С++ для начинающих

       

Стандартный массив – это вектор


Хотя встроенный массив формально и обеспечивает механизм контейнера, он, как мы видели выше, не поддерживает семантику абстракции контейнера. До принятия стандарта C++ для программирования на таком уровне мы должны были либо приобрести нужный класс, либо реализовать его самостоятельно. Теперь же класс массива является частью стандартной библиотеки C++. Только называется он не массив, а вектор.

Разумеется, вектор реализован в виде шаблона класса. Так, мы можем написать

vector<int> ivec(10);

vector<string> svec(10);

Есть два существенных отличия нашей реализации шаблона класса Array от реализации шаблона класса vector. Первое отличие состоит в том, что вектор поддерживает как присваивание значений существующим элементам, так и вставку дополнительных элементов, то есть динамически растет во время выполнения, если программист решил воспользоваться этой его возможностью. Второе отличие более радикально и отражает существенное изменение парадигмы проектирования. Вместо того чтобы поддержать большой набор операций-членов, применимых к вектору, таких, как sort(), min(), max(), find()и так далее, класс vector предоставляет минимальный набор: операции сравнения на равенство и на меньше, size() и empty(). Более общие операции, перечисленные выше, определены как независимые обобщенные алгоритмы.

Для использования класса vector мы должны включить соответствующий заголовочный файл.

#include <vector>

// разные способы создания объектов типа vector

vector<int> vec0; // пустой вектор

const int size = 8;

const int value = 1024;

// вектор размером 8

// каждый элемент инициализируется 0



vector<int> vec1(size);

// вектор размером 8

// каждый элемент инициализируется числом 1024

vector<int> vec2(size,value);

// вектор размером 4

// инициализируется числами из массива ia

int ia[4] = { 0, 1, 1, 2 };

vector<int> vec3(ia,ia+4);

// vec4 - копия vec2

vector<int> vec4(vec2);

Так же, как наш класс Array, класс vector поддерживает операцию доступа по индексу. Вот пример перебора всех элементов вектора:


#include <vector>

extern int getSize();

void mumble()

{

  int size = getSize();

  vector<int> vec(size);

  for (int ix=0; ix<size; ++ix)

    vec[ix] = ix;

  // ...

}

Для такого перебора можно также использовать итераторную пару. Итератор – это объект класса, поддерживающего абстракцию указательного типа. В шаблоне класса vector определены две функции-члена – begin() и end(), устанавливающие итератор соответственно на первый элемент вектора и на элемент, который следует за последним. Вместе эти две функции задают диапазон элементов вектора. Используя итератор, предыдущий пример можно переписать таким образом:

#include <vector>

extern int getSize();

void mumble()

{

  int size = getSize();

  vector<int> vec(size);

  vector<int>::iterator iter = vec.begin();

  for (int ix=0; iter!=vec.end(); ++iter, ++ix)

    *iter = ix;

  // ...

}

Определение переменной iter

vector<int>::iterator iter = vec.begin();

инициализирует ее адресом первого элемента вектора vec. iterator определен с помощью typedef в шаблоне класса vector, содержащего элементы типа int. Операция инкремента

++iter

перемещает итератор на следующий элемент вектора. Чтобы получить сам элемент, нужно применить операцию разыменования:

*iter

В стандартной библиотеке С++ имеется поразительно много функций, работающих с классом vector, но определенных не как функции-члены класса, а как набор обобщенных алгоритмов. Вот их неполный перечень:

  • алгоритмы поиска: find(), find_if(), search(), binary_search(), count(), count_if();


  • алгоритмы сортировки и упорядочения: sort(), partial_sort(), merge(), partition(), rotate(), reverse(), random_shuffle();


  • алгоритмы удаления: unique(), remove();


  • численные алгоритмы: accumulate(), partial_sum(), inner_product(), adjacent_difference();


  • алгоритмы генерации и изменения последовательности: generate(), fill(), transform(), copy(), for_each();


  • алгоритмы сравнения: equal(), min(), max().




  • В число параметров этих обобщенных алгоритмов входит итераторная пара, задающая диапазон элементов вектора, к которым применяется алгоритм. Скажем, чтобы упорядочить все элементы некоторого вектора ivec, достаточно написать следующее:

    sort ( ivec.begin(), ivec.end() );

    Чтобы применить алгоритм sort() только к первой половине вектора, мы напишем:

    sort ( ivec.begin(), ivec.begin() + ivec.size()/2 );

    Роль итераторной пары может играть и пара указателей на элементы встроенного массива. Пусть, например, нам дан массив:

    int ia[7] = { 10, 7, 9, 5, 3, 7, 1 };

    Упорядочить весь массив можно вызовом алгоритма sort():

    sort ( ia, ia+7 );

    Так можно упорядочить первые четыре элемента:

    sort ( ia, ia+4 );

    Для использования алгоритмов в программу необходимо включить заголовочный файл

    #include <algorithm>

    Ниже приведен пример программы, использующей разнообразные алгоритмы в применении к объекту типа vector:

    #include <vector>

    #include <algorithm>

    #include <iostream>

    int ia[ 10 ] = {

        51, 23, 7, 88, 41, 98, 12, 103, 37, 6

    };

    int main()

    {

        vector< int > vec( ia, ia+10 );

        vector<int>::iterator    it = vec.begin(),    end_it = vec.end();

        cout << "Начальный массив: ";

        for ( ; it != end_it; ++ it ) cout << *it << ' ';

        cout << "\n";

        // сортировка массива

        sort( vec.begin(), vec.end() );

        cout << "упорядоченный массив:   ";

        it = vec.begin(); end_it = vec.end();

        for ( ; it != end_it; ++ it ) cout << *it << ' ';

            cout << "\n\n";

        int search_value;

        cout << "Введите значение для поиска: ";

        cin >> search_value;

        // поиск элемента

        vector<int>::iterator found;

        found = find( vec.begin(), vec.end(), search_value );

        if ( found != vec.end() )

             cout << "значение найдено!\n\n";



        else cout << "значение найдено!\n\n";

        // инвертирование массива

        reverse( vec.begin(), vec.end() );

        cout << "инвертированный массив: ";

        it = vec.begin(); end_it = vec.end();

        for ( ; it != end_it; ++ it ) cout << *it << ' ';

          cout << endl;

    }

    Стандартная библиотека С++ поддерживает и ассоциативные массивы. Ассоциативный массив – это массив, элементы которого можно индексировать не только целыми числами, но и значениями любого типа. В терминологии стандартной библиотеки ассоциативный массив называется отображением (map). Например, телефонный справочник может быть представлен в виде ассоциативного массива, где индексами служат фамилии абонентов, а значениями элементов – телефонные номера:

    #include <map>

    #include <string>

    #include "TelephoneNumber.h"

    map<string, telephoneNum> telephone_directory;

    (Классы векторов, отображений и других контейнеров в подробностях описываются в главе 6. Мы попробуем реализовать систему текстового поиска, используя эти классы. В главе 12 рассмотрены обобщенные алгоритмы, а в Приложении приводятся примеры их использования.)

    В данной главе были очень бегло рассмотрены основные аспекты программирования на С++, основы объектно-ориентированного подхода применительно к данному языку и использование стандартной библиотеки. В последующих главах мы разберем эти вопросы более подробно и систематично.

    Упражнение 2.22

    Поясните результаты каждого из следующих определений вектора:

    string pals[] = {

      "pooh", "tiger", "piglet", "eeyore", "kanga" };

    (a) vector<string> svec1(pals,pals+5);

    (b) vector<int>    ivec1(10);

    (c) vector<int>    ivec2(10,10);

    (d) vector<string> svec2(svec1);

    (e) vector<double> dvec;

    Упражнение 2.23

    Напишите две реализации функции min(), объявление которой приведено ниже. Функция должна возвращать минимальный элемент массива. Используйте цикл for и перебор элементов с помощью индекса итератора



    template <class elemType>

    elemType min (const vector<elemType> &vec);

    Часть II

    Основы языка

    Код программы и данные, которыми программа манипулирует, записываются в память компьютера в виде последовательности битов. Бит – это мельчайший элемент компьютерной памяти, способная хранить либо 0, либо 1. На физическом уровне это соответствует электрическому напряжению, которое, как известно, либо есть , либо нет. Посмотрев на содержимое памяти компьютера, мы увидим что-нибудь вроде:

    00011011011100010110010000111011 ...

    Очень трудно придать такой последовательности смысл, но иногда нам приходится манипулировать и подобными неструктурированными данными (обычно нужда в этом возникает при программировании драйверов аппаратных устройств). С++ предоставляет набор операций для работы с битовыми данными. (Мы поговорим об этом в главе 4.)

    Как правило, на последовательность битов накладывают какую-либо структуру, группируя биты в байты

    и слова. Байт содержит 8 бит, а слово – 4 байта, или 32 бита. Однако определение слова может быть разным в разных операционных системах. Сейчас начинается переход к 64-битным системам, а еще недавно были распространены системы с 16-битными словами. Хотя в подавляющем большинстве систем размер байта одинаков, мы все равно будем называть эти величины машинно-зависимыми.

    Теперь мы можем говорить, например, о байте с адресом 1040 или о слове с адресом 1024 и утверждать, что байт с адресом 1032 не равен байту с адресом 1040.

    Однако мы не знаем, что же представляет собой какой-либо байт, какое-либо машинное слово. Как понять смысл тех или иных 8 бит? Для того чтобы однозначно интерпретировать значение этого байта (или слова, или другого набора битов), мы должны знать тип данных, представляемых данным байтом.

    С++ предоставляет набор встроенных типов данных: символьный, целый, вещественный – и набор составных и расширенных типов: строки, массивы, комплексные числа. Кроме того, для действий с этими данными имеется базовый набор операций: сравнение, арифметические и другие операции. Есть также операторы переходов, циклов, условные операторы. Эти элементы языка С++ составляют тот набор кирпичиков, из которых можно построить систему любой сложности. Первым шагом в освоении С++ станет изучение перечисленных базовых элементов, чему и посвящена часть II данной книги.

    Глава 3 содержит обзор встроенных и расширенных типов, а также механизмов, с помощью которых можно создавать новые типы. В основном это, конечно, механизм классов, представленный в разделе 2.3. В главе 4 рассматриваются выражения, встроенные операции и их приоритеты, преобразования типов. В главе 5 рассказывается об инструкциях языка. И наконец глава 6 представляет стандартную библиотеку С++ и контейнерные типы – вектор и ассоциативный массив.


    Содержание раздела