_functionltT, voidgt print(ostream out)
os(out), count(0) void operator() (T x) os
ltlt x ltlt ' ' count ostream os int
count int main() int A 1, 4, 2, 8,
5, 7 const int N sizeof(A) / sizeof(int)
printltintgt P for_each(A, A N,
printltintgt(cout)) cout ltlt endl ltlt P.count ltlt "
objects printed." ltlt endl
32
Gdzie szukac informacji?

• Musser Saini, STL Tutorial and Reference
• Lippman, "Istota jezyka C
• N.M.Josuttis, C bibliotek standardowa
  podrecznik programisty
• www-d0.fnal.gov/dladams/cxx_standard.pdf
• http//anubis.dkuug.dk/jtc1/sc22/open/n2356/

33
Gdzie szukac informacji?

• http//www.sgi.com/tech/stl/ - implementacja STL
  firmy Silicon Graphics, Inc. (SGI)
• http//www.informatik.hs-bremen.de/brey/stlbe.htm
  l - ksiazka "Designing Components with the C
  STL"
• http//www.xraylith.wisc.edu/khan/software/stl/ST
  L.newbie.html - strona o STL z 1995 roku
• http//www.cs.brown.edu/people/jak/proglang/cpp/st
  ltut/tut.html - prosty tutorial
• http//www.cs.rpi.edu/wiseb/xrds/ovp2-3b.html -
  krótki opis STL'a
• http//pages.cpsc.ucalgary.ca/kremer/STL/1024x768
  /index.html - strona o STL'u

34

• Dziekuje za uwage!