Cap

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(No Transcript)
2
Capítulo 19
Standard Template Library
Criado por Frederick H. Colclough, Colorado
Technical University
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Objetivos de Estudo

• Iteradores
• Iteradores Constantes e Mutáveis
• Iteradores Reversos
• Containers
• Containers Seqüenciais
• Adaptadores de container stack E queue
• Algoritmos Genéricos
• Notação Big-O
• Algoritmos Modificadores de seqüencia,
• conjunto e de ordenação

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Introdução

• Lembre-se das estruturas de dados pilhas e filas
• Construímos nossas próprias versões
• Existe uma grande coleção de estruturas-padrãopar
  a guardar dados
• É útil se ter implementações-padrão portáteis
• dessas estruturas de dados!
• Standard Template Library (STL)
• Inclui bibliotecas para tais estruturas de dados
• Como as classes containers pilhas e filas

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Iteradores

• Lembre-se generalização de um ponteiro
• Costuma ser implementado utilizando um ponteiro!
• Abstração de iteradores
• Projetados para ocultar detalhes da implementação
• Fornecem uma interface uniforme ao longo de
  diferentes classes container
• Cada classe container tem tipos
  iteradorespróprios
• Assim como cada tipo dado tem seu próprio
• tipo ponteiro

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Manipulando Iteradores

• Lembre-se do uso dos operadores sobrecarregados
• , --, , !
• Assim, se p for uma variável iterador, p dá
  acessoaos dados apontados por p
• Classe template vector
• Tem tudo relativo a sobrecarga
• Também tem os membros begin() e
  end()c.begin() //Retorna um iterador para o 1o
  item em c
• c.end() //Retorna um valor de teste para o
  final

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Percorrendo em ciclos com Iteradores

• Lembre-se da capacidade de percorrer em
  ciclosfor (pc.begin()p!c.end()p) processe
  p //p é o item dado atual
• Quadro Geral até aqui
• Lembre-se
• Cada tipo container na STL tem seus
  própriostipos iteradores
• Embora todos sejam utilizados da mesma forma

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Iteradores Utilizados com um Vector
Painel 19.1 página 551
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Tipo Iterador para Vector

• Iteradores para um vector de ints são do
  tipo stdvectorltintgtiterador
• Iteradores para listas de ints são do
  tipo stdlistltintgtiterador
• Vector está no std namespace, assim
  precisamosusing stdvectorltintgtiterador

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Tipos de Iteradores

• Containers diferentes ? Iteradores diferentes
• Iteradores Vectors
• Forma mais geral
• Todas as operações funcionam com iteradores
• vectors
• Container vector bom para ilustrar iteradores

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Acesso Aleatório
Painel 19.2 página 554
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Categorias de Iteradores

• Iteradores de avanço
• atua sobre o iterador
• Iteradores bidirecionais
• Ambos e -- atuam sobre o iterador
• Iteradores de acesso aleatório
• , --, e de acesso aleatório funcionam com
• o iterador
• Estas são categorias de iteradores, não
• tipos!

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Iteradores Constantes e Mutáveis

• O comportamento do operador de desreferenciação
  dita
• Iterador Constante
• Produz uma versão somente de leitura do
  elemento
• Pode-se usar p para atribuí-lo a uma variável
  ouenviá-lo como saída, mas não se pode mudar o
• elemento no container
• Ex. p ltqualquercoisagt é ilegal!
• Iterador Mutável
• p pode ter um valor atribuído
• Modifica o elemento correspondente no container
• ex. p retorna um valor

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Iteradores Reversos

• Para percorrer em ciclos os elementos em
• ordem inversa
• Necessário um container com iteradores
  bidirecionais
• Pode ser consideradoiterador pfor
  (pcontainer.end()p!container.begin()
  p--) cout ltlt p ltlt
• Mas lembre-se end() é apenas uma sentinela,
• begin() não!
• Talvez funcione em alguns sistemas, mas não
• na maioria

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Iteradores Reversos Corretos

• Para percorrer em ciclos corretamente os
• elementos na ordem inversareverse_iterador
  pfor (rpcontainer.rbegin()rp!container.rend()
  rp) cout ltlt rp ltlt
• rbegin()
• Retorna um iterador localizado no último elemento
• rend()
• Retorna uma sentinela que marca o fim

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Problemas com Compiladores

• Alguns compiladores apresentam problemas
• Com declarações de iterador
• Considere a nossa utilizaçãousing
  stdvectorltchargtiteradoriterador p
• Também poderíamos utilizarstdvectorltchargtite
  rador p
• E outros
• Tente várias formas se tiver problemas com o
  compilador

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Containers

• Classes Container da STL
• Diferentes categorias de estruturas de dados
• Como listas, filas e pilhas
• Cada uma é uma classe template com umparâmetro
  para um tipo específico de dados
• a ser armazenado
• ex. Listas de ints, doubles ou tipos
  minhaClasse
• Cada uma tem seus próprios iteradores
• Uma talvez tenha iteradores bidirecionais, outra
  talveztenha somente iteradores de avanço
• Mas todos os operadores e membros têm o mesmo
  significado

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Containers Seqüenciais

• Dispõe seus dados em uma lista
• 1o elemento, próximo elemento, até o último
• elemento
• Listas ligadas são exemplos de container
• seqüencial
• As listas ligadas que vimos eram listas ligadas
• simples
• Um link por nó
• STL não tem Listas ligadas simples
• somente listas duplamente ligadas classe
  template list

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Dois Tipos de Listas
Painel 19.4 página 560
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Utilizando a Classe Template list
Painel 19.5 página 561
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Adaptadores de Container stack E queue

• Adaptadores de container são classes template
• Implementadas sobre outras classes
• ExemploA classe template stack é implementada
  por padrãosobre a classe template deque
• Sob a implementação de uma pilha há um deque em
• que residem todos os dados
• OutrasFila e Fila com prioridades

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Especificando Adaptadores de Container

• Debaixo de uma classe template adaptadora, temos
• uma classe container padrão
• Mas pode-se especificar um container-base
• diferente
• Exemplosclasse template stack? qualquer
  container seqüencial
• Para uma priority_queue ? o padrão é um vector
  mas,poderia ser outros
• Exemplo de implementaçãostackltint, vectorltintgtgt

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Containers Associativos

• Container associatvo base de dados
• muito simples
• Armazenam dados
• Cada item dado tem uma chave
• Exemplodado registro de um funcionário como
  structchave Número do INSS do funcionário
• Os itens são encontrados com base na chave

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Classe Template set

• Container mais simples possível
• Armazena elementos sem repetição
• 1a inserção coloca elementos no conjunto
• Cada elemento é sua própria chave
• Capacidades
• Acrescentar elementos
• Excluir elementos
• Perguntar se um elemento está no conjunto

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Mais sobre a Classe Template set

• Projetada visando a eficiência
• Armazena valores em ordem
• Pode-se especificar a ordemsetltT, Orderinggt s
• Ordering é uma relação de ordem bem-comportada
• queretorna um valor bool
• Se nenhuma ordem for especificada
• usa o operador relacional lt

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Classe Template Map

• Uma função dada como um conjunto de
• pares ordenados
• Para cada valor primeiro, no máximo um
  valorsegundo no mapa
• Exemplo de declaração mapmapltstring, intgt
  numeroMap
• Armazena em ordem, como set
• O segundo valor não precisa ter nada a ver
• com a ordem

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Eficiência

• A STL foi projetada tendo a eficiência como
• um de seus objetivos mais importantes
• Visam a excelência
• Exemplo os elementos em set e map
  sãoarmazenados em ordem para buscas mais
• rápidas
• Funções-membros das classes templates
• Tempo máximo de execução assegurado
• Chamado notação Big-O. Um índice de eficiência

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Algoritmos Genéricos

• Funções templates básicas
• Lembre-se da definição de algoritmo
• Conjunto de instruções para executar uma tarefa
• Pode ser representado em qualquer linguagem
• Geralmente imaginado em pseudocódigo
• Considerado uma abstração do código
• Fornece detalhes importantes, mas não as minúcias
• do código
• A STL especifica certos detalhes sobre algoritmos
• que dão base às funções templates
• Somente certos detalhes são especificados
• São então chamados de algoritmos genéricos

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Tempo de Execução

• Quão rápido é o programa?
• Segundos?
• Considere grandes ou pequenas entradas?
• Produzindo uma tabela
• Baseada no tamanho da entrada
• A tabela é chamada de função em matemática
• Com argumentos e valores de retorno!
• O argumento é o tamanho da entradaT(10),
  T(10,000),
• A Função T é chamada de tempo de execução

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Tabela para a Função Tempo de Execução
Painel 19.14 página 570
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Considerando um Programa de Ordenação

• Mais rápido com um conjunto de dados de
• entrada menores?
• Talvez
• Talvez dependa do estado do conjunto
• Na maioria das vezes já ordenado?
• Considere o pior caso de tempo de execução
• T(N) é o tempo levado com a lista mais difícil
• A lista que leva o maior tempo para se ordenar

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Contando Operações

• T(N) é dado por uma fórmula, comoT(N) 5N 5
• Em entradas de tamanho N o programa levará
• 5N 5 unidades de tempo
• Deve ser independente do computador usado
• Não importa quão rápido os computadores são
• Não podemos estimar o tempo
• Em vez disso, contamos as operações

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Contando Operações Exemplo

• int I 0bool encontrado falsewhile (( I lt
  N) ! encontrado) if (aI alvo)
  encontrado true else I
• 5 operações por iteração do looplt, , !, ,
  ,
• Depois de N iterações, mais três finais lt, ,
  !
• Assim 6N5 operações quando o alvo não
• for encontrado

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Notação Big-O

• Lembre-se 6N5 operações no pior caso
• Expresso em notação Big-O
• Algum fator c constante onde c(6N5) é otempo
  de execução atual
• c é diferente em sistemas diferentes
• Dizemos que o código é executado em tempo O(6N5)
• Mas sempre consideramos os números
• mais elevados
• Termos com o expoente mais elevado
• Aqui O(N)

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Terminologia Big-O

• Tempo de execução linear
• O(N) diretamente proporcional ao tamanho
• da entrada N
• Tempo de execução quadrático
• O(N2)
• Tempo de execução lagorítmico
• O(log N)
• Tipicamente logarítmo de base 2
• Algorítmos muito rápidos!

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Compararação entre Tempos de Execução
Painel 19.15 página 573
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Tempos de Execução no Acesso a Containers

• O(1) Operação sempre constante
• Inserções ao final ou na frente de um vector
• Inserções em um deque
• Inserções em uma lista
• O(N)
• Inserção ou eliminação de um elemento arbitrário
• em um vector ou deque (N é o número de
  elementos)
• O(log N)
• Encontrar algo em um set ou map

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Algoritmos Não-modificadores de Seqüência

• Funções templates que atuam sobre
• containers
• NÃO modificam o conteúdo dos containers
• Função genérica find
• Exemplo típico
• pode ser utilizada com quaisquer classes
• containers seqüenciais da STL

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Função Genérica Find
Painel 19.16 página 574
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Função Genérica Find (cont)
Painel 19.16 página 575
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Algoritmos Modificadores de Seqüência

• Funções da STL que modificam o conteúdode um
  container
• Lembre-se acrescentar ou remover um
• elemento de um container pode afetar
• quaisquer dos outros iteradores!
• list e slist garantem que nenhuma mudança
• será efeutada
• vector e deque não dão tal garantia
• Sempre preste atenção quais iteradores são
  seguros para serem modificados/não-modificados

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Algoritmos Set (Conjunto)

• Funções genéricas de operações de conjunto
• da STL
• Algoritmos genéricos pressupõem que os
• containers armazenem seus elementos
• em ordem
• Containers set, map, multiset e multimap
• Armazenam dados em ordem, assim, todas as
• funções se aplicam
• Outros, como vector, não são ordenados
• Essas funções não devem ser utilizadas

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Algoritmos de Ordenação

• A STL contém duas funções template1- ordena um
  intervalo de elementos2- intercala dois
  intervalos de elementos
• ordenados
• Garantem um tempo de execução de O(N log N)
• Nenhuma ordenação pode ser mais rápida
• Essa função garante que o algoritmo de ordenação
• é o mais rápido possível

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Sumário 1

• Iterador é uma generalização de um ponteiro
• Usado para se mover através dos elementos de um
• container
• Classes container com iteradores têm
• Funções-membros end() e begin() que retornam
  valores
• de iteradores tais que podem processar todos os
  dados
• no container
• Principais tipos de iteradores
• Avanço, bidirecional e de acesso aleatório
• Dado o iterador constante p, p é uma versão
• somente de leitura do elemento

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Sumário 2

• Dado o iterador mutável p ? p pode ter um valor
• atribuído
• Um container bidirecional possui iteradores
  reversos
• que permitem a seu código percorrer em ciclos
• Containers principais na STL list, vector e
  deque
• Pilha e fila classes container adaptadoras
• set, map, multiset e multimap são containersque
  armazenam seus dados em ordem
• A STL implementa algoritmos genéricos
• Garantia de tempo de execução máximo