2008 LCG/UFRJ. All rights reserved. 1 Standard Template Library STL Claudio Esperança Paulo Roma Cavalcanti.

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1 2008 LCG/UFRJ. All rights reserved. 1 Standard Template Library STL Claudio Esperança Paulo Roma Cavalcanti

2 2008 LCG/UFRJ. All rights reserved. 2 O que é a STL? STL é uma biblioteca padrão com as estruturas de dados mais usadas em Computação. Foi criada para evitar a implementação e teste das mesmas estruturas de dados eternamente. Por isso, economiza muito tempo e evita dor de cabeça desnecessária. Por que templates? Elas lhe poupam da tarefa de reimplementar o código para cada novo tipo de dado da sua aplicação.

3 2008 LCG/UFRJ. All rights reserved. 3 STL Quando usadas apropriadamente, as templates são bastante eficazes. No entanto, as mensagens de erro costumam ser pouco elucidativas. Uma boa fonte sobre a STL é o guia de programação da SGI.SGI Ou então a nossa implementação de um subconjunto da STL.STL Na nossa implementação, cada classe tem o prefixoutl (não havia namespace ainda). Se a variável de compilação USE_STL estiver definida, o prefixo será suprimido, cgcUtil:: será substituído por std::, e o compilador usará a STL nativa então.

4 2008 LCG/UFRJ. All rights reserved. 4 Estrutura da STL A STL oferece: Containers (recipientes).Containers Iterators (iteradores).Iterators Algorithms (algoritmos).Algorithms Recipientes servem para armazenar dados e podem ser classificados como: Seqüências de dadosSeqüências Recipientes associativos para pares de objetos (chave, dado).Recipientes associativos Adaptadores que provêem um subconjunto da funcionalidade de um recipiente. Pilhas, filas, filas de prioridade.Pilhasfilasfilas de prioridade

5 2008 LCG/UFRJ. All rights reserved. 5 Iteradores Iteradores foram criados para permitir uma maneira unificada de percorrer ou recuperar dados de recipientes. Escondem os detalhes de implementação, principalmente ponteiros, das aplicações. Portanto, geralmente é possível trocar o tipo de recipiente e ainda assim usar o mesmo código. A STL adota a filosofia de manter os algoritmos fora das classes dos recipientes. A razão é permitir que o mesmo algoritmo possa agir sobre recipientes diferentes.

6 2008 LCG/UFRJ. All rights reserved. 6 Exemplo Geralmente os algoritmos são implementados usando iteradores apenas. Ordenação, busca, contagem, substituição, etc... Iteradores tem operadores de incremento ++ definidos. Ponteiros podem ser usados como iteradores.

7 2008 LCG/UFRJ. All rights reserved. 7 Imprimindo elementos de um vetor #include using namespace std; /** função objeto. *Insere T em um stream de saída. *Substitui passar ponteiro para função de C. */ template struct print : public unary_function { print(ostream& out) : os(out), count(0) {} void operator() (T x) { os << x << ' '; ++count; } ostream& os; int count; }; int main() { int A[] = {1, 4, 2, 8, 5, 7}; const int N = sizeof(A) / sizeof(int); print P = for_each(A, A + N, print (cout)); cout << endl << P.count << " objects printed." << endl; return 1; } 1 4 2 8 5 7 6 objects printed. Calcula o tamanho de A Dois iteradores Redefine operador ( ) Construtor Guarda número de elementos impressos Chama print() para cada elemento de A

8 2008 LCG/UFRJ. All rights reserved. 8 Vector vector é o recipiente mais simples da STL. É uma seqüência que suporta acesso aleatório aos seus elementos. Inserção e remoção de elementos no final em O(1). Inserção e remoção de elementos no meio em O(n). Busca em O(n). Gerenciamento automático de memória. Iteradores estão invalidados após realocação de memória, inserção e remoção no meio. Descrição e implementação.Descrição implementação

9 2008 LCG/UFRJ. All rights reserved. 9 Uso da classe vector. #include using namespace std; using __gnu_cxx::is_sorted; int main() { vector V; V.push_back(20); V.push_back(30); V.push_back(-1); cout << "V: \n"; copy(V.begin(), V.end(), ostream_iterator (cout, " ")); stable_sort (V.begin(), V.end()); cout << "\nV: sorted\n"; copy(V.begin(), V.end(), ostream_iterator (cout, " ")); cout << "\nV: is sorted? "; cout << is_sorted ( V.begin(), V.end() ) << "\n"; } V: 20 30 -1 -1 -1 V: sorted -1 -1 -1 20 30 V: is sorted? 1 Insere no final de V. Insere V no stream de saída Ordena V com merge sort. Verifica se V está ordenado.

10 2008 LCG/UFRJ. All rights reserved. 10 Função copy. /**copies elements from a container to another. * *Copies elements from the range [first, last) to the *range [result, result + (last - first)). *That is, it performs the assignments **result = *first, *(result + 1) = *(first + 1), and so on. *Generally, for every integer n from 0 to last - first, *copy() performs the assignment *(result + n) = *(first + n). *Assignments are performed in forward order, i.e. in order of *increasing n. * *The return value is result + (last - first) * *@param first where to start copying. *@param last where to end copying. *@param result where to copy. *@return result + (last-first). */ template inline OutputIterator copy(InputIterator first, InputIterator last, OutputIterator result) { for( InputIterator itr = first; itr != last; ++itr, ++result ) { *result = *itr; } return result; } Apenas percorre o recipiente de entrada. E atribui ao recipiente da saída. Derivados da mesma classe base.

11 2008 LCG/UFRJ. All rights reserved. 11 Deque deque (Double Ended Queue) é como um vetor com inserção eficiente na frente também. É uma seqüência que suporta acesso aleatório aos seus elementos. Inserção e remoção de elementos no meio em O(n). Busca em O(n). Inserção e remoção de elementos na frente e no final em O(1). Gerenciamento automático de memória. Iteradores estão invalidados após realocação de memória, inserção e remoção no meio. Descrição e implementação.Descrição implementação

12 2008 LCG/UFRJ. All rights reserved. 12 Uso da classe deque. #include using namespace std; int main() { deque Q; Q.push_back(3); Q.push_front(1); Q.insert(Q.begin() + 1, 2); Q[2] = 0; copy(Q.begin(), Q.end(), ostream_iterator (cout, " ")); cout << "\n"; // The values that are printed are 1 2 0 Q.insert(Q.begin() + 1, (size_t)3, 5); Q.push_front(7); Q.push_front(8); Q.push_front(9); Insere 5 três vezes após a primeira posição.

13 2008 LCG/UFRJ. All rights reserved. 13 Uso da classe deque. copy(Q.begin(), Q.end(), ostream_iterator (cout, " ")); cout << "\n"; deque P = Q; copy(Q.begin(), Q.end(), ostream_iterator (cout, " ")); cout << "\n"; P.resize ( 18, 88 ); P.push_front ( 99 ); P.push_front ( 98 ); copy(P.begin(), P.end(), ostream_iterator (cout, " ")); P.erase ( P.begin(), P.begin()+2 ); cout << "\n"; cout << P.back(); cout << "\n"; cout << P.front(); cout << "\n"; cout << *P.begin(); cout << "\n"; } 1 2 0 9 8 7 1 5 5 5 2 0 98 99 9 8 7 1 5 5 5 2 0 88 88 88 88 88 88 88 88 88 88 9 Redimensiona P completando com 88 no final. Remove os dois primeiros elementos de P. Último elemento de P Primeiro elemento de P

14 2008 LCG/UFRJ. All rights reserved. 14 List list é de fato uma lista duplamente encadeada. É uma seqüência que suporta percurso para frente e para trás. Busca em O(n). Inserção e remoção de elementos na frente, no meio e no final em O(1). Iteradores ainda estão válidos após inserção, splicing ou remoção. Descrição, Implementação.DescriçãoImplementação

15 2008 LCG/UFRJ. All rights reserved. 15 Uso da classe list. #include using namespace std; int main() { list L; L.push_back(0); L.push_front(1); L.insert(++L.begin(), 2); copy(L.begin(), L.end(), ostream_iterator (cout, " ")); cout << "\n"; list M ( L ); L.splice ( ++++L.begin(), M ); copy(L.begin(), L.end(), ostream_iterator (cout, " ")); cout << \n; copy(M.begin(), M.end(), ostream_iterator (cout, " ")); } 1 2 0 1 2 1 2 0 0 Insere 0 no final de L Insere 1 no início de L. Insere 2 após a primeira posição. Move elementos de M para L. M está vazia.

16 2008 LCG/UFRJ. All rights reserved. 16 String string toma o lugar de um array of char. Não é mais necessário se preocupar com o tamanho do arranjo. Oferece todas as funções de C pertinentes a strings como membros da classe. Evita erros relacionados com ponteiros, na chamada de funções que recebem ou retornam strings. Descrição, Implementação.DescriçãoImplementação

17 2008 LCG/UFRJ. All rights reserved. 17 Uso da classe string. #include using namespace std; int main () { //test constructors string str0; cout << "empty constructor: " << str0 << endl; cout << "str0 size = " << str0.size() << endl; string str1("hellow world!"); // 0123456789012 cout << "const char constructor: " << str1 << endl; cout << "data = " << str1.data() << endl; cout << "size = " << str1.size() << endl; cout << "length = " << str1.length() << endl; cout << "capacity = " << str1.capacity() << endl; cout << "max_size = " << str1.max_size() << endl; // empty cout << "str0 empty = " << str0.empty() << endl; cout << "str1 empty = " << str1.empty() << endl; empty constructor: str0 size = 0 const char constructor: hellow world! data = hellow world! size = 13 length = 13 capacity = 13 max_size = 13 str0 empty = 1 str1 empty = 0 Capacidade da string sem ter de realocar. Tamanho máximo que uma string pode ter. Comprimento atual da string O mesmo que length.

18 2008 LCG/UFRJ. All rights reserved. 18 Uso da classe string. string str2(str1); cout << copy constructor: " << str2 << endl; string str3(str1, 4, 6); cout << "string&, pos, npos, str3 constructor: " << str3 << endl; string str4("hellow word!", 6); cout << "char[], npos, str4 constructor: " << str4 << endl; string str5(12, 'h'); cout << n, char str5 constructor: " << str5 << endl; cout << "str5 size = " << str5.size() << endl; // swap str5.swap(str1); cout << "swap str1 and str5" << endl; cout << "str1 = " << str1 << endl; cout << "str5 = " << str5 << endl; } copy constructor: hellow world! string&, pos, npos, str3 constructor: ow wor char[], npos, str4 constructor: hellow n, char str5 constructor: hhhhhhhhhhhh str5 size = 12 swap str1 and str5 str1 = hhhhhhhhhhhh str5 = hellow world! Troca o conteúdo de str5 por str1.

19 2008 LCG/UFRJ. All rights reserved. 19 Set set é uma coleção ordenada de objetos do tipokey sem duplicatas. Operações de conjunto como interseção, união e diferença são eficientes. Implementado por uma árvore balanceada de busca (Red Black, Splay). Busca em O(log n). Descrição, Implementação.DescriçãoImplementação multiset é a versão que permite duplicatas. Descrição, Implementação.DescriçãoImplementação

20 2008 LCG/UFRJ. All rights reserved. 20 Uso da classe set. #include using namespace std; /// função objeto. Compara duas seqüências de caracteres. struct ltstr { bool operator()(const char* s1, const char* s2) const { return strcmp(s1, s2) < 0; } }; int main() { const int N = 6; const char* a[N] = {"isomer", "ephemeral", "prosaic", "nugatory", "artichoke", "serif"}; const char* b[N] = {"flat", "this", "artichoke", "frigate", "prosaic", "isomer"}; set A(a, a + N); set B(b, b + N); set C; Retorna se s 1 é lexicograficamente menor que s 2 Construtor a partir de dois iteradores

21 2008 LCG/UFRJ. All rights reserved. 21 Uso da classe set. cout << "Set A: "; copy(A.begin(), A.end(), ostream_iterator (cout, " ")); cout << endl; cout << "Set B: "; copy(B.begin(), B.end(), ostream_iterator (cout, " ")); cout << endl; cout << "Union: "; set_union(A.begin(), A.end(), B.begin(), B.end(), ostream_iterator (cout, " "), ltstr()); cout << endl; cout << "Intersection: "; set_intersection(A.begin(), A.end(), B.begin(), B.end(), ostream_iterator (cout, " "), ltstr()); cout << endl; set_difference(A.begin(), A.end(), B.begin(), B.end(), inserter(C, C.begin()), ltstr()); cout << "Set C (difference of A and B): "; copy(C.begin(), C.end(), ostream_iterator (cout, " ")); cout << endl; } Set A: artichoke ephemeral isomer nugatory prosaic serif Set B: artichoke flat frigate isomer prosaic this Union: artichoke ephemeral flat frigate isomer nugatory prosaic serif this Intersection: artichoke isomer prosaic Set C (difference of A and B): ephemeral nugatory serif A B. A – B.Insere o resultado em C.

22 2008 LCG/UFRJ. All rights reserved. 22 Map map associa objetos do tipo key a objetos do tipo data. Nenhum par de elementos possui a mesma chave. Percurso é ordenado. Indicada para implementação de dicionários. Implementada por uma árvore balanceada de busca (Red Black, Splay). Busca em O(log n). Descrição, Implementação.DescriçãoImplementação multimap é a versão que permite duplicatas. Descrição, Implementação.DescriçãoImplementação

23 2008 LCG/UFRJ. All rights reserved. 23 Uso da classe map. #include using namespace std; typedef map mapType; typedef mapType::value_type ValuePair; int main() { mapType Map; Map[836361136] = "Andrew"; Map[274635328] = "Berni"; Map[974635328] = "Ulisses"; Map[277735328] = "Paulo"; Map[277825328] = "Pedro"; Map[266735328] = "Peter"; Map[275734328] = "Paula"; Map[275839328] = "Paulos"; Map.insert(ValuePair(260736622, "John")); Map.insert(ValuePair(720002287, "Karen")); Map.insert(ValuePair(138373498, "Thomas")); Map.insert(ValuePair(135353630, "William")); // insertion of Xaviera is not executed, because // the key already exists. Map.insert(ValuePair(720002287, "Xaviera")); mapType Map2 ( Map.begin(), Map.end() ); cout << "equality operator " << (Map2 == Map) << endl; Duas formas de inserção Chave e dado.Cria um par (chave,dado). equality operator 1 Output: 974635328:Ulisses 836361136:Andrew 720002287:Karen 277825328:Pedro 277735328:Paulo 275839328:Paulos 275734328:Paula Ordem decrescente.

24 2008 LCG/UFRJ. All rights reserved. 24 Uso da classe map. cout << "Output:\n"; Map.erase ( 720002287 ); Map2.swap ( Map ); mapType::const_reverse_iterator iter = Map.rbegin(); while( iter != (mapType::const_reverse_iterator)Map.rend() ) { cout << (*iter).first << ':' << (*iter).second << endl; ++iter; } cout << "Output of the name after entering the number\n" << "Number: "; long Number; cin >> Number; mapType::const_iterator it = Map.find(Number); if(it != Map.end()) { cout << (*it).second << ' ' // O(1) << endl; } else cout << "Not found!" << endl; } Se encontrado. Busca é O(log n). Iterador reverso. Cast para iterador constante. 274635328:Berni 266735328:Peter 260736622:John 138373498:Thomas 135353630:William Output of the name after entering the number Number: 275734328 Paula

25 2008 LCG/UFRJ. All rights reserved. 25 Hash Map hash_map associa objetos do tipo key a objetos do tipo data. Nenhum par de elementos possui a mesma chave. Não há ordem de percurso. Implementada por uma hash table. Há uma função de hash que gera endereços a partir de chaves. Busca em O(1). Descrição, Implementação.DescriçãoImplementação hash_multimap é a versão que permite duplicatas. Descrição, Implementação.DescriçãoImplementação

26 2008 LCG/UFRJ. All rights reserved. 26 Uso da classe hash_map. #include using namespace std; using __gnu_cxx::hash_map; using __gun_cxx::hash; // initial hash table size #define table_size 11 // define your own hash function template class my_hash: public hash { public: my_hash() {} size_t operator()(const string& p) const { hash h; return h(p.c_str()); } }; typedef hash_map > mapType; typedef mapType::value_type ValuePair; int main() { mapType Map ( table_size, my_hash () ); Map["ANDREW"]="Andrew"; Map["BERNI"]="Berni"; Map["JOHN"]="John"; Map.insert(ValuePair("KAREN", "Karen")); Map.insert(ValuePair("THOMAS", "Thomas")); Map["WILLIAM"]="William"; // insertion of Xaviera is not executed, because // the key already exists. Map.insert(ValuePair("BERNI", "Xaviera")); Recebe string e passa char*.

27 2008 LCG/UFRJ. All rights reserved. 27 Uso da classe hash_map. cout << "Output:\n"; mapType::iterator iter = Map.begin(); while(iter != Map.end()) { cout << (*iter).first << ':' << (*iter).second << endl; ++iter; } cout << "Output of the name after entering the key\n" << "Key: "; char buf[256]; buf[0] = '\0'; fgets ( buf, 256, stdin ); if ( buf[strlen(buf)-1]=='\n' ) buf[strlen(buf)-1] = '\0'; string key ( buf ); iter = Map.find(key); if(iter != Map.end()) { cout << (*iter).second << ' ' << Map[key] << endl; } else cout << "Not found!" << endl; } Elimina \n do final de buf. Busca é O(1) Output: JOHN:John BERNI:Berni KAREN:Karen ANDREW:Andrew THOMAS:Thomas WILLIAN:Willian Output of the name after entering the key Key: KAREN Karen Não há ordem.