7 Stl Y Los Contenedores Basicos

2.2 STL y los Contenedores Básicos

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Mtl. Lourdes Cahuich 2

Descripción de STL

• C++ incluye un extenso conjunto de bibliotecas, en particular, la Biblioteca de Plantillas Estándar (STL) conocida en inglés como Standard Template Library.

• STL ofrece componentes de propósito general para tareas comunes de programación.


Descripción de STL

• Estos componentes se caracterizan por su flexibilidad, eficiencia, y bases teóricas. La biblioteca está organizada en tres abstracciones principales:

1. Contenedores

2. Iteradores

3. Algoritmos


Descripción de STL

• Los contenedores incluyen cadenas de caracteres, vectores, listas, conjuntos, pilas, etc.

• Los contenedores están organizados como una colección de clases de C++ independientes.


Descripción de STL

• Todas las clases contenedoras de STL son plantillas (templates), y por lo tanto pueden acomodar elementos de tipos arbitrarios.

• Existe una grande y bien organizada colección de algoritmos de STL que desempeñan muchas de las tareas que podríamos esperar ver manejadas por una función miembro


Descripción de STL

• Por ejemplo, existe una función universal remove() que trabaja en todos los tipos de contenedores.

• Otro ejemplo de los algoritmos de STL son los métodos para buscar, acomodar, reemplazar y otras operaciones funcionales


Descripción de STL

• El acceso a los elementos almacenados en un contenedor siempre está mediado por iteradores, un tipo de arreglo índice o un apuntador generalizado.

• A diferencia de otras bibliotecas similares, STL se enfoca fuertemente en abstracciones algorítmicas.


Descripción de STL

• Su implantación recae fuertemente en plantillas (templates), pero usa un poco de las funciones virtuales y de herencia.

• Como consecuencia, la eficiencia de los componentes de STL por lo general iguala a la de los componentes desarrollados usando el código tradicional de C++.


Descripción de STL

• Es mejor pensar en STL como una extensión del lenguaje en lugar de una biblioteca tradicional.

• Estructuras de datos más complicadas que no son parte de la biblioteca, como grafos y tablas hash, pueden ser construidas fácilmente sobre los componentes existentes de STL.


Descripción de STL

• El uso de los componentes de la biblioteca permite a los diseñadores de una clase, enfocarse en el desarrollo conceptual del diseño y en la funcionalidad de la clase nueva, en lugar de pasar mucho tiempo programando y depurando las estructuras estándar

Contenedores


Contenedores estándar

• Los contenedores estándar están disponibles a través de los siguientes archivos de encabezado (también conocidos como archivos de cabecera), cuyos nombres indican el tipo de contenedor correspondiente.


#include <string> // strings

#include <vector> // arrays

#include <list>

// cyclic doubly linked lists

#include <deque>

// hybrid list/array

#include <queue> // queue

#include <stack> // stack

#include <bitset> // bit-vectors

#include <set> // general sets

#include <map>

// associative arrays


Contenedores estándar

• En el siguiente listado se observa el soporte de cálculos numéricos.

#include <complex> //complex numbers

#include <valarray> //numerical arrays

#include <numeric> //numerical algorithms

#include <cmath> //math functions

Iteradores


Contenedores estándar - iteradores

• Los iteradores ofrecen una interfaz uniforme entre los contenedores y los algoritmos en STL.

• Los iteradores son modelados a partir de apuntadores sencillos de C++.



• En particular, los operadores operator*, operator++ entre otros, son sobrecargados apropiadamente, por lo que el uso de iteradores es muy similar al uso de apuntadores.



• Por ejemplo, en el siguiente listado se muestra el idioma estándar para recorrer un contenedor e imprimir sus elementos.


string A = "This is a string";

string::iterator it; //create iteratorfor (it = A.begin(); it != A.end(); ++it)

{

cout << *it << endl;

}



• Aquí it es un iterador adecuado para el contenedor A.

• Las funciones miembro A.begin() y A.end() regresan los iteradores, uno apuntando al primer elemento en A, y el otro apuntando a "uno-después-del-final", significando una posición hipotética que podría ser ocupada por el último elemento si se agregara al contenedor otro elemento


for (it = A.begin(); it != A.begin() + 10; ++it)

{

cout << *it << endl;

}

Algoritmos


Algoritmos de STL

• El núcleo de STL es su extensa colección de algoritmos.

• Debido a que los iteradores forman la interfaz entre los contenedores y los algoritmos en STL, los algoritmos son (en su mayor parte) implantados como funciones libres


Algoritmos de STL

• Usar funciones libres en lugar de funciones miembro tiene el efecto deseado de reducir su número considerablemente.

• En algunos casos especiales, uno puede ser forzado a usar funciones miembro, ya sea porque el iterador no puede proveer suficiente información, o por razones de eficiencia. (como veremos, la operación erase y la clase list de STL son ejemplos)


Algoritmos de STL

• A través del curso, examinaremos muchos de los algoritmos de STL.

• Para el contenedor string, vale la pena examinar las funciones replacey reverse.

• La función replace sustituye todas las ocurrencias de un elemento con un valor particular, por otro valor

Cómo Usar el Contenedor vector de STL


Un Vector Como una Clase de Arreglo

• La clase vector brinda una alternativa segura y con muchas características para un arreglo.

• Similar a un arreglo, un vectoralmacena secuencialmente series de objetos de tipos de datos idénticos.


Usando Vector como un arreglo

• Debido a que es un contenedor de STL, la clase vector soporta programación genérica.

• Podemos crear un vector que almacena enteros, cadenas de caracteres, o uno que almacena cualquier otro tipo primitivo o definido por el usuario



• Los arreglos pueden ser peligrosos de usar debido a que no brindan funcionalidad al programador.

• Al usar arreglos, el programador es responsable de crear cualquier funcionalidad de alto nivel, como cambiar el tamaño o revertir el arreglo.



• Estas implantaciones pueden ser riesgosas y si no son codificadas correctamente, pueden introducir leves errores en una aplicación.

• Los vectores son una alternativa más segura para los arreglos, debido a que proveen funciones miembro que implantan estas (y otras) tareas de alto nivel


#include <string>

#include <cstdlib>

#include <iostream>

#include <vector>

using namespace std;

int main(int argc, char* argv[]) {

vector<int> v1;

vector<double> v2;

vector<bool> v3;

vector<string> v4;

return EXIT_SUCCESS;

}



• Observa que para poder usar objetos de tipo vector, tenemos que incluir la biblioteca que define la clase vector.

• Es interesante notar que también podemos declarar un vector de objetos vector.



• Esto provee una implantación para una estructura de datos bidimensional como una matriz

vector<vector<int> > matrix;



• Para evitar confusión con el operador >> , la mayoría de los compiladores dejan un espacio siguiendo el primer signo de mayor que (>).

• Esto aplica para cualquier declaración anidada de plantillas (templates), no sólo para vectores de vectores.



• La clase vector contiene un conjunto de constructores que los programadores pueden usar para establecer el tamaño inicial del vector y los valores iniciales de los elementos.


#include <string>#include <cstdlib>#include <iostream>#include <vector>using namespace std;int main(int argc, char* argv[]) {

vector<int> v1; // initially emptyvector<int> v2(5); // 5 elements, initialized to 0

vector<int> v3(10, 1);// 10 elements, initialized to 1

vector<int> v4(v3);// v4 is a copy of v3return EXIT_SUCCESS;

}



• Podemos acceder a los elementos almacenados en un vector de diferentes maneras.

• Primero, la clase vector sobrecarga el operator[].

• Esto nos permite acceder elementos usando una sintaxis similar a la de subíndices de un arreglo



• Al igual que el acceso por subíndices, el operator[] sobrecargado de la clase vector no brinda una revisión del acceso fuera de los límites.

• Cuando se requiere la revisión de los límites, debemos usar el método at().



• También existen métodos de acceso especial para el primer y último elemento de un arreglo

vector<int> v(10);

v[1] = 2;

v.at(2) = 45;

v.front() = v.back();



• Además de proveer las funciones miembro estándar discutidas anteriormente, la clase vector también brinda algunas otras funciones que seguramente no esperaríamos que sean parte de una clase de arreglo



• Por ejemplo, el método push_backagrega un dato al final del vector.

• Este método automáticamente aumenta el tamaño del vector para acomodar el nuevo elemento.

• El método pop_back desempeña la tarea opuesta.



• Esta función miembro elimina el último elemento del vector, reduciendo su tamaño en uno.

• La función empty despliega true si el vector contiene cero elementos, y false en caso contrario


// An initially empty

vectorvector<int> v;// push elements in

for (int i = 0; i < 5; i++) {

v.push_back(i);cout << "Size: " << v.size() << endl;

}// pop elements off

for (int j = 0; j < 5; j++) {v.pop_back();

cout << "Size: " << v.size() << endl;}

cout << endl << v.empty() << endl;

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