Линейные структуры данных и стандартная библиотека шаблонов

Линейные структуры данных и стандартная библиотека шаблонов Тенчурин Д.Р. 271ПИ

Линейные структуры данных Линейные структуры — это упорядоченные структуры, в которых адрес элемента однозначно определяется его номером. Линейных структуры данных обладают следующими свойствами: • Каждый элемент имеет не более 1 предшественника • Два разных элемента не могут иметь одинакового последователя

Линейные структуры данных К линейным структурам данным можно отнести: • Массивы • Динамические массивы • Связный список • Стек • Очередь • Дек • Хэш-таблица

Массивы Массив – одна из простейших и наиболее широко применяемых в компьютерных программах линейных структур данных. В любом языке программирования массивы имеют несколько общих свойств: • Содержимое массива хранится в непрерывной области памяти. • Все элементы массива имеют одинаковый тип; поэтому массивы называют однородными структурами данных. • Существует прямой доступ к элементам массива. • Типичные операции для массивов включают: • Выделение элемента(Allocation) • Доступ к элементу (Accessing) • Изменение размеров массива (Redimensioning)

Строки • В языке C строки было принято представлять в виде массива символов: • В языке C++ для представления строки используется класс string • Обе структуры линейны, но вторую принято считать более удобной, безопасной и простой в использовании

Класс String #include <string> Поддерживает операции: Удаления посл-ти символов (erase) Поиска подстроки (find) Возврата подстроки (substr) Замены подстроки (replace) Вставки подстроки (insert)

Стандартная библиотека шаблонов STL Предоставляет обобщенные компоненты для решения задач Условно можно разделить на 3 части: • Контейнеры • Итераторы • Алгоритмы

Контейнеры STL • Контейнеры в STL – обобщенный классы, моделирующие различные структуры данных • Например: • #include <hash_set> • #include <hash_map> • #include <slist>

Контейнеры STL • #include <string> // строки • #include <vector> // динамический массив • #include <list> // двусвязный список • #include <deque> // дек • #include <queue> // очередь • #include <stack> //стэк • #include <set> // множество • #include <map> // ассоциативный список

Итераторы • Итераторы – интерфейс между контейнерами и алгоритмами. • Итератор - это универсальный способ доступа к элементам контейнера. • Ведет себя как указатель. • Пример: string A = "This is a string"; string::iterator it; // создание итератора for (it = A.begin(); it != A.end(); ++it) { cout << *it << endl; }

Алгоритмы • Реализованы как свободные функции, а не члены-функции • Использование - #include <algorithm> • Все алгоритмы работают с итераторами на контейнерах • Для корректной работы – использование пространства имен std

Использование Vector • Vector – динамически расширяемый массив • Объявление – vector<type> v(); • Доступ к элементам – так же как в массиве, сложность O(1) • Добавление элемента – O(1) в конец, O(n) в других случаях • Поиск O(n)

Дек • С точки зрения программиста – использование схоже с Vector • Отличие в реализации – Vector – это массив, когда как для удобство добавления элемента Deque реализован как множество массивов

Использование Дека • // Предикат • bool is_odd(int i) { • return ((i % 2) == 1); • } • int main(int argc, char* argv[]) { • deque<int> numbers; • for (int i = 0; i < 20; i++) { • numbers.push_back(i); • } • cout << count(numbers.begin(), numbers.end(), 10) << endl; • cout << count_if(numbers.begin(), numbers.end(), is_odd) • << endl; • return EXIT_SUCCESS; • }

Связные списки • Связный список - это разновидность линейных структур данных, представляющая собой последовательность элементов, обычно отсортированную в соответствии с заданным правилом. Последовательность может содержать любое количество элементов, поскольку при создании списка используется динамическое распределение памяти. • Каждый элемент связного списка представляет собой отдельный объект, содержащий поле для хранения информации и указатель на следующий элемент списка (а в случае двусвязного списка в объекте хранится также указатель на предыдущий элемент).

Использование list • Объявление - list<int> l1; • Добавление элемента – O(n) в худшем случае • // Добавить элемент после 1ого • list<int> l(10); • list<int>::iterator it = l.begin(); • it++; • l.insert(it, 5); • Удаление элемента – O(n) в худшем случае • // Удаление второго элемента • list<int> l(10); • list<int>::iterator second = l.begin(); • second++; • l.erase(second); Поиск – О(n)

Очередь • Очередь – линейная структура данных, удовлетворяющая принципу FIFO (первый пришел – первый ушел) • Поддерживает добавление элемента в конец, доступ к первому и последнему, удаление первого элемента • Не поддерживает итераторы

Очередь - Пример • queue<int> q; • // добавить и удалить • q.push(1); • q.pop(); • // доступ к первому и последнему • q.push(1); • q.push(2); • cout << q.front() << endl; • cout << q.back() << endl; • // размер • cout << q.size() << endl; • cout << q.empty() << endl;

Стек • Очередь – линейная структура данных, удовлетворяющая принципу FILO(первый пришел – последний ушел) • Поддерживает добавление элемента в конец, доступ к первому и последнему, удаление последнего элемента

Стек-Пример • stack<int> s; • // Добавление и удаление элемента из вершины стека • s.push(1); • s.pop(); • // Доступ к вершине стека • s.push(10); • s.push(11); • cout << s.top() << endl; • // Размер • cout << s.size() << endl; • cout << s.empty() << endl;

Линейные структуры данных и стандартная библиотека шаблонов